SO₂的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术的制作方法

专利名称：SO₂的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种接触法制硫酸工艺，具体为非衡态高浓度两次转化技术。
背景技术：
硫酸生产主要原料有硫铁矿、硫磺、有色金属冶炼烟气等三大类。在有色冶炼烟气制酸领域，随着有色金属富氧冶炼技术的发展，尤其是铜富氧冶炼技术的发展，进入烟气制酸系统烟气中二氧化硫浓度达到20%以上已成为现实。SO2转化为SO3是一种放热反应，SO2浓度越高，反应的热量就越大，转化后的温度就越高。目前，用于SO2转化为SO3的催化剂，国外生产的耐温极限可达到650°c，国内生产的耐温极限则小于600°C。因此受催化剂耐温要求的制约，通常采用常规浓度二氧化硫转化工艺，即将烟气中二氧化硫浓度用空气稀释 至12%左右，即使采用低温铯催化剂，烟气中二氧化硫浓度也不能超过14%，这就造成制酸装置后续设备的规格较大，投资及运行费用大为增加，同时还影响了由于有色金属冶炼技术进步带来的综合经济效益的提高。因此，经济有效的高浓度二氧化硫转化技术成为有色冶炼烟气制酸领域研究的热点课题。

发明内容
本发明目的在于提供一种SO2的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，该技术可处理SO2浓度小于18%的烟气，解决催化剂耐温极限温度不能满足含S0214%以上的高浓度转化要求，以降低运行成本和工程总投资，提高余热锅炉的蒸汽产量，更好的适应铜精矿中铜硫比的变化，是一种节能降耗型转化技术。本发明的技术方案为S02的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，其特征在于，SO2烟气经热交换器两次换热后烟气温度达到催化剂的起燃温度进入转化器第一段进行转化反应，设计小于达到平衡转化率的转化器第一段催化剂的装填量，抑制SO2在第一段催化剂层反应的转化率，使烟气在达到SO2平衡转化率前离开催化剂层，在烟气进入转化器第二段前设置余热锅炉，使进入转化器第二段的烟气温度维持在较稳定的状态，从转化器第一段出来的烟气经余热锅炉及热交换器冷却后进入转化器第二段催化剂层，此时烟气SO2浓度低于12%，后续流程相当于常规的“3+1”两次转化工艺流程，上述过程中转化器第一段、第二段出口温度控制在小于640°C范围内。优选的，上述过程中SO2在第一段催化剂层反应的转化率为小于45%。上述过程中的换热流程为一次冷气从热交换器IV至热交换器II分别与转化器第四、二段出来的热烟气换热；二次冷气从热交换器V至热交换器III至热交换器I分别与转化器第五、三、一段出来的热烟气换热。与SO2浓度为12%的常规转化工艺相比，采用非衡态高浓度两次转化技术，可以使进入制酸装置的烟气量降低约209Γ40%，设备投资减少约159Γ20%，运行成本降低约159Γ30%，中温余热回收产生的蒸汽量可提高约209Γ50%，同时可以更好的适应铜精矿中铜硫比的变化，尤其有利于老制酸装置的扩产改造。


附图1为本发明的非衡态高浓度两次转化技术的流程图；1、鼓风机，2、转化器，3、1￥热交换器，4、11热交换器，5、1热交换器，6、111热交换器，7、V热交换器，8、2#余热锅炉9、1#余热锅炉。
具体实施例方式下面结合附图1与实施例对本发明以详细描述；
从SO2鼓风机I来、SO2浓度为18%的冷SO2烟气首先进入IV热交换器3，与转化器2第四段出口的热烟气进行换热，换热后的烟气再进入II热交换器4，与转化器2第二段出口的 热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到催化剂的起燃温度进入转化器第一段进行转化反应，由于催化剂的装填量较正常时少，使得反应的转化率小于平衡转化率，此时转化率优选为小于45%，(一般情况下，随浓度变化，平衡转化率约为65%)，出口温度远离催化剂的极限温度650°C，控制在(T640°C内，此时烟气SO2浓度约为12%，此后即为常规的二次转化工艺。转化器第一段出口的烟气经I热交换器5冷却和1#余热锅炉9回收热量后进入转化器第二段，在烟气进入转化器第二段前设置余热锅炉，以维持进入转化器第二段的温度稳定；经转化器第二段反应后的热烟气进入II热交换器4降温后进入转化器第三段进行转化反应，经转化器第三段反应后的热烟气进入III热交换器6降温后进入转化器第四段，经转化器四段反应后的热烟气进入IV热交换器3降温再进入2#余热锅炉8回收热量进入第一吸收塔吸收S03。经一次吸收后的冷烟气依次进入V热交换器7、III热交换器6、I热交换器5换热，将烟气温度升至催化剂的起燃温度进入转化器第五段进行转化反应，第五段出口热烟气通过V热交换器7与二次冷烟气换热降温后，进入第二吸收塔吸收S03。为了提高二次转化后总转化率，可在转化器第五段填充低温铯催化剂。
权利要求
1.SO2的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，其特征在于，SO2烟气经热交换器两次换热后烟气温度达到催化剂的起燃温度进入转化器第一段进行转化反应，转化器第一段的催化剂装填量为小于达到平衡转化率时催化剂的装填量，烟气在达到SO2平衡转化率前离开催化剂层，在烟气进入转化器第二段前设置余热锅炉，以维持进入转化器第二段的温度稳定，从转化器第一段出来的烟气经热交换器余热锅炉回收热量后进入转化器第二段催化剂层，此时烟气SO2浓度低于12%，后续流程采用常规的“3+1” 二次转化工艺流程；另外，上述过程中转化器第一段、第二段出口温度小于640°C。
2.根据权利要求1所述的SO2的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，其特征在于，上述过程中SO2在转化器第一段催化剂层反应的转化率为小于45%。
3.根据权利要求1所述的SO2的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，其特征在于，上述过程中的换热流程为一次冷气从热交换器IV至热交换器II分别与转化器第四、二段出来的热烟气换热；二次冷气从热交换器V至热交换器III至热交换器I分别与转化器第五、三、一段出来的热烟气换热。
全文摘要
本发明公开了一种SO2非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，SO2烟气经热交换器两次换热后进入转化器第一段进行转化反应，减少转化器第一段的催化剂装填量使得烟气在达到SO2平衡转化率前离开催化剂层，在烟气进入转化器第二段前设置余热锅炉，以维持进入转化器第二段的温度稳定，烟气经余热锅炉及热交换器冷却后进入转化器第二段催化剂层，此时烟气SO2浓度低于12%，后续工艺相当于常规的“3+1”两次转化工艺,在此过程中转化器第一段、二段温度小于640℃。该技术可处理SO2浓度达到18%的烟气，以降低工程总投资和运行成本，提高硫酸余热锅炉的蒸汽产量，是一种节能降耗型转化技术。
文档编号C01B17/765GK103011092SQ201210578958
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者余磊, 周俊, 陈敬军, 马宗昆, 汪满清, 王先建 申请人:中国瑞林工程技术有限公司, 铜陵有色金属集团股份有限公司