一种湿法制酸装置的制作方法

本实用新型涉及工业湿工艺气含硫废气/废酸回收制硫酸技术领域，特别是涉及一种湿法制酸装置。

背景技术：

随着环境的变化以及能源的短缺，采用高效能和高效益的硫回收技术成为今后硫回收工艺发展的必然趋势，并具有现实意义。当前酸性气体的硫回收方法主要有湿法脱硫和干法脱硫。目前国内石油石化行业应用较为广泛的是干法硫回收，主要采用传统克劳斯(Claus)工艺。传统克劳斯(Claus)工艺工艺流程长，设备较多，不能同时处理酸性气和废酸，酸性工艺气需要脱水干燥后才能进行处理。因此亟需一种高效而且简洁的湿法含硫废气和废酸的回收工艺。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种工艺流程短、布局紧凑、生产成本低、硫转化率高，尾气可直接排放的湿法制酸装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种湿法制酸装置，包括依次相连通的工艺气燃烧单元、余热回收单元、工艺气除尘单元、脱硝单元、一级SO2氧化冷却单元、一级酸处理单元、二级SO2氧化单元、二级酸处理单元和尾气处理单元，所述一级SO2氧化冷却单元包括一级SO2氧化反应器以及由上至下依次设置在所述一级SO2氧化反应器内的第一SO2氧化催化剂层、第一床间冷却器、第二SO2氧化催化剂层、二级工艺气加热器和第二床间冷却器，所述一级SO2氧化反应器的进气口与所述脱硝单元的出气口相连通，所述一级酸处理单元包括一级冷凝器以及与所述一级冷凝器相连通的第一酸雾控制器和第一冷却风机，所述一级SO2氧化反应器的出气口与所述一级冷凝器的进气口相连通，所述二级SO2氧化单元包括工艺气混合器、一级工艺气加热器和二级SO2氧化反应器，所述工艺气混合器的进气口分别与所述一级冷凝器的出气口和所述二级SO2氧化反应器的进气管路相连通，所述一级工艺气加热器的进气口分别与所述工艺气混合器和所述二级SO2氧化反应器的出气口相连通，所述一级工艺气加热器的出气口与所述二级SO2氧化反应器的进气口相连通，所述一级工艺气加热器的出气口与所述二级SO2氧化反应器的进气口之间的管路穿过所述第二床间冷却器，所述二级SO2氧化反应器中设置有第三SO2氧化催化剂层，所述二级酸处理单元包括二级冷凝器、第二酸雾控制器、第二冷却风机和硫酸储罐，所述一级工艺气加热器的出气口还与所述二级冷凝器的进气口相连通，所述二级冷凝器分别与所述第二酸雾控制器和所述第二冷却风机相连通，所述一级冷凝器和所述二级冷凝器均与所述硫酸储罐相连接，所述二级冷凝器的出气口与所述尾气处理单元相连通。

优选的，所述工艺气燃烧单元包括工艺气燃烧锅炉，所述余热回收单元包括余热回收锅炉和空气预热器，所述工艺气除尘单元包括静电除尘器，所述脱硝单元包括液氨蒸发器、氨/空混合器、稀释空气、喷氨格栅、脱硝反应器和脱硝催化剂，所述尾气处理单元包括洁净工艺气冷却器和除雾器。

优选的，所述工艺气燃烧单元还包括一级氧化风机，所述一级氧化风机的一端与所述工艺气燃烧锅炉相连接，所述一级氧化风机的另一端分别与所述一级冷凝器和所述二级冷凝器的出气口相连接。

优选的，所述一级工艺气加热器的出气口与所述二级SO2氧化反应器的进气口之间的管路上设置有辅助燃烧器，所述辅助燃烧器靠近所述二级SO2氧化反应器。

优选的，所述工艺气混合器和所述一级工艺气加热器之间设置有二级工艺气氧化风机。

优选的，所述空气预热器与所述燃烧锅炉相连接。

优选的，所述一级冷凝器的出气口与所述二级冷凝器的进气口相连接。

优选的，还包括汽包，所述汽包分别与所述第一床间冷却器、所述二级工艺气加热器和所述余热回收锅炉相连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下有益效果：

1、工艺流程短，设备少，布局紧凑，占地面积小，基建费用低；

2、适应原料范围宽，可同时处理炼厂酸性气、废硫酸等绝大多数含硫废气和废酸，酸性气体无需脱水，且原料中允许NH3和烃类的存在；

3、采用两级转化两级冷凝的方式，使得工艺气中硫的回收率最高可达 99.9％以上。

4、采用先进的酸雾控制技术，无须干燥，湿法催化制酸，保证过程中SO3和H2O直接冷凝生成硫酸。获得商品级标准的工业浓硫酸和蒸汽，同时达到了气体脱硫净化的目的，尾气可直接满足排放标准；

5、工艺中不需要消耗任何化学品或其它添加剂，也没有废酸和其他废液外排，环保压力小；

6、工艺装置同时回收大量的中高压蒸汽，能耗低，热回收效率高，冷却水消耗低，操作费用也相应大大降低。此外，在该工艺中还可以结合SCR脱硝工艺，实现炼厂工艺气的脱硫脱硝一体化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型湿法制酸装置的整体结构示意图；

其中，1-工艺气燃烧单元、2-余热回收单元、3-工艺气除尘单元、4-脱硝单元、5-一级SO2氧化冷却单元、6-一级酸处理单元、7-二级SO2氧化单元、8-二级酸处理单元、9-尾气处理单元、10-一级SO2氧化反应器、11-第一SO2氧化催化剂层、12-第一床间冷却器、13-第二SO2氧化催化剂层、14-二级工艺气加热器、15-第二床间冷却器、16-一级冷凝器、17-第一酸雾控制器、19-工艺气混合器、20-一级工艺气加热器、21-二级SO2氧化反应器、22-第三SO2氧化催化剂层、23-二级冷凝器、24-第二酸雾控制器、26-硫酸储罐、27-一级氧化风机、28- 辅助燃烧器、29-二级工艺气氧化风机、30-汽包。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种工艺流程短、布局紧凑、生产成本低、硫转化率高，尾气可直接排放的湿法制酸装置。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种湿法制酸装置，包括依次相连通的工艺气燃烧单元1、余热回收单元2、工艺气除尘单元3、脱硝单元5、一级SO2氧化冷却单元5、一级酸处理单元6、二级SO2氧化单元7、二级酸处理单元8和尾气处理单元9，所述一级SO2氧化冷却单元5包括一级SO2氧化反应器10以及由上至下依次设置在所述一级SO2氧化反应器10内的第一SO2氧化催化剂层 11、第一床间冷却器12、第二SO2氧化催化剂层13、二级工艺气加热器14和第二床间冷却器15，所述一级SO2氧化反应器10的进气口与所述脱硝单元的出气口相连通，所述一级酸处理单元6包括一级冷凝器16以及与所述一级冷凝器 16相连通的第一酸雾控制器17和第一冷却风机，所述一级SO2氧化反应器10 的出气口与所述一级冷凝器16的进气口相连通，所述二级SO2氧化单元7包括工艺气混合器19、一级工艺气加热器20和二级SO2氧化反应器21，所述工艺气混合器19的进气口分别与所述一级冷凝器16的出气口和所述二级SO2氧化反应器21的进气管路相连通，所述一级工艺气加热器20的进气口分别与所述工艺气混合器19和所述二级SO2氧化反应器21的出气口相连通，所述一级工艺气加热器20的出气口与所述二级SO2氧化反应器21的进气口相连通，所述一级工艺气加热器20的出气口与所述二级SO2氧化反应器21的进气口之间的管路穿过所述第二床间冷却器15，所述二级SO2氧化反应器21中设置有第三 SO2氧化催化剂层22，所述二级酸处理单元8包括二级冷凝器23、第二酸雾控制器24、第二冷却风机和硫酸储罐26，所述一级工艺气加热器20的出气口还与所述二级冷凝器23的进气口相连通，所述二级冷凝器23分别与所述第二酸雾控制器24和所述第二冷却风机相连通，所述一级冷凝器16和所述二级冷凝器23均与所述硫酸储罐26相连接，所述二级冷凝器23的出气口与所述尾气处理单元9相连通。

其中，本实用新型中所述工艺气燃烧单元1包括工艺气燃烧锅炉，所述余热回收单元2包括余热回收锅炉和空气预热器，所述工艺气除尘单元3包括静电除尘器，所述脱硝单元5包括液氨蒸发器、氨/空混合器、稀释空气、喷氨格栅、脱硝反应器和脱硝催化剂，所述尾气处理单元9包括洁净工艺气冷却器和除雾器。

本实用新型中所述工艺气燃烧单元1还包括一级氧化风机27，所述一级氧化风机27的一端与所述工艺气燃烧锅炉相连接，所述一级氧化风机27的另一端分别与所述一级冷凝器16和所述二级冷凝器23的出气口相连接。

本实用新型中所述一级工艺气加热器20的出气口与所述二级SO2氧化反应器21的进气口之间的管路上设置有辅助燃烧器28，所述辅助燃烧器28靠近所述二级SO2氧化反应器21。

本实用新型中所述工艺气混合器19和所述一级工艺气加热器20之间设置有二级工艺气氧化风机29。

本实用新型中所述空气预热器与所述燃烧锅炉相连接。

本实用新型中所述一级冷凝器16的出气口与所述二级冷凝器23的进气口相连接。

本实用新型中还包括汽包30，所述汽包30分别与所述第一床间冷却器12、所述二级工艺气加热器14和所述余热回收锅炉相连接。

上述湿法制酸装置的具体工作步骤如下：

步骤一：工艺气燃烧单元1包括工艺气燃烧锅炉和一级氧化风机27。工艺气中含有大量废酸和含硫酸性气，将工艺气和燃料气在工艺气燃烧锅炉内进行燃烧，一级氧化风机27将来自一级冷凝器16和二级冷凝器23的热空气喷入工艺气燃烧锅炉内。经过工艺气燃烧锅炉燃耗后，工艺气中的废酸和含硫酸性气被氧化成SO2气体，燃烧后含SO2工艺气温度升至1100℃。

步骤二：工艺气燃烧单元1连接余热回收单元2。余热回收单元2包括余热回收锅炉和空气预热器。余热回收锅炉连接汽包30，燃烧产生的含SO2的工艺气经余热回收锅炉被冷却至580℃，其热量为供汽包30产生蒸汽的热源。经余热回收锅炉被冷却后的含SO2的工艺气经过空气预热器后被进一步冷却至 415℃。

步骤三：余热回收单元2连接工艺气除尘单元3。工艺气除尘单元3主要包括静电除尘器。工艺气除尘单元3为静电除尘器，经过静电除尘器后，经过空气预热器后被进一步冷却至415℃的含SO2的工艺气中的大量尘被清除掉。

步骤四：工艺气除尘单元3连接脱硝单元5。脱硝单元5包括液氨蒸发器、氨/空混合器、稀释空气、喷氨格栅、脱硝(SCR)反应器和脱硝(SCR)催化剂组成。由于工艺气在步骤一中燃烧时产生了大量的NOx，因此要经过脱硝单元5对工艺气中的NOx进行脱除。工艺气经过静电除尘器之后温度降至395℃。经过空气预热器加热的稀释空气和经过液氨蒸发器蒸发的氨气在氨/空混合器内充分混合后的氨空混合气通过喷氨格栅进入脱硝(SCR)反应器，与工艺气充分接触，经过装有脱硝(SCR)催化剂的脱硝(SCR)反应器后，完成NOx的脱除。

步骤五：脱硝单元5连接一级SO2氧化冷却单元5。一级SO2氧化冷却单元5包括一级SO2氧化反应器10、两层SO2氧化催化剂、床间冷却器和二级工艺气加热器14。脱硝的工艺气进入SO2氧化反应器之前与经过空气预热器预热后的空气进行混合，将工艺气稀释。然后稀释后的工艺气经过第一SO2氧化催化剂层11，经过催化剂的催化后工艺气中的部分SO2转化为SO3同时释放大量反应热，工艺气温度升至540℃，经过第一床间冷却器12后，温度降低至420℃。随后，工艺气进入第二SO2氧化催化剂层13，又有部分SO2转化为SO3同时释放大量反应热，工艺气温度升至440℃。经过二级工艺气加热器14后，温度降低至390℃，然后经过第二床间冷却器15后使工艺气冷却至290℃。催化反应释放的大量反应热通过第一床间冷却器12将热量进行回收，为汽包30生成蒸汽提供部分热源。

步骤六：一级SO2氧化冷却单元5连接一级酸处理单元6。一级酸处理单元 6包括一级冷凝器16、第一酸雾控制器17、第一冷却风机和锅炉给水预热器。经过一级SO2氧化反应器10氧化后的工艺气中大量的SO2转化为SO3，经过冷却后的工艺气通过一级冷凝器16进行进一步冷却，工艺气温度降至155℃。在冷却过程中，部分SO3被水合为H2SO4，酸在一级冷凝器16的立式玻璃管内被冷凝。浓缩的酸在冷凝器底部的砖内衬酸收集器里被收集。在冷却时第一酸雾控制器17会不断向一级冷凝器16喷入二氧化硅晶核，使水合H2SO4更好的凝结成硫酸沿着立式玻璃管流入一级冷凝器16的底部。一级冷凝器16的冷却空气由第一冷却风机提供，冷却空气经过一级冷凝器16后，冷却空气被加热，加热后的空气有以下5个用途：燃烧锅炉助燃空气、脱硝(SCR)用稀释空气、工艺气进入一级SO2氧化反应器10前的稀释空气、预热锅炉给水和在冬季环境下与一级冷凝器16的冷却空气混合。

步骤七：一级酸处理单元6连接二级SO2氧化单元7。二级SO2氧化单元 7包括工艺气混合器19、一级工艺气加热器20、辅助燃烧器28、二级工艺气氧化风机29、酸雾控制器、二级SO2氧化器和设置在二级SO2氧化器内的第三SO2氧化催化剂层22。经过一级冷凝器16后的工艺气与进入二级SO2的氧化器之前的部分工艺气在工艺气混合器19中进行混合，工艺气温度升至200℃，然后经一级工艺气加热器20之后工艺气温度升至370℃。随后工艺气进入二级SO2的氧化器进行近一步的氧化，使在一级SO2的氧化器中没有转化的SO2近一步氧化成SO3。辅助燃烧器28在工艺气进入二级SO2的氧化器的温度没有到达370℃使开启，一般是开车时开启。

步骤八：二级SO2氧化单元7连接二级酸处理单元8。二级酸处理单元8 包括二级冷凝器23、第二酸雾控制器24、第二冷却风机和硫酸储罐26。经过冷却后的工艺气经过二级冷凝器23进行进一步冷却，在冷却过程中，部分SO3被水合为H2SO4，酸在二级冷凝器23的立式玻璃管内被冷凝。在冷却时第二酸雾控制器24会不断向二级冷凝器23喷入二氧化硅晶核，使水合H2SO4更好的凝结成硫酸沿着立式玻璃管流入二级冷凝器23的底部。此时洁净的工艺气温度被降至95℃。浓缩的酸在二级冷凝器23底部的砖内衬酸收集器里被收集，二级冷凝器23所需的冷却空气由第二冷却风机提供，加热后的空气有以下3个用途：在冬季环境下与二级冷凝器23入口的冷却空气混合、调整烟道气和预热锅炉给水。一级冷凝器16和二级冷凝器23的底部内硫酸都收集在硫酸储罐26中。

步骤九：二级酸处理单元8连接尾气处理单元9。尾气处理单元9包括洁净工艺气冷却器和除雾器。洁净工艺气在洁净气冷却器中降温至60℃后，之后进入除雾器，在此处，酸雾浓度被降低。洁净工艺气和二级冷凝器23加热后的过剩热空气混合后排入烟囱，工艺气的排出温度为80℃。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。