一种二氧化硫烟气制酸装置的制作方法

本实用新型涉及制酸装置，具体为一种二氧化硫烟气制酸装置。

背景技术：

有色金属矿物多以硫化物的形式存在，且多采用火法冶炼脱硫，铜、铅、锌、镍、及黄金等火法冶炼过程中都会释放出大量的低浓度so2烟气，需要治理。由于冶炼烟气中含有一定量的尘、砷、氟、汞等有害物质，若要采用湿法制酸工艺对其进行处理，在低浓度so2烟气进入制酸装置前必须经过净化，通常采用的净化工艺为湿式洗涤塔及电除雾器。

经过净化后的烟气温度会降至常温，而so2的转化起燃温度约为400℃，因此净化后烟气需加热升温，基于此，为尽可能充分利用湿法制酸装置内产生的热应选用成熟可靠的设备。传统的湿法制酸工艺通过采用熔盐间接换热来利用装置内产生的热，此法的热利用率低，需外部提供大量高品质热，流程复杂，且熔盐容易堵塞设备、管道。

技术实现要素：

本实用新型的一个主要目的在提供一种二氧化硫烟气制酸装置，包括依次连通的加热单元、第一反应单元、换热单元、第二反应单元和冷却单元；所述加热单元用以加热所述二氧化硫烟气；所述第一反应单元用以使所述二氧化硫烟气发生氧化反应，得到第一混合物；所述换热单元用以对所述第一混合物进行换热处理；所述第二反应单元用以使所述第一混合物发生氧化反应，得到第二混合物；所述冷却单元用以对所述第二混合物进行冷却处理。

根据本实用新型一实施方式，所述加热单元包括依次相连的第一预热器、第二预热器和加热器。

根据本实用新型一实施方式，所述冷却单元包括气体冷却器和冷凝器，所述气体冷却器分别与所述第二反应单元及所述冷凝器相连。

根据本实用新型一实施方式，在所述第一反应单元和所述第二反应单元均设置有催化剂床层。

根据本实用新型一实施方式，所述装置包括多条换热管路，所述多条换热管路包括第一换热管路和第二换热管路，所述第一换热管路和所述第二换热管路均设置于所述换热单元和所述冷却单元之间。

根据本实用新型一实施方式，所述加热单元包括依次相连的第一预热器、第二预热器和加热器；所述冷却单元包括气体冷却器和冷凝器，所述换热单元包括换热器。

根据本实用新型一实施方式，所述换热器与所述冷凝器相连形成所述第一换热管路，所述换热器与所述气体冷却器相连形成所述第二换热管路。

根据本实用新型一实施方式，所述多条换热管路包括第三换热管路和第四换热管路，所述气体冷却器与所述第二预热器相连形成所述第三换热管路，所述第二预热器与所述第一预热器相连形成所述第四换热管路。

根据本实用新型一实施方式，所述第一预热器和/或所述第二预热器为石英或硼砂玻璃管换热器。

根据本实用新型一实施方式，在所述第一反应单元和所述第二反应单元均设置有催化剂床层。

本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置，结构简单、操作方便、可靠性高。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1为本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置的结构示意图；

其中，附图标记说明如下：

11、第一预热器；12、第二预热器；13、加热器；21、第一反应器；22、第二反应器；30、换热器；41、气体冷却器；42、冷凝器；101、第一换热管路；102、第二换热管路；103、第三换热管路；104、第四换热管路。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置，包括依次连通的加热单元、第一反应单元、换热单元、第二反应单元和冷却单元。

作业时，原料气——二氧化硫烟气自加热单元进入制酸装置，经加热单元加热升温后进入第一反应单元进行氧化反应，大部分二氧化硫被空气中的氧气氧化为三氧化硫，得到包含未反应的二氧化硫及产物三氧化硫的第一混合物；在反应热的作用下，第一混合物具有较高的温度，之后第一混合物进入换热单元进行换热处理，以降低温度；换热后的第一混合物进入第二反应单元，以使残留的二氧化硫进一步反应生成三氧化硫，得到第二混合物；最后，第二混合物经冷却单元的冷却处理后分离为尾气和硫酸，并排出制酸装置。

本实用新型中，原料气为含二氧化硫的气体(二氧化硫烟气)，本实用新型对原料气中二氧化硫的浓度没有限定，例如原料气中二氧化硫的体积浓度(或摩尔浓度)可以是小于3％，例如1％、2％、2.5％等。

于一实施方式中，原料气为火法冶炼过程中释放出的低浓度so2烟气，低浓度是指so2的体积浓度小于3％，例如2％。

如图1所示，于一实施方式中，加热单元用于加热二氧化硫烟气使其升温，可包括依次相连的第一预热器11、第二预热器12和加热器13，加热器13为辅助加热器。

本实用新型对第一预热器11、第二预热器12和加热器13的种类没有限定，它们可以是现有的加热器或者用于加热的装置；于一实施方式中，第一预热器11、第二预热器12和加热器13均可通过电加热或蒸汽加热的方式进行加热。

于一实施方式中，第一预热器11、第二预热器12均可以为石英或硼砂玻璃管换热器。

于一实施方式中，二氧化硫烟气在第一反应单元发生氧化反应，其中二氧化硫被氧化为三氧化硫，得到第一混合物。

于一实施方式中，第一反应单元包括第一反应器21(转化器一段)，在第一反应器21中设置有催化床层，用以为二氧化硫的氧化反应提供催化剂。本实用新型对第一反应器21的结构没有特别限定，其可以为现有的用于二氧化硫与氧气反应的装置。

于一实施方式中，换热单元用以对第一反应单元排出的第一混合物进行换热处理，换热单元可包括现有的换热器30。

于一实施方式中，换热后，第一混合物中剩余的二氧化硫烟气在第二反应单元继续发生氧化反应，得到第二混合物。

于一实施方式中，第二反应单元包括第二反应器22(转化器二段)，在第二反应器22中设置有催化床层，用以为二氧化硫的氧化反应提供催化剂。本实用新型对第二反应器22的结构没有特别限定，其可以为现有的用于二氧化硫与氧气反应的装置。

于一实施方式中，冷却单元用以对第二混合物进行冷却处理，冷却单元可包括气体冷却器41和冷凝器42，气体冷却器41分别与第二反应单元和冷凝器相连42。自第二反应单元排出的第二混合物经气体冷却器41降温后进入冷凝器42，在冷凝器42被进一步分离为尾气和三氧化硫产物，三氧化硫与水反应后生成硫酸。

按照作用划分，本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置包括用于工艺气流动的工艺气管路和用于工艺气换热的多条换热管路，工艺气管路用于工艺气物料的反应和流动，换热管路用于为工艺气换热，以提高热利用率，减少外部高品质热需求。其中，工艺气包括二氧化硫烟气和/或其反应产物。

于一实施方式中，多条换热管路包括第一换热管路101和第二换热管路102，第一换热管路101和第二换热管路102均设置于换热单元和冷却单元之间。

于一实施方式中，第一换热管路101设置于换热器30和冷凝器42之间，第二换热管路102设置于换热器30和气体冷却器41之间。

于一实施方式中，第一预热器11、第二预热器12、换热器30、气体冷却器41、冷凝器42等均可包括用于容纳工艺气的物料腔(室)和用于容纳热交换介质的换热腔(室)，物料腔与换热腔可进行热交换，不会进行物料交换，换热腔可设置于物料腔的外部，也可设置于物料腔的内部。

于一实施方式中，换热器30的换热腔与冷凝器42的换热腔相连通，形成第一换热管路101；换热器30的换热腔与气体冷却器41的换热腔相连通，形成第二换热管路102。

于一实施方式中，第一换热管路101和第二换热管路102通过换热器30相连通。

于一实施方式中，换热管路中用于热交换的介质可以为空气，空气可自冷凝器42进入换热管路。

于一实施方式中，多条换热管路还包括第三换热管路103和第四换热管路104，第三换热管路103设置于气体冷却器41与第二预热器12之间，第四换热管路104设置于第一预热器11与第二预热器12之间。

于一实施方式中，气体冷却器41的换热腔与第二预热器12的换热腔相连通，形成第三换热管路103；第二预热器12的换热腔进一步与第一预热器11的换热腔相连通，形成第四换热管路104。

于一实施方式中，第三换热管路103与第二换热管路102通过气体冷却器41相连通，与第四换热管路104通过第二预热器12相连通。

参见图1，本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置，作业时，so2浓度为2％的低浓度so2烟气(工艺气)自第一预热器11进入制酸装置，并经第一预热器11加热至180℃；之后，工艺气进入第二预热器12加热至325℃，然后经加热器13加热至400℃；之后，工艺气进入第一反应器21，在第一反应器21内，94％的so2被氧化为so3，生成的反应热将工艺气升温至455℃；自第一反应器21排出的工艺气进入换热器30后，换热降温至400℃，之后进入第二反应器22，在第二反应器22中，99.2％的so2被氧化为so3，生成的反应热将工艺气升温至403℃；自第二反应器22出口排出的工艺气进入气体冷却器41降温至285℃后进入冷凝器42；通过热交换，工艺气在冷凝器42中被换热腔中来自大气中的空气冷却至100℃，并被进一步分离为尾气和硫酸排出制酸装置。

另一方面，热交换后，冷凝器42换热腔中的空气被工艺气加热至200℃，之后换热空气通过第一换热管路101进入换热器30的换热腔中升温至244℃；然后，换热空气通过第二换热管路102进入气体冷却器41的换热腔中升温至356℃；之后，换热空气通过第三换热管路103进入第二预热器12的换热腔中降温至252℃；最后，换热空气通过第四换热管路104进入第一预热器11的换热腔中降温至150℃，并自第一预热器11排出制酸装置。

本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置，通过多条换热管路的设置能够充分利用湿法制酸装置内产生的热，减少了外部高品质的热需求。

本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置，在使用过程中，第一预热器11、第二预热器12等仅需在so2烟气最初进入制酸装置时进行加热，随着反应的进行，第三换热管路103、第四换热管路104中提供的热量足以使原料二氧化硫烟气达到预定的温度，无需再对第一预热器11、第二预热器12进行额外加热。

本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置，能够解决现有技术中的热利用率低及设备、管道容易堵塞的问题。

本实用新型一实施方式的二氧化硫烟气制酸装置中，换热器等均为常压设备，危险性小，可靠性高；且流程简单、操作方便；利用换热流程的优化使与工艺气体接触的金属壁面温度高于工艺气体露点温度，可避免露点腐蚀。

除非特别限定，本实用新型所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本实用新型所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员可在本实用新型的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本实用新型不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。