专利名称：硫酸生产中的冷凝成酸工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于一种接触法硫酸生产中的冷凝成酸工艺，是对接触法硫酸生产中干法流程的冷凝成酸工艺的改进。
目前，现代工业普遍采用的接触法硫酸生产，可分为两种截然不同的工艺流程一种为湿法流程，由湿法净化、干法转化、吸收成酸等工序组成;另一种为干法流程，由干法净化、湿法转化、冷凝成酸等工序组成。在干法流程的冷凝成酸工序中一般采用水作为喷淋介质进行喷淋冷凝成酸，这是因为在经干法净化、湿法转化后的气体中除含有SO3外还有大量水蒸汽，所以，利用转化出口的高温气体(420℃±)，在成酸塔内喷淋水并控制塔内温度梯度，使进入塔内的高温气体冷凝，SO3与水蒸汽结合冷凝成硫酸，多余的水蒸汽从尾气中排出，这种采用水做为喷淋介质的成酸工艺，存在着喷淋密度小(一般在1M3/m2，h左右)，塔内衬及填料瓷环炸裂，而且腐蚀严重，塔寿命短(3个月至半年)，填料瓷环使用周期仅1～3个月，无法维持常年连续性生产。因此，人们又采用浓度为76%(重量百分数，下同)的工业硫酸做为喷淋介质以取代水喷淋冷凝成酸，该工艺虽能解决水冷凝成酸工艺存在的大部分问题，但由于76%酸喷淋冷凝成酸工艺需两套循环酸系统即第一套93%(重量百分数，下同)酸喷淋塔及93%酸冷却循环系统，第二套76%酸喷淋塔及76%酸冷却循环系统，因此存在两套系统操作管理复杂，串酸不易控制平衡，而且76%酸对铸铁冷却排管腐蚀较严重的问题。
本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题。通过理论探讨和大量的工业实验，推出了一种采用浓度为93%的工业硫酸为喷淋介质进行喷淋冷凝成酸的工艺。本发明给出的93%硫酸喷淋冷凝成酸的工艺，具有工艺简单、设备少、投资省、上马快、操作稳定、对冶炼、石化行业产生的含SO2浓度低、水分高且波动大的烟气尤为适用。
本发明给出的这种冷凝成酸工艺，是将由转化工序出来的含三氧化硫气体引入成酸塔内，与喷淋介质逆向运动进行冷凝成酸，其中由转化工序出来的气体中水蒸汽与三氧化硫的含量(体积百分数，下同)之比≤2，成酸塔采用的是空塔-填料塔形式，鉴于鼓泡器比空塔有更大的蒸发浓缩作用，当气体中水蒸汽与三氧化硫的含量比值较大时。也可采用鼓泡器-填料塔形式，但鼓泡器阻力大动力消耗高。在空塔和填料塔内采用的喷淋介质均为浓度是93%的工业硫酸。为使本发明给出的这种93%硫酸喷淋冷凝成酸工艺的顺利进行，关键要控制好空塔和填料塔内的温度梯度，其中空塔的进口气体温度400～450℃，出口气体温度170～250℃，喷淋酸温度40～60℃，底酸温度180～220℃，填料塔的塔拱温度160～200℃，塔顶温度90～120℃，喷淋酸温度40～60℃，底酸温度150～180℃。
本发明给出的93%硫酸喷淋冷凝成酸工艺将参照附图进行说明。其中
图1为93%硫酸喷淋冷凝成酸的工艺流程示意图，图2为空塔结构示意图，图3为图2的俯视图，图4为填料塔结构示意图，图5为图4的俯视图。图中标号为(1)，高位槽;(2)，空塔;(3)，冷却排管;(4)除雾器;(5)，高位槽;(6)，填料塔;(7)酸泵;(8)，酸循环槽;(9)，喷头;(10)，空塔的气体进口;(11)空塔的气体出口;(12)，混酸室;(13)，填料塔酸管;(14)，空塔冷酸管;(15)空塔出酸管;(16)入孔;(17)填料塔进酸管;(18)、塔拱;(19)填料塔气体进口;(20)填料塔气体出口。
如图所示，转化后的含三氧化硫的气体先由底部(10)处进入空塔(2)，在塔内与从顶部喷淋的93%酸逆向运动，实现冷凝成酸传质传热过程，冷却后的气体从空塔顶部(11)处出来进入填料塔(6)的底部(19)处，经塔拱(18)再与顶部(17)处喷淋的93%酸逆向运动进一步进行冷凝成酸传质传热过程，然后在塔顶通过除雾器(4)，将酸雾和酸沫捕集后尾气由(20)处排空。填料塔(6)产的酸通过塔底部管道(8)直接流入空塔(2)的混酸室(12)，与空塔所产硫酸混合后进入冷却排管(3)冷却，然后进入酸循环槽(8)。部分酸经泵(7)打入混酸并供两个塔喷淋循环使用，其余酸作为产品酸入成品库销售。
本发明给出的这种93%酸喷淋冷凝成酸工艺的依据是，从转化工序出来的高温气体含有三氧化硫和水蒸汽，随着温度的降低，将发生下列反应
即生成硫酸蒸汽及冷凝成酸的过程，这一过程是通过气相和液相间的传质和传热步骤实现的，随着温度的降低，两个反应都向右进行，而在较高温度的酸液中，水份又向气相蒸发转移，最终产品硫酸的浓度取决于控制硫酸液面上的水蒸汽压力。由于传热过程快于传质过程，实际过程中的硫酸蒸汽冷凝速度落后于水份蒸发速度，93%硫酸对气体中的水份吸收速度落后于硫酸蒸汽冷凝速度，因此在系统中的气液动平衡情况下，完全可以把成酸之后过剩的那一部分水分随尾气排出，产出符合国家标准的93%浓度工业硫酸。
根据长期的实验表明，转化工序出口气体中允许的水蒸汽含量与三氧化硫浓度有密切关系，当水蒸汽含量与三氧化硫含量之比小于或等于2时。例如气体中含H2O6%，含SO33%时，冷凝过程采用93%硫酸作为喷淋介质可以保证本发明给出的工艺的顺利并确保产出合格的93%浓度的工业硫酸，而当H2O/SO3的值大于2时，只能靠适当提高冷凝成酸温度来维持产品酸浓度。
本发明给出的工业性实验是在空塔-填料塔内进行。其中空塔结构见图2，空塔塔体为钢壳内补耐酸砖，塔顶盖及混酸室盖由耐酸混凝土捣制而成，塔内径1.96m，总高12m，塔内设有混酸室(12)，混酸室(12)是空塔的关键部位，混酸室(12)的砌筑结构决定酸液封的高度，具体尺寸可根据混酸量的多少，系统阻力的大小计算而得。空塔塔体是气液两相传质传热的空间。塔体装有喷头(9)直接喷淋93%硫酸，喷淋量的大小和处理气量、进入气体温度及控制出塔气体温度有关。塔出酸用2组35m2的铸铁排管冷却。填料塔结构见图4，塔内径1.8m，总高13.3m。塔底部砌有塔拱(18)用于支撑填料，填料为不同规格的瓷环，填料高度及填料量经计算确定，本实验中选用的填料高度6米，扑沫层填料高度0.5米。塔顶装有分酸装置，使喷淋的93%硫酸均匀分布在填料上。塔顶部还设有除雾器(4)，该除雾器内装有厚度100mm规格盘绕的聚四氟乙烯丝网和厚度约30mm散装的F-46丝网，塔出酸用一组35m2铸铁排管冷却。
本发明给出的工业性实验装置的气体处理量为4000标米3/小时，来自转化工序的气体中SO3含量1.5～4%平均2.8%、H2SO含量3～6%平均4.5%，F含量36～137mg/标米3、平均76mg/标米3。工艺操作的技术条件为1.空塔进口气体温度400～450℃出塔气体温度170～250℃底酸温度180～220℃混酸温度≤80℃喷淋酸温度40～60℃塔内气体速度0.8～1.0m/sec阻力降10～30mm水柱2.填料塔塔拱温度160～200℃塔顶温度90～120℃底酸温度150～180℃喷淋酸温度40～60℃塔内气体速度0.8～1.0m/sec除雾器出口温度90～120℃除雾器阻力200～300mm水柱除雾器速度～3.0m/sec
得到的综合技术经济指标为空塔成酸率60～70%，填料塔成酸率97.80～99.40%，成酸总效率99.4～99.8%，产品酸浓度92.5～93.5%，尾气含SO30.008～0.02%。填料使用寿命为3～5年，空塔-填料塔使用寿命为10年以上。本发明给出的工业性试验的主要数据详见表1。
本发明给出的这种93%硫酸喷淋冷凝成酸工艺，与接触法硫酸生产中干法流水喷淋冷凝成酸工艺和76%硫酸喷淋冷凝成酸工艺相比较的结果详见表2。
权利要求
1.硫酸生产中的冷凝成酸工艺，是将由转化工序出来的含有三氧化硫气体引入成酸塔内，与喷淋介质逆向运动进行冷凝成酸，其特征在于来自转化工序的气体中水蒸汽与三氧化硫的含量(体积百分数)之比≤2，成酸塔采用空塔(或鼓泡器)-填料塔结构，喷淋介质均采用浓度为93%(重量百分数)的工业硫酸，成酸塔内温度梯度控制在空塔，进口气体温度400～450℃，出口气体温度170～250℃、喷淋酸温度40～60℃、底酸温度180～220℃；填料塔，拱塔温度160～200℃、塔顶温度90～120℃、喷淋酸温度40～60℃、底酸温度150～180℃。
全文摘要
本发明给出一种接触法硫酸生产中干法流程的冷凝成酸工艺，适用处理有色冶炼、石油化工行业中产生的含SO
文档编号C01B17/74GK1077433SQ93111098
公开日1993年10月20日 申请日期1993年5月6日 优先权日1993年5月6日
发明者袁慰农, 傅雅珍, 李其武 申请人:沈阳冶炼厂