一种含磷废硫酸裂解余热利用装置的制作方法

本实用新型属于化学工程与环境保护技术领域，涉及一种含磷废硫酸裂解余热利用装置，具体是一种处理含磷废硫酸(如乙炔净化废硫酸等)使废硫酸裂解再生为商品级硫酸时有效回收裂解后炉气余热的装置。

背景技术：

废硫酸裂解再生装置一般经过废酸高温裂解、净化、转化、干吸等步骤生产硫酸。其中，废硫酸高温裂解是整个装置的核心，因硫酸裂解过程需要消耗大量的燃料气，所以，如何有效的回收裂解后炉气的热量，减少燃料气的消耗是废硫酸裂解再生装置需要重点考虑的问题。

现有废硫酸再生装置废酸高温裂解一般包括燃料气焚烧、废硫酸的裂解、余热的回收等。余热的回收指利用废热锅炉生产蒸汽和空气预热器对空气进行预热等。

现有废硫酸再生装置的废酸一般是烷基化废硫酸，该废酸中不含磷元素。如果废酸中含有磷元素(如乙炔净化废硫酸等)，含磷废硫酸高温裂解产生含磷炉气，由于磷酸的露点温度较高(根据相关文献介绍，大约在300～350℃左右)，超过目前锅炉设计的饱和蒸汽压力对应下的温度(252℃)，导致锅炉快速腐蚀(国内已经发生几起含磷废硫酸处理装置废热锅炉腐蚀、泄漏实例)，严重影响装置正常运行。

目前，大部分硫酸装置废热锅炉产的蒸汽压力为4Mpa，如采用12Mpa以上的超高压锅炉，可以避免磷酸的露点腐蚀，但超高压锅炉造价太高，且生产的高压蒸汽的应用不多，输送成本较高，其技术经济显然是不合理的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是弥补现有技术的不足和缺点，提供一种含磷废硫酸裂解余热利用的装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种含磷废硫酸裂解余热利用的装置，包括一台炉气冷却器、至少一台空气预热器；所述的炉气冷却器的炉气进口和废硫酸裂解炉的炉气出口连接，所述的炉气冷却器的炉气出口和空气预热器的炉气进口连接；空气预热器的炉气出口与炉气净化单元连接，空气预热器的空气出口与废硫酸裂解炉连接将部分预热空气送入裂解炉提供含磷废硫酸高温裂解所需的氧气和热量。

所述的空气预热器的个数为1台时，空气预热器的空气出口设有热空气循环回路与空气预热器的空气进口连接，用于将部分循环至空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到200～350℃再次进入该空气预热器中与炉气换热。

所述的空气预热器的个数为2台时，相邻空气预热器依次串联；第一台空气预热器的炉气进口与炉气冷却器的炉气出口连接，第二台空气预热器的炉气出口与炉气净化单元连接，第二台空气预热器的空气出口与废硫酸裂解炉连接；优选的，在第一台空气预热器的空气出口设有热空气循环回路与空气预热器的空气进口连接，用于将部分循环至第一台空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到200～350℃再次进入该空气预热器中与炉气换热。

所述的空气预热器的个数不少于3台时，空气预热器的连接方式为串联或并联或串联与并联的组合。

所述的炉气冷却器采用310S或253MA材质，所述的空气预热器采用310S材质。当采用多台空气预热器时，高温空气预热器采用310S材质，低温空气预热器采用321材质。

基于本实用新型装置进行含磷废硫酸裂解余热利用的方法，在废硫酸裂解炉后设置一台炉气冷却器、至少一台空气预热器；含磷废硫酸在废硫酸裂解炉中裂解产生的炉气进入炉气冷却器与空气换热，从1000～1200℃冷却至600～900℃；再将炉气通入空气预热器中与新鲜冷空气进行换热，炉气进一步冷却至380～500℃，空气预热达到350～720℃。

炉气和空气换热的公式：q_m1C_p1(T₁-T₂)＝q_m2C_p2(t₁-t₂)

q_m1，q_m2—分别为炉气量，空气量，kmol/h；

C_p1，C_p2—分别为炉气平均分子热容量，空气平均分子热容量，kJ/(kmol.K)；

T₁，T₁—分别为炉气进、出口温度，℃；

t₁，t₂—分别为空气进、出口温度，℃。

当所述的空气预热器的个数为1台时，600～900℃的炉气通入空气预热器中与新鲜冷空气进行并流或逆流换热，炉气进一步冷却至380～500℃，预热后的空气达到350～720℃。经空气预热器预热后的空气进入废硫酸裂解炉提供含磷废硫酸高温裂解所需的氧气和热量，进入废硫酸裂解炉的空气量由裂解的废硫酸的量决定，多余的热空气可以用于生产蒸汽、加热热水；或预热后的空气一部分循环至空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到200～350℃再次进入空气预热器中与炉气换热，循环空气(即循环至空气预热器的空气进口的热空气)占进入空气预热器的空气总量的40～60％，一部分进入废硫酸裂解炉，多余的热空气可以用于生产蒸汽、加热热水。采用部分热空气循环回流至冷空气入口，提高空气预热器空气入口温度，以降低空气预热器冷热端温差，提高设备使用寿命；同时能够避免磷酸低于露点对装置造成腐蚀。

优选的，在空气预热器中，炉气与新鲜冷空气进行并流换热时，预热后的空气循环至空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到200℃再次进入空气预热器中与炉气换热；炉气与空气采用并流换热的方式，在避免含磷炉气露点腐蚀的同时流程也最简单。炉气与新鲜冷空气进行逆流换热时，预热后的空气循环至空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到350℃再次进入空气预热器中与炉气换热，能够避免磷酸低于露点对空气预热器造成腐蚀。

所述的空气预热器的个数为2台时，相邻空气预热器依次串联；两台空气预热器中炉气和空气的换热方式均为并流换热或均为逆流换热或一台为并流换热、一台为逆流换热；600～900℃的炉气通入第一台空气预热器中与空气进行并流或逆流换热，换热后的炉气和空气进入第二台空气预热器中进行并流或逆流换热，或换热后，占进入第一台空气预热器空气总量40～60％的空气循环至第一台空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到200～350℃再次进入该空气预热器中与炉气换热；炉气和余下的空气进入第二台空气预热器中，两者在第二台空气预热器中进行并流或逆流换热；经两台空气预热器换热后的空气达到350～720℃，炉气冷却至380～500℃。经两台空气预热器预热后的空气进入废硫酸裂解炉提供含磷废硫酸高温裂解所需的氧气和热量，进入废硫酸裂解炉的空气量由裂解的废硫酸的量决定，多余的热空气可以用于生产蒸汽、加热热水。

优选的，600～900℃的炉气通入第一台空气预热器中与空气进行并流换热，换热后的炉气和空气进入第二台空气预热器中进行逆流换热，经两台空气预热器换热后的空气达到350～720℃，炉气冷却至380～500℃；或600～900℃的炉气通入第一台空气预热器中与空气进行逆流换热，换热后，占进入第一台空气预热器空气总量40～60％的空气循环至第一台空气预热器的空气进口与新鲜冷空气混合后温度达到350℃再次进入该空气预热器中与炉气换热，炉气和余下的空气进入第二台空气预热器中，两者在第二台空气预热器中进行逆流换热，经两台空气预热器换热后的空气达到600～720℃，炉气冷却至380～500℃。

所述的空气预热器的个数不少于3台时，空气预热器的连接方式为串联或并联或串联与并联的组合。在每台空气预热器中，炉气和空气的换热方式为并流换热或逆流换热。

经过炉气冷却器、空气预热器依次冷却后的炉气进入炉气净化工序。优选的，炉气在炉气冷却器与空气换热后冷却至800℃再进入空气预热器，炉气继续在空气预热器与空气换热冷却至450℃再进入炉气净化工序。

所述的新鲜冷空气是指温度25～30℃的空气。

本实用新型的有益效果：

与传统废酸裂解技术相比，本实用新型采用炉气冷却器替代了余热锅炉，可以保证炉气温度在磷酸露点温度以上，避免含磷炉气露点腐蚀问题。同时设置空气预热器对裂解所需空气进行预热，有效的回收裂解后炉气的热量，减少燃料气的消耗，而且可以将炉气的热量转移到空气上来，热空气可以生产蒸汽、加热热水等综合利用。

附图说明

图1为实施例1含磷废硫酸裂解余热利用装置的结构示意图。

图1中：1-炉气冷却器、2-空气预热器。

图2为实施例2含磷废硫酸裂解余热利用装置的结构示意图。

图2中：1-炉气冷却器、2-空气预热器、3-热空气循环回路。

图3为实施例3含磷废硫酸裂解余热利用装置的结构示意图。

图3中，1-炉气冷却器、21-第一台空气预热器、3-热空气循环回路、22-第二台空气预热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种含磷废硫酸裂解余热利用的装置，包括一台炉气冷却器1、一台空气预热器2；所述的炉气冷却器1的炉气进口和废硫酸裂解炉的炉气出口连接，所述的炉气冷却器1的炉气出口和空气预热器2的炉气进口连接，炉气通入空气预热器中与新鲜冷空气进行并流或逆流换热；空气预热器2的炉气出口与炉气净化单元连接，空气预热器2的空气出口与废硫酸裂解炉连接将部分预热空气送入裂解炉提供含磷废硫酸高温裂解所需的氧气和热量。

实施例2

如图2所示，一种含磷废硫酸裂解余热利用的装置，包括一台炉气冷却器1、一台空气预热器2；所述的炉气冷却器1的炉气进口和废硫酸裂解炉的炉气出口连接，所述的炉气冷却器1的炉气出口和空气预热器2的炉气进口连接，炉气通入空气预热器中与新鲜冷空气进行并流或逆流换热；空气预热器2的炉气出口与炉气净化单元连接，空气预热器2的空气出口与废硫酸裂解炉连接将部分预热空气送入裂解炉提供含磷废硫酸高温裂解所需的氧气和热量；在空气预热器2的空气出口还设有热空气循环回路3与空气预热器1的空气进口连接。

实施例3

如图3所示，一种含磷废硫酸裂解余热利用的装置，包括一台炉气冷却器、两台依次串联的空气预热器；所述的炉气冷却器1的炉气进口和废硫酸裂解炉的炉气出口连接，所述的炉气冷却器1的炉气出口和第一台空气预热器21的炉气进口连接；第二台空气预热器22的炉气出口与炉气净化单元连接，第二台空气预热器22的空气出口与废硫酸裂解炉连接将部分预热空气送入裂解炉提供含磷废硫酸高温裂解所需的氧气和热量；在第一台空气预热器21的空气出口还设有热空气循环回路3与第一台空气预热器21的空气进口连接。

应用例1

基于实施例1含磷废硫酸裂解余热利用的装置进行余热利用的方法，包括：乙炔净化废硫酸裂解后约1100℃炉气(10800Nm³/h)进入炉气冷却器1，在炉气冷却器1内炉气与大气中空气进行自然散热或强制通风散热，炉气被冷却至800℃再进入空气预热器2，新鲜冷空气(30℃、15250Nm³/h)自空气预热器1的空气进口并流进料，两者在空气预热器2内并流换热，待炉气继续冷却至450℃再进入炉气净化工序，空气从30℃被加热至350℃进入废硫酸裂解炉，多余的热空气可以生产蒸汽、加热热水等综合利用。

应用例2

基于实施例2含磷废硫酸裂解余热利用的装置进行余热利用的方法，包括：乙炔净化废硫酸裂解后约1100℃炉气(10800Nm³/h)进入炉气冷却器1，在炉气冷却器1内炉气与大气中空气进行自然散热或强制通风散热，炉气被冷却至800℃再进入空气预热器2，空气(200℃、32480Nm³/h)自空气预热器1的空气进口并流进料，两者在空气预热器2内并流换热，待炉气继续冷却至450℃再进入炉气净化工序，被加热至350℃的热空气一部分进入废硫酸裂解炉，一部分(17230Nm³/h)循环至空气冷却器2的空气进口与新鲜冷空气(30℃、15250Nm³/h)混合后温度达到200℃进料，与持续进料的炉气(800℃)在空气预热器2内并流换热，再被加热至350℃，热空气一部分进入废硫酸裂解炉，一部分(17230Nm³/h)再次循环至空气冷却器2的空气进口与新鲜冷空气(30℃、15250Nm³/h)混合后与炉气换热，多余的热空气可以生产蒸汽、加热热水等综合利用。

应用例3

基于实施例2含磷废硫酸裂解余热利用的装置进行余热利用的方法，包括：乙炔净化废硫酸裂解后约1100℃炉气(10800Nm³/h)进入炉气冷却器1，在炉气冷却器1内炉气与大气中空气进行自然散热或强制通风散热，炉气被冷却至800℃再进入空气预热器2，空气(350℃、12385Nm³/h)自空气预热器2的空气进口逆流进料，两者在空气预热器2内逆流换热，待炉气继续冷却至450℃再进入炉气净化工序，被加热至720℃的热空气一部分进入废硫酸裂解炉，一部分(5485Nm³/h)循环至空气冷却器2的空气进口与新鲜冷空气(30℃、6900Nm³/h)混合后温度达到350℃逆流进料，与持续进料的炉气(800℃)在空气预热器2内逆流换热，再被加热至720℃，热空气一部分进入废硫酸裂解炉，余下部分(5485Nm³/h)循环至空气冷却器2的空气进口与新鲜冷空气(30℃、6900Nm³/h)混合后与炉气换热。

应用例4

基于实施例3含磷废硫酸裂解余热利用的装置进行余热利用的方法，包括：乙炔净化废硫酸裂解后约1100℃炉气(10800Nm³/h)进入炉气冷却器1，在炉气冷却器1内炉气与大气中空气进行自然散热或强制通风散热，炉气被冷却至800℃再进入第一台空气预热器21，新鲜冷空气(30℃、8850Nm³/h)自第一台空气预热器21的空气进口并流进料，两者在空气预热器21内并流换热，炉气冷却至600℃后再进入第二台空气预热器22，经第二台空气预热器22预热的空气温度达到350℃，再自第二台空气预热器22的空气进口逆流进料，炉气与空气在第二空气预热器22内逆流换热，待炉气继续冷却至450℃再进入炉气净化工序，空气继续加热至570℃再进入废硫酸裂解炉，多余的热空气可以生产蒸汽、加热热水等综合利用。