專利名稱：由二氧化硫制備三氧化硫、硫酸和發(fā)煙硫酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)二氧化硫氧化制備三氧化硫的新方法。本發(fā)明還涉及通過(guò)接觸法制備液體硫酸(H2SO4)和/或發(fā)煙硫酸的方法，其中使SO2氧化生成SO3，再與水或硫酸溶液接觸產(chǎn)生附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸。本發(fā)明還涉及由此接觸法期間產(chǎn)生的熱量回收高級(jí)能量。
背景技術(shù)：
硫酸是世界上產(chǎn)量最高的化學(xué)品。多數(shù)硫酸用于生產(chǎn)復(fù)合肥中的磷酸。硫酸還用于例如染料和顏料、工業(yè)炸藥、刻蝕應(yīng)用、烷基化催化、電鍍?cè)『陀猩饘僖睙挕?jù)報(bào)道目前世界上每天生產(chǎn)約570 000噸，約30％在美國(guó)生產(chǎn)。
接觸法是制備硫酸和發(fā)煙硫酸(“發(fā)煙硫酸”是SO3的硫酸溶液，也稱為“H2S2O7”)的最普遍方法之一。該方法一般包括三步(1)由含硫原料形成SO2，(2)使SO2催化氧化生成SO3，和(3)使SO3與水或濃硫酸接觸使SO3水合形成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
接觸法中用多種含硫原料形成SO2。例如，多數(shù)硫酸廠通過(guò)在熱燃燒區(qū)使可氧化的含硫原料(例如元素硫或含硫化物的金屬礦)氧化形成SO2。相反，其它廠(例如硫酸再生廠)大多在可分解硫酸鹽存在下燃燒碳質(zhì)材料(即燃料)提供使所述硫酸鹽分解成SO2和各種副產(chǎn)物所需熱量。
形成SO2之后，常通過(guò)在分子氧存在下在SO2催化氧化的有效溫度下(例如對(duì)于V2O5催化劑而言在約410至約420℃下)與催化劑(例如五氧化二釩(V2O5)催化劑)接觸使SO2氧化成SO3。該反應(yīng)通常在包括多個(gè)串聯(lián)催化劑床(通常4或更多催化劑床)的催化轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行。此反應(yīng)的麻煩之一歸因于它是高度放熱反應(yīng)。這需要控制反應(yīng)條件以致所述氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不使所述催化劑過(guò)熱至可能導(dǎo)致催化劑熱損傷和過(guò)早失活和/或不利地影響反應(yīng)平衡的溫度。例如，可通過(guò)限制供入催化轉(zhuǎn)化器的SO2或氧的濃度，或采用如Daley等在US 4 643 887中公開(kāi)的包括管殼裝置的轉(zhuǎn)化器，其中通過(guò)與冷卻介質(zhì)(例如空氣或熔鹽)間接換熱使催化劑冷卻，控制所述氧化反應(yīng)。例如，使用V2O5催化劑的工藝中，典型地控制反應(yīng)條件使催化劑床的溫度保持在低于約650℃，更典型地低于約630℃。
硫酸和/或發(fā)煙硫酸的形成通常在SO3吸收塔內(nèi)吸收區(qū)中進(jìn)行，其中含SO3的轉(zhuǎn)化氣與水或更典型地與濃硫酸溶液(例如含約98.5wt％硫酸的溶液)接觸形成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。水一般是不優(yōu)選的，因?yàn)樗桩a(chǎn)生難以冷凝的H2SO4的酸霧。
雖然SO3與濃H2SO4的反應(yīng)迅速而且完全，但SO2至SO3的氧化一般不完全。因此，離開(kāi)SO3吸收塔的尾氣通常含有剩余SO2。多數(shù)國(guó)家限制H2SO4廠可排放至大氣中的SO2量。例如美國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)目前將SO2排放限制在4磅/短噸(2kg/公噸)H2SO4。這相當(dāng)于所述催化氧化步驟中SO2至SO3的最小轉(zhuǎn)化率為99.7％(即不多于0.3％的進(jìn)入SO2可在SO3吸收器的尾氣中離開(kāi)系統(tǒng))。
供給催化轉(zhuǎn)化器的氣體中SO2濃度增加一般趨于降低反應(yīng)效率。這又導(dǎo)致工廠排放的尾氣中殘留更多的SO2。因此，隨著硫酸廠經(jīng)營(yíng)者設(shè)法通過(guò)提高供給轉(zhuǎn)化器的氣體中SO2的濃度提高產(chǎn)量，工廠排放的SO2將趨于增加。因而，一般迫使硫酸廠限制其生產(chǎn)速率或冒不遵守環(huán)境法規(guī)的危險(xiǎn)。
某些情況下，硫酸廠能利用尾氣洗滌器在排入大氣之前除去SO2提高產(chǎn)量。尾氣洗滌器特別適合與低轉(zhuǎn)化率的單級(jí)SO3吸收設(shè)備結(jié)合使用。可采用多種SO2尾氣洗滌法，多采用不可再生的洗滌介質(zhì)如氨、氫氧化鈉或過(guò)氧化氫。但這些技術(shù)有許多缺點(diǎn)。例如，需要昴貴的設(shè)備(例如單獨(dú)的滌氣塔)。這些設(shè)備占用有價(jià)值的空間并在總氣體體系中產(chǎn)生附加的壓降，降低所述系統(tǒng)的氣體處理能力。此外，使用堿的滌氣過(guò)程通常產(chǎn)生必須適當(dāng)處理的副產(chǎn)物(例如，用氨洗滌尾氣時(shí)，產(chǎn)生硫酸銨側(cè)線餾分；使用氫氧化鈉時(shí)，產(chǎn)生硫酸鈉側(cè)線餾分)。特別是使用銨鹽洗滌溶液時(shí)，典型地產(chǎn)生必須用復(fù)雜而且昴貴的除霧器去除的亞微型煙霧。
硫酸廠還用雙SO3吸收法控制SO2排放。該方法中，包含中間SO3吸收區(qū)的SO3吸收塔位于所述轉(zhuǎn)化器的兩個(gè)催化劑床之間。例如，許多采用4床催化轉(zhuǎn)化器的常規(guī)系統(tǒng)中，離開(kāi)第二或第三催化劑床的氣體通過(guò)中間SO3吸收區(qū)，其中所述氣體與濃硫酸溶液接觸形成酸產(chǎn)品。離開(kāi)所述中間SO3吸收區(qū)的氣體返回所述轉(zhuǎn)化器的下一床。由于SO2至SO3的氧化是平衡控制的反應(yīng)，在中間吸收區(qū)除去SO3有助于推進(jìn)所述轉(zhuǎn)化器后續(xù)床中的反應(yīng)獲得更高的轉(zhuǎn)化率，從而減少離開(kāi)最后SO3吸收塔的尾氣中SO2的排放。但該方法也有缺點(diǎn)，因?yàn)樗鲋虚g吸收區(qū)使系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用顯著增加。此外，即使采用雙吸收，要確保高轉(zhuǎn)化率和低SO2排放設(shè)備容量仍受限制。
除在控制SO2排放的同時(shí)提高生產(chǎn)能力的目標(biāo)之外，涉及硫酸接觸設(shè)備的另一目標(biāo)是最大限度地由所述接觸法的放熱步驟中產(chǎn)生的熱量回收可用能量。直到最近，僅以可用形式回收所述硫酸接觸法中產(chǎn)生熱量的約55至約60％。能量回收的主要進(jìn)步由McAlister等在US 5 503 821；5 118 490；4 670 242；和4 576 813中提供。這些專利描述了可以中壓蒸汽形式回收SO3吸收熱的方法。所有方法中，SO3吸收塔都在高溫下操作，從所述吸收酸中傳遞熱量產(chǎn)生水蒸汽。通過(guò)使酸濃度保持在99至100％的范圍內(nèi)，可利用合金換熱器回收所述吸收熱。這些方法可使所述工藝的熱能回收能力增至大于90％。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種制備SO3的改進(jìn)方法，包括在催化轉(zhuǎn)化器中使SO2氧化。更具體地，本發(fā)明提供一種可用較低投資和運(yùn)行費(fèi)用實(shí)施的SO3制備方法；可在催化轉(zhuǎn)化器上游處理最小體積的氣體從而可在轉(zhuǎn)化器上游使用較小設(shè)備(即投資和運(yùn)行費(fèi)用較低的設(shè)備)的SO3制備方法；由較低SO2氣體濃度的SO2原料氣制備SO3的方法；可不用外來(lái)能源操作催化轉(zhuǎn)化器使所述SO2轉(zhuǎn)化器的進(jìn)料氣體達(dá)到所述SO2氧化催化劑的活化溫度的SO3制備方法(即其中催化轉(zhuǎn)化器自熱操作的方法)；甚至在使用稀原料氣(例如SO2濃度低于約5mol％的原料氣)時(shí)所述催化轉(zhuǎn)化器也可自熱操作的SO3制備方法；由廢硫酸制備SO3的方法；由金屬硫化物氧化放出的氣體制備SO3的方法；和熱能回收率提高的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法。
因此，簡(jiǎn)言之，本發(fā)明涉及一種由包含SO2的原料氣制備SO3的方法。一實(shí)施方案中，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑。然后在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出二氧化硫形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣。然后形成包含所述富SO2汽提氣的第一部分的反應(yīng)氣。再通過(guò)包括使所述反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床(此多個(gè)包括至少2且不大于4個(gè)包含能使SO2氧化成SO3的催化劑的催化劑床)的方法形成氧化產(chǎn)品氣(包含SO3和剩余SO2)。該實(shí)施方案中，所述富SO2氣體的第二部分引入所述多個(gè)催化劑床中最上游催化劑床下游的至少一個(gè)催化劑床中以增加供入所述下游床的SO2量。
由包含SO2的原料氣制備SO3的另一實(shí)施方案中，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑。然后在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出二氧化硫形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣。然后形成包含所述富SO2汽提氣的第一部分(此第一部分包含所述富SO2汽提氣中SO2的至少約30％)的反應(yīng)氣。然后，通過(guò)包括使所述反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床(此多個(gè)包括至少2個(gè)包含能使SO2氧化成SO3的催化劑的催化劑床)的方法形成氧化產(chǎn)品氣(包含SO3和剩余SO2)。該實(shí)施方案中，所述富SO2氣體的第二部分引入所述多個(gè)催化劑床中最上游催化劑床下游的至少一個(gè)催化劑床中以增加供入所述下游床的SO2量。
由包含SO2的原料氣制備SO3的另一實(shí)施方案中，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑。然后在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出二氧化硫形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣。然后形成包含所述富SO2汽提氣的第一部分的反應(yīng)氣。然后，通過(guò)包括使所述反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床(此多個(gè)包括至少2個(gè)包含能使SO2氧化成SO3的催化劑的催化劑床)的方法形成氧化產(chǎn)品氣(包含SO3和剩余SO2)。該實(shí)施方案中，所述富SO2氣體的第二部分引入所述多個(gè)催化劑床中最上游催化劑床下游的至少一個(gè)催化劑床中以增加供入所述下游床的SO2量。此外，進(jìn)入每個(gè)催化劑床的氣體中O2與SO2之摩爾比大于約0.2∶1。
由包含SO2的原料氣制備SO3的另一實(shí)施方案中，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑。然后在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出二氧化硫形成貧SO2吸收溶劑和富SO2汽提氣。形成包含所述富SO2汽提氣的第一部分的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣。將此轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣分成第一部分和第二部分。然后，使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣的第一部分通過(guò)一個(gè)催化劑床，使所述第二部分通過(guò)與所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣的第一部分經(jīng)過(guò)的催化劑床并聯(lián)的不同催化劑床(兩催化劑床均包含能使SO2氧化成SO3的氧化催化劑)，形成第一部分轉(zhuǎn)化氣和第二部分轉(zhuǎn)化氣(都包含SO3和剩余SO2)。然后使剩余的富SO2汽提氣的第一部分與所述第一部分轉(zhuǎn)化氣混合以增強(qiáng)所述第一部分轉(zhuǎn)化氣的SO2氣體濃度。類似地，使剩余富SO2汽提氣的第二部分與所述第二部分轉(zhuǎn)化氣混合以增強(qiáng)所述第二部分轉(zhuǎn)化氣的SO2氣體濃度。然后使所述增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣和增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)至少一個(gè)其它催化劑床(也包含能使SO2氧化成SO3的氧化催化劑)，從而使附加的SO2氧化成SO3，形成包含SO3和SO2的轉(zhuǎn)化氣。
本發(fā)明還提供一種制備硫酸和/或發(fā)煙硫酸的改進(jìn)方法。更具體地，本發(fā)明提供一種滿足SO2排放標(biāo)準(zhǔn)的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；SO2氧化能力高于沒(méi)有更高SO2排放的典型硫酸廠的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；其中SO2排放僅限于簡(jiǎn)單監(jiān)控的單清洗氣流的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；甚至在單程SO2轉(zhuǎn)化率低(例如單程SO2轉(zhuǎn)化率低達(dá)約75％或更低)的情況下也實(shí)現(xiàn)至少約99.7％的SO2回收率的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；可用較低投資和運(yùn)行費(fèi)用實(shí)施的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；可在催化轉(zhuǎn)化器上游處理比典型的傳統(tǒng)硫酸接觸廠更小體積的氣體從而可在轉(zhuǎn)化器上游使用較小設(shè)備的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；在不需安裝單獨(dú)的不可再生的SO2尾氣洗滌處理和/或中間SO3吸收區(qū)的情況下實(shí)現(xiàn)低SO2排放(即可用單一SO3吸收器實(shí)現(xiàn)低排放)的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；由H2O/SO2摩爾比高于所述產(chǎn)品酸物流中所要求的H2O/SO3摩爾比的SO2原料流生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法；由較低SO2氣體濃度的SO2原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法；其中催化轉(zhuǎn)化器自熱操作的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；甚至在使用稀原料氣時(shí)所述催化轉(zhuǎn)化器也可自熱操作的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；由廢硫酸生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法；由金屬硫化物氧化放出的氣體生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法；其中以高級(jí)形式回收能量的硫酸和/或發(fā)煙硫酸生產(chǎn)方法；由濕原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法；在不需使原料氣先通過(guò)干燥塔的情況下由濕原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法；和其中氣相形成硫酸(即原料氣中的水蒸氣與轉(zhuǎn)化氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸)產(chǎn)生的熱量被回收的由濕原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法。
因此，簡(jiǎn)言之，本發(fā)明涉及一種由包含SO2的原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法。一實(shí)施方案中，所述方法包括使所述原料氣的至少一部分在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述部分原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑。然后在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出二氧化硫形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣。然后通過(guò)包括使所述富SO2汽提氣經(jīng)過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床(均包含能使SO2氧化成SO3的催化劑)的方法形成氧化產(chǎn)品氣(包含SO3和剩余SO2)。再使所述氧化產(chǎn)品氣與水蒸氣混合形成產(chǎn)品酸氣，包含(a)來(lái)自所述氧化產(chǎn)品氣的SO3與水蒸氣之間的氣相反應(yīng)生成的硫酸，從而產(chǎn)生氣相硫酸生成熱；(b)SO3；和(c)SO2。通過(guò)在間接換熱器中從所述產(chǎn)品酸氣至水蒸汽或進(jìn)水的傳熱回收來(lái)自氣相硫酸生成熱的熱能。然后使冷卻的產(chǎn)品酸氣在SO3吸收區(qū)與硫酸液體接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
由包含SO2的原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的另一實(shí)施方案中，所述方法包括通過(guò)包括使所述原料氣的第一部分通過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床(此多個(gè)包括至少2個(gè)包含能使SO2氧化成SO3的催化劑的催化劑床)的方法形成氧化產(chǎn)品氣(包含SO3和剩余SO2)。將所述原料氣的第二部分引入所述多個(gè)催化劑床中最上游催化劑床下游的至少一個(gè)催化劑床中以增加供入所述下游床的SO2量。再使所述氧化產(chǎn)品氣與水蒸氣混合形成產(chǎn)品酸氣，包含(a)來(lái)自所述氧化產(chǎn)品氣的SO3與水蒸氣之間的氣相反應(yīng)生成的硫酸，從而產(chǎn)生氣相硫酸生成熱；(b)SO3；和(c)SO2。通過(guò)在間接換熱器中從所述產(chǎn)品酸氣至水蒸汽或進(jìn)水的傳熱回收來(lái)自氣相硫酸生成熱的熱能。然后使冷卻的產(chǎn)品酸氣在SO3吸收區(qū)與硫酸液體接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
本發(fā)明另一實(shí)施方案涉及由包含SO2和水蒸氣的原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法。所述方法包括形成包含SO2的反應(yīng)氣，然后通過(guò)包括使所述反應(yīng)氣通過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床(每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的催化劑)的方法形成氧化產(chǎn)品氣(包含SO3和剩余SO2)。再使所述氧化產(chǎn)品氣與水蒸氣混合形成產(chǎn)品酸氣，包含(a)來(lái)自所述氧化產(chǎn)品氣的SO3與水蒸氣之間的氣相反應(yīng)生成的硫酸，從而產(chǎn)生氣相硫酸生成熱；(b)SO3；和(c)SO2。通過(guò)在間接換熱器中從所述產(chǎn)品酸氣至水蒸汽或進(jìn)水的傳熱由氣相硫酸生成熱回收熱能。然后使冷卻的產(chǎn)品酸氣在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。該方法的改進(jìn)包括使所述原料氣的至少一部分與所述氧化產(chǎn)品氣混合形成所述產(chǎn)品酸氣，和由所述貧SO3氣體形成反應(yīng)氣。
本發(fā)明的其它目的和特征部分是顯而易見(jiàn)的，部分在后面指出。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是說(shuō)明本發(fā)明方法一實(shí)施方案的各特征的示意流程圖。
圖2是說(shuō)明按本發(fā)明改進(jìn)的接觸硫酸廠的4床催化轉(zhuǎn)化器的示意流程圖。
圖3是說(shuō)明使用濕SO2原料氣的本發(fā)明方法另一實(shí)施方案的各特征的示意流程圖。
圖4是說(shuō)明后面實(shí)施例中所述本發(fā)明方法一實(shí)施方案的示意流程圖。
優(yōu)選實(shí)施方案
A.包含二氧化硫的原料氣的形成參見(jiàn)圖1，包含SO2的原料氣3由含硫原料6形成?？墒褂酶鞣N含硫原料。例如，可分解的硫酸鹽通常是適用的。這種硫酸鹽可包括例如硫酸鈣、硫酸銨、或廢H2SO4(即污染的或稀釋的H2SO4)。為形成SO2，典型地將所述硫酸鹽與碳質(zhì)材料(即燃料)和氧源12(通常是空氣)一起以液霧形式注入燃燒區(qū)9。然后使該混合物燃燒提供使水蒸發(fā)和使硫酸鹽分解所需熱量。例如，在用廢H2SO4作原料6的廢酸回收廠中，形成典型地包含亞硫酸(H2SO3)、SO2、O2、CO2、N2和水蒸氣的氣體3。
一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述含硫原料6是可氧化材料，如元素硫、硫化氫(H2S)、或黃鐵礦(FeS2)或其它含硫化物的金屬礦。該實(shí)施方案中，典型地在窯或其它適用的熱燃燒區(qū)9中用氧源12燃燒所述含硫原料6產(chǎn)生包含SO2的原料氣3。最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的氧源12通常為空氣，燃燒可氧化硫原料6時(shí)，產(chǎn)生含SO2、O2和N2的原料氣3(和水蒸氣，例如所述空氣和/或硫原料含水或所述含硫原料為H2S時(shí))。
應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明方法可在寬范圍的原料氣3中SO2濃度下實(shí)施(即原料氣3可包含約0.1至約100mol％SO2)。例如某些實(shí)施方案中，所述方法可與需要降低或除去特定材料中硫含量或需要降低或除去廢物流中含硫物質(zhì)的其它生產(chǎn)方法聯(lián)合使用。例如，如前面暗示，該方法提供一種利用金屬回收操作過(guò)程中煅燒或熔煉金屬礦時(shí)作為廢氣產(chǎn)生的SO2的實(shí)用方式。該方法還提供利用廢H2SO4的實(shí)用方式。多數(shù)SO2廢物利用方法中，原料氣3中SO2濃度典型地低于約11mol％，更典型地為約0.1至約5mol％。
由于設(shè)備越大，運(yùn)行和投資費(fèi)用越高，所以通常優(yōu)選使SO2原料氣3的體積最小，同時(shí)增加原料氣3中SO2濃度。一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，用元素硫作原料6。元素硫在空氣中燃燒時(shí)，可獲得例如約11至約21mol％(更典型地約15至約20mol％)的SO2濃度。
無(wú)論氧源12的含量如何，還優(yōu)選通過(guò)在使元素硫基本上完全轉(zhuǎn)化的最低需O2量下燃燒元素硫減少原料氣3的體積。換言之，供入硫燃燒器的燃燒區(qū)9中的氧源12的量是使O2與元素硫之摩爾比保持在稍大于約1.0、更優(yōu)選約1.05至約1.3、最優(yōu)選約1.05至約1.1所需的量。多數(shù)實(shí)施方案中，優(yōu)選原料氣3中O2濃度為約0.5至約5mol％，更優(yōu)選約0.5至約3mol％，最優(yōu)選約0.5至約2mol％。
B.二氧化硫氣體提濃所述含SO2的原料氣3優(yōu)選引入SO2吸收/汽提區(qū)以富SO2氣體(即SO2含量相對(duì)于原料氣3提高的氣體)形式除去和回收SO2。
如果所述原料氣3處于升溫(即大于約50℃)和/或含有夾帶的粒狀雜質(zhì)，一般優(yōu)選在引入SO2吸收/解吸區(qū)之前先調(diào)理原料氣3使氣體3冷卻并從氣體3中除去顆粒。有許多公知技術(shù)可用于調(diào)理原料氣3。例如，如果原料氣3是硫燃燒器排出的燃燒氣體，其溫度典型地為約900至約1600℃，更典型地為約1050至約1600℃?？赏ㄟ^(guò)例如以下方法使該氣體3冷卻(a)使氣體3通過(guò)間接換熱器，例如用來(lái)自氣體3的熱量預(yù)熱用于燃燒室9的氧源12(例如空氣)，從而減少用外源加熱所述氧源12的燃料成本；(b)使氣體3通過(guò)廢熱鍋爐，通過(guò)產(chǎn)生高壓蒸汽(即壓力至少約27巴(表壓)的水蒸汽)使之冷卻；和/或(c)使氣體3通過(guò)增濕塔和一或多個(gè)間接換熱器，例如用冷卻塔的水使之進(jìn)一步冷卻。特別是當(dāng)原料氣3由廢硫酸形成或者是來(lái)自金屬煅燒或熔煉操作的廢氣時(shí)，通常在冷卻后用靜電沉淀器從氣體中除去顆粒?；蛘?，可使氣體3通過(guò)一或多個(gè)例如Monsanto Enviro-Chem Systems，Inc.(St.Louis，MO，USA)以商標(biāo)“DYNAWAVE”出售的反向噴射式滌氣器調(diào)理氣體3。應(yīng)注意一部分(例如5-10％)調(diào)理后的原料氣3可循環(huán)回所述燃燒區(qū)9(特別是硫燃燒器)以控制燃燒區(qū)9的溫度低于所要求的最高溫度。
優(yōu)選在SO2吸收/解吸法的第一步，使所述含SO2的原料氣3在SO2吸收區(qū)18與液體SO2吸收溶劑15接觸。液體SO2吸收溶劑15選擇性地從原料氣3中吸收SO2，從而使SO2從原料氣3轉(zhuǎn)移至SO2吸收溶劑15中，產(chǎn)生貧SO2的廢汽提氣21(其中SO2已基本脫除)和富SO2的吸收溶劑24。在SO2汽提區(qū)27從所述富SO2吸收溶劑24中汽提出SO2產(chǎn)生富SO2汽提氣30和貧SO2溶劑33(優(yōu)選隨后循環(huán)回SO2吸收區(qū)18進(jìn)一步從原料氣3中選擇吸收SO2)。
所述液體SO2吸收溶劑15可以是物理或化學(xué)溶劑。但物理溶劑一般更優(yōu)選。適用的吸收劑包括各種有機(jī)吸收劑(例如四甘醇二甲醚)和堿金屬水溶液(例如亞硫酸鈉/亞硫酸氫鈉溶液)。
適用的二氧化硫物理吸收溶劑的一例是包含四甘醇二乙醚的如US 4659 553(Line)和US 4 795 553(Hensel等)所述二氧化硫回收方法中所公開(kāi)和使用的，其全文引入本文供參考。所述液體二氧化硫吸收劑優(yōu)選包含多于50％(重)四甘醇二乙醚。此液體二氧化硫吸收劑適合包含(基于干重)約60至約80％四甘醇二乙醚、約15至約25％三甘醇二乙醚、約2.5至約7.5％五甘醇二乙醚和約2.5至約7.5％單醚。所述含四甘醇二乙醚的循環(huán)吸收劑可含水，例如高達(dá)約10％(重)?；谒母蚀级颐训亩趸蛭談┰诙趸蚧厥障到y(tǒng)的吸收和汽提段的使用包括所用工藝設(shè)備和操作條件描述在US 4 659 553(Line)和US 4 795 553(Hensel等)中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在實(shí)施本發(fā)明中使用。
適用的SO2吸收溶劑的另一實(shí)例包括各種胺的水溶液。胺吸收劑的例子包括例如苯胺衍生物(例如二甲基苯胺)、鏈烷醇胺(例如二乙醇胺、三乙醇胺、三丙醇胺和三丁醇胺)、四羥乙基烷撐二胺(例如四羥乙基亞甲基二胺、四羥乙基乙二胺、四羥乙基-1，3-丙二胺、四羥乙基-1，2-丙二胺、四羥乙基-1，5-戊二胺)、和雜環(huán)二胺(例如哌嗪；二甲基哌嗪；N，N’-二(2-羥乙基)哌嗪；甲基吡咯烷酮；和Groenendael等在US 3 764665中公開(kāi)的磺酸鹽，其全文引入本文供參考)。
更優(yōu)選的傳統(tǒng)使用的吸收劑是有下式(I)的二胺的半鹽 其中A為有2或3個(gè)碳原子的亞烷基；R1、R2、R3和R4可相同或不同，可以是氫、烷基(優(yōu)選有1至約8個(gè)碳原子，包括環(huán)烷基)、羥烷基(優(yōu)選有2至約8個(gè)碳原子)、芳烷基(優(yōu)選有約7至約20個(gè)碳原子)、芳基(優(yōu)選單環(huán)或雙環(huán)的)、或烷芳基(優(yōu)選有約7至約20個(gè)碳原子)。應(yīng)注意R1、R2、R3和R4之任何可一起形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。所述半鹽的自由氮優(yōu)選有約4.5至約7.3的pKa。特別優(yōu)選的二胺的例子包括N，N’，N’-(三甲基)-N-(2-羥乙基)乙二胺；N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；N，N，N’，N’-四(2-羥乙基)乙二胺；N-(2-羥乙基)乙二胺；N，N’-二甲基哌嗪；N，N，N’，N’-四(2-羥乙基)-1，3-二氨基丙烷；和N，N’-二甲基-N，N-二(2-羥乙基)乙二胺的亞硫酸半鹽。這些半鹽型二胺吸收劑由Hakka描述在US 5 019 361中(引入本文供參考)。
使用含胺或胺鹽的水溶液的實(shí)施方案中，吸收溶劑15優(yōu)選包括含約20至約40％(重)吸收劑(基于胺而非胺鹽)的水溶液。所述富SO2吸收溶劑24優(yōu)選有約0.1∶1至約0.25∶1的SO2/胺吸收劑之重量比。
上述傳統(tǒng)的SO2吸收劑通常存在一或多個(gè)缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)包括例如SO2吸收容量較低和趨于從原料氣3中吸收大量水蒸氣。吸收大量水又可能導(dǎo)致SO2吸收溶劑15的SO2吸收容量顯著下降，從而需要更大量的SO2吸收溶劑15。吸水還可能導(dǎo)致所述SO2吸收/汽提工藝中所用設(shè)備過(guò)度腐蝕。此外，此吸收需要輸入能量和資金用于從所述貧SO2溶劑33中分離出水使溶劑33可循環(huán)回SO2吸收區(qū)18用于進(jìn)一步吸收SO2。
一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述SO2吸收溶劑15包含有機(jī)磷化合物，如US 5 851 265(Burmaster等)中所述，其全文引入本文供參考。該實(shí)施方案中，SO2吸收溶劑15優(yōu)選包含磷酸三酯、膦酸二酯、次膦酸單酯、或其混合物。所述化合物中與所述磷原子鍵合的取代基以及所述酯官能團(tuán)的有機(jī)基團(tuán)優(yōu)選獨(dú)立地為芳基或C1-C8烷基(即含1至8個(gè)碳原子的烷基)。適用的磷酸三酯的例子包括磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、和磷酸三苯酯。適用的次膦酸單酯的例子包括二丁基次膦酸丁酯、二戊基次膦酸戊酯、二己基次膦酸己酯、和二苯基次膦酸苯酯。
根據(jù)本發(fā)明一更優(yōu)選的實(shí)施方案，所述SO2吸收溶劑15包含至少一種基本上水不混溶的式(II)的有機(jī)膦酸二酯
其中R1、R2和R3獨(dú)立地為芳基或C1-C8烷基，R1、R2和R3這樣選擇以使(1)所述有機(jī)膦酸二酯在25℃下的蒸汽壓低于約1Pa，和(2)水在所述有機(jī)膦酸二酯中的溶解度在25℃下小于約10％(重)。優(yōu)選所述有機(jī)膦酸酯為烷基膦酸二烷基酯，R1、R2和R3獨(dú)立地為C1-C6烷基。為簡(jiǎn)化制備和降低膦酸酯溶劑的生產(chǎn)成本，更優(yōu)選R1、R2和R3相同，均含有至少4個(gè)碳原子。適用于實(shí)施本發(fā)明的有機(jī)膦酸酯的例子包括丁基膦酸二丁酯、pantile膦酸二戊酯、hassle膦酸二己酯和苯基膦酸二苯酯。根據(jù)本發(fā)明一特別優(yōu)選的實(shí)施方案，所述SO2吸收溶劑15包含丁基膦酸二丁酯。丁基膦酸二丁酯是中性的膦酸二酯，是一種粘度較低而且氣味很淡的無(wú)色透明液體。丁基膦酸二丁酯的分子量為250.3，在25℃下蒸汽壓為約0.1Pa。水在丁基膦酸二丁酯中的溶解度在25℃下為約5.5％(重)。
包含至少一種以上所定義的有機(jī)膦酸二酯的SO2吸收溶劑更優(yōu)選，因?yàn)樵撊軇┑湫偷赜惺怪貏e適用于SO2吸收/解吸法的組合特征，包括(1)SO2溶解度增高，特別是在原料氣3中SO2分壓低的情況下；(2)溶解熱高，這使得從所述富SO2吸收溶劑24中汽提SO2所需能量減少；(3)熔點(diǎn)低，以致所述溶劑15在寬范圍的工藝溫度下保持液態(tài)；(4)粘度低，這可使熱和吸收/汽提設(shè)備的尺寸減??；(5)蒸汽壓低，使溶劑15的損失減??；(6)與水反應(yīng)和水解的趨勢(shì)降低；和(7)基本上水不混溶(即不吸濕)使水在溶劑15中的溶解度降低。所述有機(jī)膦酸二酯基本上水不混溶的事實(shí)特別有利于實(shí)施本發(fā)明。此特征使SO2吸收溶劑15不從含SO2的原料氣3中吸收過(guò)量的水。
所述SO2吸收區(qū)18優(yōu)選包含促進(jìn)氣液相間傳質(zhì)的裝置，更優(yōu)選在立式塔中包含不規(guī)則填料如鞍形或環(huán)形填料床。優(yōu)選所述原料氣3與SO2吸收溶劑15逆流接觸。該實(shí)施方案中，優(yōu)選通過(guò)鄰近SO2吸收區(qū)18底部的入口引入原料氣3，通過(guò)鄰近SO2吸收區(qū)18頂部的入口引入SO2吸收溶劑15并分布在填料上。然后從鄰近SO2吸收區(qū)18底部的出口排出富SO2吸收溶劑24，從鄰近SO2吸收區(qū)18頂部的出口除去基本上不含SO2的廢氣(即貧SO2氣體21)。雖然所述SO2吸收區(qū)18可包含常規(guī)的不規(guī)則填料塔，但其它構(gòu)型也可能適用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。例如，所述塔可包含結(jié)構(gòu)填料或包括板式塔，其中所述工藝物流均優(yōu)選逆流流動(dòng)。
使用上述包含有機(jī)磷化合物的溶劑時(shí)，所述SO2吸收區(qū)18優(yōu)選在約10至約60℃(更優(yōu)選約10至約50℃、最優(yōu)選約30至約40℃)的平均溫度和約50至約150kPa(絕壓)的壓力下操作。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然加壓增加所述SO2吸收溶劑15可吸收的SO2量，但所述吸收也可在較低壓力下進(jìn)行，從而減少設(shè)備成本。
在SO2吸收區(qū)18中水蒸氣從原料氣3中冷凝可能導(dǎo)致形成分離的水相，這將增加金屬設(shè)備的腐蝕速率，使后續(xù)溶劑再生步驟中除去所吸收的SO2變得更復(fù)雜。為避免此冷凝，優(yōu)選引入吸收區(qū)18的溶劑15的溫度高于供入吸收區(qū)18的原料氣3的露點(diǎn)溫度。
在吸收區(qū)18使SO2基本上從原料氣3中轉(zhuǎn)移至SO2吸收溶劑15中所需SO2吸收溶劑15與原料氣3之質(zhì)量流量比(L/G)可通過(guò)常規(guī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定。優(yōu)選這樣設(shè)計(jì)和操作SO2吸收區(qū)18使貧SO2氣體21的SO2含量低于約400ppmv，更優(yōu)選低于約200ppmv，最優(yōu)選低于約150ppmv。此痕量的SO2以及包含在原料氣3中的大多數(shù)O2、惰性氣體(例如N2)和水蒸氣作為從SO2吸收區(qū)18頂部排出的貧SO2氣體21的一部分從系統(tǒng)中除去。如需要達(dá)到滿意的排放標(biāo)準(zhǔn)，所述貧SO2氣體21可在通過(guò)煙囪排放之前通過(guò)除霧器回收夾帶液體。
使用上述高效有機(jī)磷溶劑可使離開(kāi)汽提區(qū)27的富SO2汽提氣30中SO2濃度顯著高于供入系統(tǒng)的原料氣3中SO2濃度。例如，對(duì)于包含約0.1至約5％(體積)SO2的原料氣，本發(fā)明方法可這樣運(yùn)行以使富SO2汽提氣30中SO2摩爾濃度與原料氣3中SO2摩爾濃度之比大于約1.1∶1，優(yōu)選至少約2.75∶1，更優(yōu)選至少約4∶1，甚至更優(yōu)選至少約7∶1，最優(yōu)選至少約10∶1。應(yīng)認(rèn)識(shí)到根據(jù)原料氣3的SO2濃度，通?？蛇_(dá)到更高比例。一般地，優(yōu)選至少67mol％(更優(yōu)選至少約75mol％、還更優(yōu)選至少約85mol％、最優(yōu)選至少約90mol％)的富SO2汽提氣30由SO2組成。
可用各種方法從富SO2吸收溶劑24中汽提SO2。例如，可通過(guò)以下方法汽提SO2使富SO2吸收溶劑24與含氧氣的不凝汽提氣36接觸使SO2從富SO2吸收溶劑24轉(zhuǎn)移至汽提氣36產(chǎn)生富SO2汽提氣30和貧SO2吸收溶劑33。優(yōu)選所述含氧氣的不凝汽提氣36包括空氣。應(yīng)認(rèn)識(shí)到包含有機(jī)磷化合物的上述溶劑(特別是包含膦酸二酯的溶劑)所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)之一是它們固有的阻燃性和抗氧化性。因此，與常規(guī)SO2吸收/解吸循環(huán)中所用的某些有機(jī)溶劑(例如四甘醇二甲醚)不同，本發(fā)明中所用有機(jī)溶劑可容易地在溶劑降解或爆炸的危險(xiǎn)最小的情況下用含氧汽提氣汽提出SO2。
所述SO2汽提區(qū)27優(yōu)選包含用于促進(jìn)氣液相間傳質(zhì)的裝置。類似所述SO2吸收區(qū)18，所述SO2汽提區(qū)27優(yōu)選在立式塔中包含常規(guī)的不規(guī)則填料床。為使SO2的轉(zhuǎn)移最大化，所述富SO2吸收溶劑24優(yōu)選與SO2汽提氣36逆流接觸。該實(shí)施方案中，含氧氣的不凝SO2汽提氣36優(yōu)選通過(guò)鄰近SO2汽提區(qū)27底部的入口引入，富SO2吸收溶劑24通過(guò)鄰近SO2汽提區(qū)27頂部的液體入口引入而分布在所述填料上。然后優(yōu)選從鄰近SO2汽提區(qū)27底部的出口排出貧SO2吸收溶劑33，從鄰近SO2汽提區(qū)27頂部的出口除去富SO2汽提氣30。一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述貧SO2吸收溶劑33循環(huán)回到鄰近SO2吸收區(qū)18頂部的溶劑入口，作為SO2吸收溶劑15用于從原料氣3中進(jìn)一步吸收SO2。雖然典型地優(yōu)選常規(guī)填料塔，但象SO2吸收區(qū)18一樣，SO2汽提區(qū)27可有其它適合的構(gòu)型包括結(jié)構(gòu)填料或板式塔對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
使SO2基本上從富SO2吸收溶劑24中轉(zhuǎn)移至汽提氣36中所需富SO2吸收溶劑24與汽提氣36之質(zhì)量流量比(L/G)可通過(guò)常規(guī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定。優(yōu)選所述富SO2吸收溶劑24中所含SO2基本上全部(即至少約90％，更優(yōu)選至少約95％)轉(zhuǎn)移至汽提氣36中。
離開(kāi)SO2汽提區(qū)27頂部的富SO2汽提氣30優(yōu)選通入過(guò)熱冷凝器中，通過(guò)將所述富SO2汽提氣30中的熱量傳遞給冷卻水使所述富SO2汽提氣30中所含水蒸氣的一部分冷凝。然后剩余的富SO2汽提氣30優(yōu)選送入液/氣相分離器中。在此情況下，冷卻的富SO2汽提氣30離開(kāi)所述分離器，包含冷凝液的液流回流，引入第二填料床上包含SO2汽提區(qū)27的塔的上部。在SO2汽提區(qū)27中已汽化的溶劑也可能在塔頂冷凝器中冷凝，形成所述回流冷凝液的一部分。但為避免在分離器中形成兩個(gè)液相，優(yōu)選這樣操作所述冷凝器使回流至汽提器中的冷凝液主要由從富SO2汽提氣30中冷凝的水蒸氣組成。
為促進(jìn)SO2解吸并避免SO2吸收溶劑15熱降解，所述SO2汽提區(qū)27優(yōu)選在約80至約120℃、更優(yōu)選約90至約110℃的平均溫度下操作。用空氣汽提時(shí)，所述SO2汽提區(qū)27中優(yōu)選操作壓力為約20至約150kPa(絕壓)。
可通過(guò)控制供入這些裝置的各工藝物流的溫度實(shí)現(xiàn)SO2吸收區(qū)18和SO2汽提區(qū)27內(nèi)的溫度控制。優(yōu)選通過(guò)只控制富SO2吸收溶劑24的溫度使SO2汽提區(qū)27內(nèi)溫度保持在要求的范圍內(nèi)，同時(shí)在約20至約120℃下引入空氣作為所述含氧氣的不凝汽提氣36。如前面所述，離開(kāi)所述SO2吸收區(qū)18的富SO2吸收溶劑24優(yōu)選處于約10至約60℃、更優(yōu)選約10至約50℃、最優(yōu)選約30至約40℃的溫度下。優(yōu)選使富SO2吸收溶劑24通過(guò)溶劑換熱器39，通過(guò)從SO2汽提區(qū)27循環(huán)至SO2吸收區(qū)18的貧SO2溶劑33間接傳熱使富SO2吸收溶劑24預(yù)熱(這又使典型地處于約80至約120℃溫度下的離開(kāi)SO2汽提區(qū)27的貧SO2溶劑33冷卻)。如果達(dá)到SO2汽提區(qū)27中所要求的溫度需要進(jìn)一步加熱，可使離開(kāi)換熱器39的預(yù)熱后的富SO2吸收溶劑24通過(guò)溶劑加熱器，通過(guò)與水蒸汽間接換熱進(jìn)一步加熱。如果要保持SO2吸收區(qū)18中所要求的溫度需要進(jìn)一步冷卻所述貧SO2溶劑33，可使離開(kāi)換熱器39的貧SO2溶劑33通過(guò)溶劑冷卻器，通過(guò)與冷卻塔的水間接換熱進(jìn)一步冷卻。應(yīng)認(rèn)識(shí)到溶劑換熱器39的使用使溶劑加熱器的能量需求減少，使溶劑冷卻器中所需冷卻水減少。
操作過(guò)程中，無(wú)機(jī)鹽和強(qiáng)酸可能在SO2吸收區(qū)18和SO2汽提區(qū)27之間循環(huán)的溶劑中積累。此時(shí)，可周期性地或連續(xù)地從貧SO2溶劑33中取出清洗液流，引入溶劑提純?nèi)萜髦?。含水洗液如水或溫和堿性的水溶液(如碳酸氫鈉溶液)也加入所述提純?nèi)萜髦?，與所述清洗物流接觸。然后潷析所得兩相混合物使含無(wú)機(jī)鹽污染物的水相與包含污染物濃度降低的貧SO2溶劑33的有機(jī)相分離。包含水性廢物的廢液流從所述提純?nèi)萜髦信欧?，而包含純化的SO2吸收溶劑的液流返回剩余貧SO2溶劑33中循環(huán)回SO2吸收區(qū)18。以此方式處理的溶劑33的量?jī)?yōu)選足以使循環(huán)溶劑33中污染物濃度保持在足以提供低設(shè)備腐蝕速率而不顯著損害SO2吸收效率的低水平。應(yīng)理解所述貧SO2溶劑33的洗滌可以間歇或連續(xù)方式進(jìn)行。如果連續(xù)洗滌貧SO2溶劑33，可用適合的液-液相分離器(如離心接觸器)分離所述廢水相和純化的有機(jī)相。
應(yīng)認(rèn)識(shí)到原料氣3有較低SO2濃度(即約0.1至約11mol％、甚至更優(yōu)選約0.1至約5mol％)時(shí)，所述SO2吸收/汽提區(qū)特別適用，因?yàn)樗鼈兛捎糜趶脑蠚?中除去惰性氣體(特別是N2)，從而顯著提高SO2濃度。SO2濃度更高的優(yōu)點(diǎn)之一在于可在所述工藝中處理更少體積的氣體，從而可使用較小的設(shè)備(投資和運(yùn)行費(fèi)用較低)。而且，通過(guò)在SO2吸收/汽提過(guò)程中除去惰性氣體然后使富SO2汽提氣30與新鮮氧源42混合(和/或由汽提氣36本身提供氧氣)，可在不必增加含SO2氣體的總體積的情況下增加氣體30中氧氣濃度。該工藝還設(shè)有延遲加入SO2氧化所需氧氣直至實(shí)際需要氧氣(即在催化轉(zhuǎn)化器45)的機(jī)構(gòu)。這特別有利，因?yàn)樵诖伺渲孟轮粚a(chǎn)生所述SO2所需量的氧氣加入燃燒區(qū)9。因此，燃燒區(qū)9和轉(zhuǎn)化器45上游的其它設(shè)備的尺寸不必很大以處理SO2氧化所需含氧氣體。由于催化轉(zhuǎn)化器45上游可使用更小的設(shè)備，所以可避免投資和運(yùn)行費(fèi)用很高。
由于所述SO2吸收/汽提區(qū)可用于從原料氣3中除去水，所以它們特別適用于要求從原料氣3中除去水蒸氣使供入催化轉(zhuǎn)化器45的含SO2氣體基本上不含水蒸氣的實(shí)施方案中。這種實(shí)施方案包括例如轉(zhuǎn)化器45和/或轉(zhuǎn)化器45下游的設(shè)備由易受水蒸氣與SO3的氣相反應(yīng)形成的硫酸腐蝕的材料制成的實(shí)施方案。所述SO2吸收/汽提區(qū)還特別適用于原料氣3中H2O/SO2摩爾比大于所要酸產(chǎn)品51中H2O/SO3摩爾比的實(shí)施方案(原料氣3由廢酸、金屬煅燒或熔煉操作的廢氣、或H2S制備時(shí)尤其可能發(fā)生此情況)。例如，如果要求產(chǎn)品酸濃度為98.5％(重)，則供入SO3吸收區(qū)57的轉(zhuǎn)化氣54中H2O/SO3摩爾比不能超過(guò)約1.08。因此，如果未在原料氣3和SO3吸收區(qū)57之間的系統(tǒng)中脫除水，則原料氣3中H2O/SO2摩爾比也優(yōu)選不超過(guò)約1.08?？衫盟鯯O2吸收/汽提區(qū)(單獨(dú)或與例如干燥塔和/或從原料氣3中冷凝出液體的冷卻塔一起使用)確保H2O/SO3摩爾比低于此值。
C.二氧化硫至三氧化硫的氧化優(yōu)選使富SO2汽提氣30與分子氧源42混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48，然后通過(guò)催化轉(zhuǎn)化器45使SO2氧化形成含SO3的轉(zhuǎn)化氣54。
氧源42可以是任何含氧氣體。本文所用“含氧氣體”是包含分子氧(O2)的氣體，可任選地還包含一或多種在所述反應(yīng)條件下不與O2、SO2、SO3和硫酸反應(yīng)的稀釋劑。此氣體的例子是空氣、純分子氧、或用氮?dú)夂?或其它惰性氣體稀釋的分子氧。由于經(jīng)濟(jì)原因，所述氧源42優(yōu)選為空氣或基本上純的分子氧，最優(yōu)選空氣。應(yīng)認(rèn)識(shí)到如果汽提氣36為空氣或其它含O2氣體，則汽提氣36可利于提供轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48中所需部分(或者全部，在某些情況下)氧氣。
一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48基本上不含水蒸氣，從而降低下游工藝設(shè)備腐蝕的危險(xiǎn)。如果所述富SO2汽提氣30是濕的，優(yōu)選在引入催化轉(zhuǎn)化器45之前使之干燥，例如通過(guò)在干燥塔中與濃硫酸接觸。如果所述SO2吸收溶劑15為上述有機(jī)磷溶劑和用干空氣從富SO2吸收溶劑24中汽提SO2，則所述富SO2汽提氣30在進(jìn)入轉(zhuǎn)化器45之前通常不必干燥。
所述催化轉(zhuǎn)化器典型地包含至少兩個(gè)所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48經(jīng)過(guò)的串聯(lián)催化劑床。每一催化劑床中的催化劑一般可以是催化SO2至SO3的氧化反應(yīng)的任何材料。常用催化劑包括例如各種釩化合物、鉑化合物(如載鉑石棉)、銀化合物、氧化鐵、氧化鉻等。一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述催化劑包含釩或釩和鈰的組合。最優(yōu)選實(shí)施方案中，所述催化劑包含五氧化二釩(V2O5)。
如前面所述，本發(fā)明所述更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述富SO2汽提氣30離開(kāi)SO2汽提區(qū)27時(shí)通常處于不高于約120℃的溫度下。所述富SO2汽提氣30與氧源42(通常接近室溫)混合時(shí)，此溫度典型地下降。然而，所述更優(yōu)選的氧化催化劑的活化溫度明顯高于120℃。因此，在引入轉(zhuǎn)化器45的第一催化劑床60之前通常優(yōu)選加熱所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48。另一方面，由于SO2至SO3的氧化是放熱反應(yīng)，還優(yōu)選控制所述反應(yīng)使催化劑床60的溫度不升高太多而使催化劑失活和/或使反應(yīng)平衡向有利于逆反應(yīng)移動(dòng)。
例如，使用含釩催化劑(如V2O5)時(shí)，典型地分別進(jìn)入催化劑床60、63和66的所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48和部分轉(zhuǎn)化氣69和72優(yōu)選有約410至約450℃(甚至更優(yōu)選約415至約435℃)的溫度，然后控制每床內(nèi)的溫度使氣體溫度接近但不超過(guò)約650℃(更優(yōu)選約630℃)。優(yōu)選通過(guò)保持分別引入催化劑床60、63和66的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48和部分轉(zhuǎn)化氣69和72中SO2濃度不高于約15mol％、更優(yōu)選不高于約13.5mol％、還更優(yōu)選不高于約12mol％實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器45中的溫度控制。還優(yōu)選控制與所述富SO2汽提氣30混合的氧源42的量使分別引入催化劑床60、63和66的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48和部分轉(zhuǎn)化氣69和72中O2/SO2摩爾比大于約0.2∶1，更優(yōu)選至少約0.5∶1，甚至更優(yōu)選至少約0.7∶1，還更優(yōu)選約0.7∶1至約1.4∶1，最優(yōu)選約0.9∶1至約1.2∶1。
由于所述SO2氧化反應(yīng)是放熱的，通常利于通過(guò)間接換熱器75和78用從催化轉(zhuǎn)化器45的催化劑床60和63排出的部分轉(zhuǎn)化氣81和84加熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48。一般地，如果轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48包含至少約5mol％SO2(特別是至少約8mol％)和過(guò)量的O2，則所述氧化反應(yīng)可放出足夠的熱量使轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48的溫度升至氧化催化劑的活化溫度，從而在啟動(dòng)后不需任何外來(lái)熱源加熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48(即使轉(zhuǎn)化器45能量自給或“自熱”)。因此，轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48的SO2濃度優(yōu)選為約7至約15mol％，更優(yōu)選約7至約13.5mol％，甚至更優(yōu)選約7至約12mol％，還更優(yōu)選約10至約12mol％，最優(yōu)選約11.5mol％。轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48優(yōu)選用兩個(gè)串聯(lián)的間接換熱器預(yù)熱第一，通過(guò)從離開(kāi)轉(zhuǎn)化器45的第二床63的部分轉(zhuǎn)化氣84傳熱預(yù)熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48的冷換熱器78；和第二，通過(guò)從離開(kāi)轉(zhuǎn)化器45的第一催化劑床60的部分轉(zhuǎn)化氣81傳熱進(jìn)一步加熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48的熱換熱器75。在原料氣3是從燃燒室9中排出的熱氣的實(shí)施方案中，例如，也可使轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48通過(guò)從原料氣3向轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48傳熱的間接換熱器加熱所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48。
一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，使富SO2汽提氣30分成至少兩股氣流。優(yōu)選一部分(優(yōu)選至少約30％、更優(yōu)選至少約40％、甚至更優(yōu)選至少約50％)富SO2汽提氣30與氧源42混合(在預(yù)熱之前或之后，優(yōu)選之前)形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48，再引入轉(zhuǎn)化器45的第一催化劑床60，使氣體48中所含部分SO2氧化成SO3形成含SO3和剩余SO2的部分轉(zhuǎn)化氣81。然后使離開(kāi)間接換熱器75的冷卻的部分轉(zhuǎn)化器與富SO2汽提氣30的第二部分31混合以增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度。然后增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣69通過(guò)至少一個(gè)其它催化劑床(圖1中63和66)使氣體69中的SO2氧化。增強(qiáng)部分轉(zhuǎn)化氣中SO2氣體濃度是有利的，因?yàn)檫@顯著提高轉(zhuǎn)化器45的容量。如前面所述，供入第一催化劑床60的氣體的最高SO2濃度通常限制在約15mol％(更典型地約13.5mol％，甚至更典型地約12mol％)，因?yàn)楦叩腟O2濃度典型地導(dǎo)致所述氧化反應(yīng)期間釋放過(guò)多的熱量，從而導(dǎo)致催化劑失活和/或使反應(yīng)平衡不利地移動(dòng)。然而，通過(guò)向供入第二催化劑床63(和在某些實(shí)施方案中，后一催化劑床)的部分轉(zhuǎn)化氣中加入附加SO2，可在不使任何床內(nèi)溫度升至不希望水平的情況下氧化附加的SO2(只要SO2加入量不使增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣69中SO2濃度高于約15mol％)。優(yōu)選加入部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2量使SO2濃度增至不高于約15mol％，更優(yōu)選約7至約13.5mol％，甚至更優(yōu)選約7至約12mol％，還更優(yōu)選約10至約12mol％，最優(yōu)選約11.5mol％。
雖然特別優(yōu)選用未供入第一催化劑床60的全部富SO2汽提氣31增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明也包括其中富SO2汽提氣30分成多于2部分然后用于增強(qiáng)供給轉(zhuǎn)化器的多于一個(gè)催化劑床的進(jìn)氣的實(shí)施方案。因此，當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器有4個(gè)串聯(lián)催化劑床時(shí)，富SO2汽提氣可分成例如三部分。為說(shuō)明，在一實(shí)施方案中，使富SO2汽提氣的第一部分與氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣，再引入轉(zhuǎn)化器的第一催化劑床使氣體中的SO2氧化形成部分轉(zhuǎn)化氣。此部分轉(zhuǎn)化氣與富SO2汽提氣的第二部分混合以增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度。然后使增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)第二催化劑床使SO2氧化形成第二部分轉(zhuǎn)化氣。使第二部分轉(zhuǎn)化氣與富SO2汽提氣的第三部分混合以增強(qiáng)第二部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度。然后使增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)第三催化劑床進(jìn)一步使SO2氧化形成第三部分轉(zhuǎn)化氣。再使第三部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)第四(即最后)催化劑床使剩余SO2的至少一部分氧化。
D.由三氧化硫生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸優(yōu)選使離開(kāi)催化轉(zhuǎn)化器45的轉(zhuǎn)化氣54在SO3吸收區(qū)57與水或更優(yōu)選濃度硫酸87(優(yōu)選含約96至約99.5wt％、更優(yōu)選約98.5至約99.5wt％、最優(yōu)選約99至約99.5wt％ H2SO4的水溶液)接觸從轉(zhuǎn)化氣54中吸收SO3，從而形成貧SO3氣體90和附加的硫酸和/或發(fā)煙硫酸51。所述SO3吸收區(qū)57優(yōu)選還有熱回收區(qū)93。此熱回收區(qū)93優(yōu)選在SO3吸收區(qū)57中從SO3的吸收熱中回收能量。適用于本發(fā)明的三氧化硫吸收區(qū)和熱回收區(qū)為本領(lǐng)域公知。參見(jiàn)例如McAlister等US 4 670 242和4 576 813(均引入本文供參考)。
采用與SO3吸收區(qū)57結(jié)合的熱回收區(qū)93的一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，在節(jié)熱器中使轉(zhuǎn)化氣54冷卻至高于轉(zhuǎn)化氣54的露點(diǎn)的溫度，然后引入包含SO3吸收區(qū)57的立式塔的下部。所述SO3吸收區(qū)57優(yōu)選包含不規(guī)則填料床(但SO3吸收區(qū)57也可包含其它氣-液接觸裝置如板式塔)。優(yōu)選所述冷卻的轉(zhuǎn)化氣54向上流過(guò)SO3吸收區(qū)57。同時(shí)，熱的濃硫酸液體87從吸收區(qū)57頂部噴霧，向下流過(guò)所述填料。隨著濃硫酸87與SO3逆流地相互接觸，所述SO3被吸收至濃硫酸87中。此濃硫酸87優(yōu)選有大于約120℃的溫度。此條件趨于降低硫酸對(duì)許多常規(guī)吸收塔所用合金的腐蝕性，同時(shí)提供很高的SO3吸收率。
通過(guò)吸收區(qū)57后，硫酸溶液96中硫酸濃度優(yōu)選高于約98wt％(更優(yōu)選高于約98.5wt％，甚至更優(yōu)選高于約99wt％，最優(yōu)選為約99至約100wt％)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到如果SO3吸收區(qū)57在明顯高于常壓的壓力下操作，這些優(yōu)選濃度可能更高。
由于SO3吸收至濃硫酸液體中是放熱過(guò)程，硫酸液體的溫度隨著通過(guò)吸收區(qū)57時(shí)硫酸液體變得更濃而升高。事實(shí)上，通過(guò)吸收區(qū)57時(shí)，濃硫酸的溫度優(yōu)選升至高達(dá)約250℃的溫度(在高于常壓的吸收器壓力下此優(yōu)選的最高溫度更高)。因此，優(yōu)選使所述硫酸液體96通過(guò)熱回收區(qū)93(可位于吸收區(qū)57之內(nèi)或之外，最優(yōu)選包括位于吸收區(qū)57之外的間接換熱器)除去SO3的吸收熱。此熱量又可用于例如產(chǎn)生低至中壓蒸汽(典型地高達(dá)約10.5巴(表壓))在硫酸廠周圍的聯(lián)合生產(chǎn)中使用或用于發(fā)電。
為減小熱回收區(qū)93內(nèi)換熱器的腐蝕，傳熱過(guò)程中所述硫酸液體的濃度優(yōu)選為至少約99％(重)。還優(yōu)選整個(gè)換熱器中硫酸液體96的溫度在需要低壓蒸汽(即最高約3.5巴(表壓))時(shí)高于約130℃(更優(yōu)選高于約140℃，最優(yōu)選高于約150℃)，在需要中間蒸汽(即約6.5至約10.5巴(表壓))時(shí)高于約150℃(更優(yōu)選高于約175℃，最優(yōu)選高于約200℃)。優(yōu)選回收一部分硫酸液流96作為產(chǎn)品51。剩余的99優(yōu)選用水102(以液體或蒸氣形式)或稀硫酸稀釋，返回SO3吸收區(qū)57的頂部，再一次通過(guò)所述SO3吸收區(qū)57。
貧SO3氣體90從SO3吸收區(qū)57頂部排出后，可任選地使氣體90通過(guò)第二SO3吸收區(qū)，它可以是包含第一SO3吸收區(qū)57的塔的第二段，也可以位于分開(kāi)的塔中。此第二段或第二塔的用途是除去殘留在貧SO3氣體90中的任何剩余SO3。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，許多情況下基本上所有SO3都在第一級(jí)SO3吸收區(qū)57中被吸收，而不需第二段或第二塔。即使采用第二段或第二塔，并入從第二段或第二塔內(nèi)SO3吸收熱中回收能量的換熱器一般也不經(jīng)濟(jì)，只有少量的(即使有)SO3在此被吸收。使用第二SO3吸收區(qū)描述McAlister等的US 4 996 038中(引入本文供參考)。
應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明方法可包括多于一個(gè)SO3吸收區(qū)以使離開(kāi)轉(zhuǎn)化器的中間催化劑床的部分轉(zhuǎn)化氣在通過(guò)所述轉(zhuǎn)化器的一或多個(gè)后續(xù)催化劑床之前與水或包含硫酸的液體接觸從所述氣體中吸收SO3(即所述方法可用于包含中間SO3吸收器的系統(tǒng))。例如，使用包含4個(gè)催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，可使離開(kāi)第二或第三床的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)中間SO3吸收區(qū)(即中間吸收區(qū))以產(chǎn)品酸和/或發(fā)煙硫酸形式除去SO3。然后離開(kāi)所述中間吸收區(qū)的氣體再返回轉(zhuǎn)化器的下一催化劑床。由于SO2至SO3的轉(zhuǎn)化是平衡反應(yīng)，在中間吸收區(qū)除去SO3有助于推進(jìn)轉(zhuǎn)化器后續(xù)床中的反應(yīng)獲得更高的轉(zhuǎn)化率。但實(shí)施本發(fā)明中一般不優(yōu)選使用中間SO3吸收區(qū)，因?yàn)樗@著增加投資和運(yùn)行費(fèi)用。
E.循環(huán)所述尾氣本發(fā)明一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，離開(kāi)SO3吸收區(qū)57的貧SO3氣體90(即尾氣)的至少一部分循環(huán)回SO2吸收區(qū)18，和原料氣3一起與SO2吸收溶劑15接觸。這樣，尾氣90中未轉(zhuǎn)化的SO2又被捕集在離開(kāi)SO2吸收區(qū)18的富SO2吸收溶劑24中，在SO2汽提區(qū)27中從富SO2吸收溶劑24中汽提出，作為富SO2汽提氣30的一部分返回催化轉(zhuǎn)化器45最終作為產(chǎn)品酸51回收。該實(shí)施方案中，循環(huán)尾氣90中的至少大部分惰性氣體和過(guò)量O2將在離開(kāi)SO2吸收區(qū)18的貧SO2氣體21中從工藝中排出。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，取決于轉(zhuǎn)化器45的效率，可通過(guò)循環(huán)非所有來(lái)自SO3吸收區(qū)57的尾氣90滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，取決于當(dāng)?shù)貓?zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)循環(huán)90％、75％、或者甚至50％尾氣90滿足目標(biāo)排放，從而節(jié)省一些用于氣體壓縮的能量成本。但通常優(yōu)選循環(huán)基本上所有尾氣90。雖然在SO2和SO3吸收區(qū)從工藝氣體中分離出的不凝氣必須排放至大氣中，但當(dāng)所有尾氣90都循環(huán)回SO2吸收區(qū)18時(shí)排放限制在單一位置(即來(lái)自SO2吸收區(qū)的貧SO2氣體)。這便于監(jiān)控SO2排放。此外，使所有尾氣90都循環(huán)回SO2吸收區(qū)18，甚至在硫酸廠的單程轉(zhuǎn)化效率較低的情況下，最終也可以產(chǎn)品酸51的形式回收供入SO2吸收區(qū)18的原料氣3中99.7％或更多SO2。換言之，通過(guò)使所有尾氣90都循環(huán)回SO2吸收區(qū)18，可基本上消除來(lái)自接觸硫酸廠的SO2排放。而且，循環(huán)全部尾氣90可使所述酸廠用單SO3吸收區(qū)57運(yùn)行，完全取消已成為整個(gè)硫酸工業(yè)作為控制SO2排放手段的標(biāo)準(zhǔn)的中間SO3吸收步驟。甚至在單吸收而非雙吸收的情況下，所述轉(zhuǎn)化器45也可以低于98％的單程效率運(yùn)行。尾氣90循環(huán)時(shí)，一般優(yōu)選通過(guò)整個(gè)轉(zhuǎn)化器45的單程SO2轉(zhuǎn)化率(即單程通過(guò)整個(gè)轉(zhuǎn)化器的過(guò)程中消耗的SO2總量÷供入轉(zhuǎn)化器的SO2總量×100％)為至少75％，更優(yōu)選至少約85％，甚至更優(yōu)選至少約90％，最優(yōu)選至少約95％。
一實(shí)施方案中，不使所有尾氣90都循環(huán)至SO2吸收區(qū)18，僅將一部分(例如約80至約90％)尾氣90循環(huán)至SO2吸收區(qū)18，另一部分(優(yōu)選全部剩余的尾氣90)直接引入轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48中，從而返回轉(zhuǎn)化器45。這樣可使用更小的SO2吸收區(qū)18。
本發(fā)明方法利于用僅有兩個(gè)(或更優(yōu)選三個(gè)(如圖1所示))催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器45實(shí)施。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到該方法也可也用雙SO3吸收廠和/或4個(gè)或更多催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器實(shí)施。例如，可用本發(fā)明特征改裝現(xiàn)有接觸酸廠(例如有4-催化劑床的轉(zhuǎn)化器)，在不超過(guò)排放限制的情況下以高于設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力運(yùn)行。
本發(fā)明另一實(shí)施方案中，改進(jìn)(即改裝)包括4個(gè)串聯(lián)催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器和至少兩個(gè)用于冷卻催化劑床間的部分轉(zhuǎn)化氣的間接換熱器的現(xiàn)有接觸硫酸生產(chǎn)廠使所述轉(zhuǎn)化器包含并聯(lián)的兩組2個(gè)串聯(lián)催化劑床。圖2中示意地說(shuō)明此改裝催化轉(zhuǎn)化器的流程圖。所述改裝的轉(zhuǎn)化器45A中，并聯(lián)的兩組催化劑床典型地包含在容納原轉(zhuǎn)化器的串聯(lián)催化劑床的單一容器中。但應(yīng)理解并聯(lián)的催化劑床也可裝在不同容器中。所述改進(jìn)流程圖中，優(yōu)選最終將所述富SO2汽提氣30分成4部分。所述富SO2汽提氣30的第一部分與氧源42混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48，然后分成第一轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48A和第二轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48B。第一轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48A在間接換熱器75中加熱，通過(guò)第一組催化劑床的第一催化劑床60形成第一部分轉(zhuǎn)化氣81A，同時(shí)第二轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣48B在間接換熱器78中加熱，通過(guò)第二組催化劑床的第一催化劑床65形成第二部分轉(zhuǎn)化氣84A。剩余的富SO2汽提氣31分成兩部分，第一部分31A與從間接換熱器75排出的冷卻的第一部分轉(zhuǎn)化氣混合以增強(qiáng)第一部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度，產(chǎn)生增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣69A。類似地剩余富SO2汽提氣31的第二部分31B與從間接換熱器78排出的冷卻的第二部分轉(zhuǎn)化氣混合以增強(qiáng)第二部分轉(zhuǎn)化氣的SO2濃度，產(chǎn)生增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣72A。所述增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣69A通過(guò)第一組催化劑床的第二催化劑床63形成第一轉(zhuǎn)化氣54A，所述增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣72A通過(guò)第二組催化劑床的第二催化劑床66形成第二轉(zhuǎn)化氣54B。然后可使第一和第二轉(zhuǎn)化氣54A和54B混合形成轉(zhuǎn)化氣，引入單SO3吸收區(qū)。但現(xiàn)有接觸硫酸廠為雙SO3吸收廠時(shí)，優(yōu)選將第一轉(zhuǎn)化氣54A引入所述SO3吸收區(qū)之一，而將第二轉(zhuǎn)化氣54B引入另一SO3吸收區(qū)(即兩SO3吸收區(qū)并聯(lián)操作)。所有情況下，都特別優(yōu)選將離開(kāi)SO3吸收區(qū)的貧SO3尾氣循環(huán)至SO2吸收區(qū)。
F.高級(jí)能量回收的特別優(yōu)選實(shí)施方案可向離開(kāi)催化轉(zhuǎn)化器45的轉(zhuǎn)化氣54中加入水蒸氣。該實(shí)施方案中，混合時(shí)，所述水蒸氣與轉(zhuǎn)化氣54中的SO3反應(yīng)產(chǎn)生氣態(tài)硫酸?？赏ㄟ^(guò)例如使所得氣體通過(guò)換熱器從所述氣態(tài)硫酸生成熱中回收一部分能量。使所述氣體還(或擇一)通過(guò)冷凝節(jié)熱器可回收更多能量。
所述水蒸氣源可以是例如低壓蒸汽(即最高約6.5巴(表壓)、更優(yōu)選最高約3.5巴(表壓)、最優(yōu)選約0.2至約1巴(表壓))。此低壓蒸汽可來(lái)自硫酸廠的許多源，例如發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)上的低壓出口、低溫硫酸產(chǎn)生的蒸汽等。
一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用濕SO2原料氣3，使至少一部分(通常優(yōu)選全部)原料氣3與轉(zhuǎn)化氣54混合提供至少一部分(優(yōu)選全部)水蒸氣。該實(shí)施方案的一例示于圖3中。該實(shí)施方案中，濕原料氣1003中的水蒸氣與轉(zhuǎn)化氣1006中的SO3反應(yīng)產(chǎn)生氣態(tài)硫酸。氣相生成氣態(tài)硫酸產(chǎn)生熱量，優(yōu)選通過(guò)例如在間接換熱器1012中向水蒸汽或進(jìn)水傳熱回收此熱能。此外，優(yōu)選通過(guò)在冷凝節(jié)熱器1015中使至少一部分氣態(tài)硫酸冷凝成液態(tài)硫酸回收更多的能量。然后優(yōu)選使離開(kāi)冷凝節(jié)熱器1015的氣體1018通過(guò)SO3吸收區(qū)1021(優(yōu)選帶有從SO3吸收區(qū)1021中產(chǎn)生的吸收熱回收能量的熱回收裝置1024)，從氣體1018中分離出SO3、水蒸氣和任何其它氣態(tài)硫酸形成干燥的貧SO3氣體1066。此干燥的貧SO3氣體1066又是用于轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣1030的SO2源。
適合的用間接換熱器、冷凝節(jié)熱器和/或熱回收/SO3吸收塔回收能量的方法描述在例如McAlister等的US 5 503 821；5 130 112；和5 118 490中(均引入本文供參考)。
冷凝節(jié)熱器1015優(yōu)選包含間接換熱器，其中將熱量傳遞給傳熱流體(例如鍋爐進(jìn)水)。此間接換熱器優(yōu)選包括傳熱壁裝置(例如管殼型換熱器的管)，優(yōu)選由耐冷凝硫酸腐蝕的合金(例如Fe/Cr或Fe/Cr/Ni合金)構(gòu)造。優(yōu)選所述換熱器的氣流側(cè)的至少一部分壁裝置處于低于換熱器中氣流的露點(diǎn)的溫度。這樣，硫酸在傳熱壁上冷凝，冷凝酸的生產(chǎn)熱傳凝給鍋爐進(jìn)水。
所述冷凝節(jié)熱器1015可使催化轉(zhuǎn)化器1009中產(chǎn)生的約5至約20％SO3冷凝成硫酸。表1示出在氣相條件下SO3與水蒸氣反應(yīng)生成硫酸放出的熱量。
表1來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)生成熱(25℃)的硫酸反應(yīng)熱反應(yīng)條件 反應(yīng)熱1)2)3)氣相反應(yīng)(式2)產(chǎn)生正常液相反應(yīng)(式1)產(chǎn)生熱的74％。所述熱量由冷凝硫酸傳遞給鍋爐進(jìn)水可回收硫酸生成熱和冷凝熱。當(dāng)原料氣1003離開(kāi)生產(chǎn)SO2的燃燒區(qū)1002時(shí)所述鍋爐進(jìn)水又可被原料氣3進(jìn)一步加熱形成高級(jí)能量，即至少約30巴(表壓)、更優(yōu)選約40至約60巴(表壓)的水蒸汽。此蒸汽可在間接換熱器1012中被轉(zhuǎn)化氣/原料氣混合物1039進(jìn)一步加熱。
隨著氣相溫度降低，氣相中SO3轉(zhuǎn)化成硫酸的轉(zhuǎn)化率增加。因此，利于最大程度地降低冷凝節(jié)熱器1015內(nèi)的溫度與下游SO3吸收器1021的有效操作相適應(yīng)。不僅使所述反應(yīng)最大程度地完成而產(chǎn)生生成熱，而且通過(guò)傳遞給用于廢熱鍋爐的高壓鍋爐進(jìn)水以高級(jí)形式回收最大比例的硫酸生成熱和冷凝熱。偶然地，可在不必仔細(xì)控制節(jié)熱器1015內(nèi)流體流量或壁溫的情況下操作所述冷凝節(jié)熱器1015提取大量氣相硫酸生成熱能。冷凝液1033中酸的濃度僅隨氣體1036的H2O/SO3摩爾比稍微改變，因此不隨氣體1036冷卻的溫度或冷凝節(jié)熱器1015的壁溫顯著改變。所以不必仔細(xì)控制冷凝節(jié)熱器1015的運(yùn)行避免其內(nèi)腐蝕。而且，輸入空氣濕度的改變或硫流量的偏移對(duì)冷凝節(jié)熱器1015管壁上酸冷凝液1033的濃度沒(méi)有實(shí)質(zhì)影響。在不使冷凝酸冷凝液1033的濃度降至低于98％的情況下，氣體1036中可存在多達(dá)140％化學(xué)計(jì)量的水蒸氣。
通過(guò)在氣體1039進(jìn)入SO3吸收區(qū)1021之前冷卻所述氣體可回收相當(dāng)于硫酸蒸氣生成熱的約40至約70％(最典型地約60％)的能量。初換熱器1012和冷凝節(jié)熱器1015均使用時(shí)，典型地所回收生成熱的約70至約90％(更典型地約75％)在冷凝節(jié)熱器1015中回收。
優(yōu)選所述鍋爐進(jìn)水在約110至約180℃的溫度下進(jìn)入冷凝節(jié)熱器，氣體1036在約320至約470℃的溫度下進(jìn)入冷凝節(jié)熱器1015，H2O/SO3之摩爾比為約0.2至約1.05。另一方面，離開(kāi)冷凝節(jié)熱器1015的氣體1018優(yōu)選有約240至約300℃的溫度。
應(yīng)理解在節(jié)熱器1015中不冷凝的情況下可提取大部分氣相硫酸生成熱。例如，某些情況下，可能希望在排除冷凝的條件下操作所述節(jié)熱器1015，因?yàn)檫@使節(jié)熱器1015可用碳鋼代替更貴的耐硫酸腐蝕材料(如Fe/Cr或Fe/Cr/Ni合金)構(gòu)造。例如，可在不冷凝的情況下通過(guò)在并流換熱器中由氣體1036給鍋爐進(jìn)水傳熱回收大部分生成熱。不過(guò)，多數(shù)情況下優(yōu)選使用合金換熱器，管壁在足以在其上導(dǎo)致冷凝的低溫下(但不低至使氣體主體內(nèi)成核和形成霧)操作。這樣，可以高壓蒸汽形式回收大部分生成熱和大部分冷凝熱。
優(yōu)選使離開(kāi)冷凝節(jié)熱器1015的濕氣1018通入SO3吸收區(qū)1021，在其中與濃硫酸溶液1048逆流接觸。優(yōu)選所述SO3吸收區(qū)1021包括在立式塔內(nèi)的用于促進(jìn)塔內(nèi)氣液相間傳質(zhì)和傳熱的裝置(優(yōu)選不規(guī)則填料床如鞍形或環(huán)形填料，但應(yīng)理解也可用其它氣液接觸裝置如逆流板式塔或并流文丘里吸收器代替不規(guī)則填料)。輸入吸收區(qū)1021的氣體1018包含SO3和硫酸蒸氣。氣體1018與液體硫酸1048接觸導(dǎo)致SO3吸收、水蒸氣冷凝和吸收、及硫酸蒸氣冷凝和吸收至硫酸溶液中。本文所用術(shù)語(yǔ)“吸收熱”和“吸收能”應(yīng)理解為包括各種熱效應(yīng)，可能還包括在冷凝節(jié)熱器1015中未回收的氣相硫酸生成能。
用熱酸吸收SO3有至少兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，在較高溫度下產(chǎn)生吸收熱可使該能量在高溫下回收。此外，使用高溫酸避免氣體1018驟冷，從而減少濕氣中酸霧的生成。優(yōu)選在吸收區(qū)1021出口處酸1051的溫度比輸入氣體1018的露點(diǎn)低不多于約40℃(更優(yōu)選不多于約20℃)。氣體1018進(jìn)入SO3吸收區(qū)1021時(shí)典型地處于高達(dá)約300℃的溫度下，從而因此熱量傳遞給用于廢水鍋爐的高壓鍋爐進(jìn)水可以高壓蒸汽形式回收最大量的氣相硫酸生成和冷凝能量。
一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，濃硫酸接觸溶液1048在鄰近SO3吸收區(qū)1021頂部的入口引入，而氣體1018在鄰近SO3吸收區(qū)1021下端的入口引入。酸溶液1048在酸入口處優(yōu)選有約170至約220℃的溫度和約98.5至約99.5％、更優(yōu)選約99至約99.5％的硫酸濃度。另一方面，氣體1018在氣體入口處優(yōu)選有約240至約300℃的溫度，其H2O/SO3摩爾比優(yōu)選比酸溶液1048的H2O/SO3摩爾比小，等于約0.2至約1.05(更優(yōu)選約0.7至約1.0)。當(dāng)全部原料氣1003與轉(zhuǎn)化氣1006混合時(shí)，如果原料氣1003中水蒸氣濃度太高使進(jìn)入SO3吸收區(qū)1021的氣體1018中H2O/SO3摩爾比超過(guò)濃硫酸接觸溶液1048中H2O/SO3摩爾比，優(yōu)選通過(guò)以下方法降低進(jìn)入SO3吸收區(qū)1021的氣體1018中H2O/SO3摩爾比在原料氣1003與轉(zhuǎn)化氣1006混合之前在干燥塔中使原料氣1003部分干燥；或者僅使原料氣1003的一部分1042與轉(zhuǎn)化氣1006混合，剩余部分1045直接通入SO2吸收/汽提區(qū)(和可選的干燥塔，如果SO2吸收/汽提區(qū)不能除去基本上所有水)。
酸溶液1051優(yōu)選在至少約190℃、更優(yōu)選約190至約250℃、甚至更優(yōu)選約210至約250℃的溫度下從SO3吸收區(qū)1021排出。該溶液的至少大部分優(yōu)選流入循環(huán)泵，通過(guò)間接換熱器1024，通過(guò)將熱量傳遞給另一流體回收吸收能。優(yōu)選所述間接換熱器1024包括熱回收系統(tǒng)鍋爐，所述熱能最終以低至中壓(即最高約10.5巴(表壓))形式回收。
來(lái)自間接換熱器1024的酸溶液1054優(yōu)選循環(huán)回SO3吸收區(qū)1021。為回收所述酸產(chǎn)品，優(yōu)選在酸溶液1054循環(huán)之前取出酸溶液1054的一部分1057作為產(chǎn)品(可通過(guò)例如使之通過(guò)一或多個(gè)附加的間接換熱器從該酸產(chǎn)品中回收附加的熱能)。然后向剩余硫酸溶液1063中加入等量的水1060。此水1060可以例如液體或氣體形式或以稀硫酸形式加入。
由于SO3吸收區(qū)1021的高溫運(yùn)行，從該區(qū)1021頂部排出的貧SO3氣體1066較熱。這通常又導(dǎo)致硫酸從酸液流汽提至氣流中。換言之，雖然SO3吸收區(qū)1021的吸收效率為至少約90％，但吸收區(qū)1021的高溫運(yùn)行典型地也使一些未吸收的SO3通過(guò)所述吸收區(qū)1021。因而，從SO3吸收區(qū)1021頂部排出的氣體1066優(yōu)選通入冷凝段以吸收剩余SO3和使硫酸蒸氣冷凝。此冷凝段優(yōu)選包含促進(jìn)氣/液接觸及傳質(zhì)和傳熱的裝置。例如，一實(shí)施方案中，此段包括逆流填充段，其中較冷的濃度約98.5％的酸供入此段的頂部，離開(kāi)主SO3吸收區(qū)1021的氣體1066(典型地在約170至約230℃的溫度下)進(jìn)入此冷凝段的底部。該實(shí)施方案中，進(jìn)入所述冷凝段的酸優(yōu)選在低于約120℃、更優(yōu)選約60至約80℃的溫度下。通過(guò)所述冷凝段時(shí)，氣體1066優(yōu)選被冷卻至約75至約140℃、更優(yōu)選約80至約120℃的溫度。然后優(yōu)選使離開(kāi)所述冷凝段的氣體通過(guò)除霧器。在此冷凝段的酸流速優(yōu)選保持足夠低以使所述酸在接近進(jìn)入主SO3吸收填充床的酸溫度的溫度下離開(kāi)此段。
此濕氣實(shí)施方案中，離開(kāi)SO3吸收區(qū)1021的氣體1066(即貧SO3氣體)與未與轉(zhuǎn)化氣1066混合的原料氣1003的任何部分1045一起優(yōu)選用于形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣1030。更具體地，使貧SO3氣體1066(與未與轉(zhuǎn)化氣1006混合的原料氣1003的任何部分1045一起)先通過(guò)前面所述SO2吸收/汽提區(qū)。除去過(guò)量的惰性氣體，當(dāng)貧SO3氣體1066中SO2濃度低于所要求濃度時(shí)可用于增強(qiáng)所述貧SO3氣體1066中SO2濃度。如果汽提氣1075未提供要求的氧氣含量，則優(yōu)選使離開(kāi)SO2吸收/汽提區(qū)的氣體(即富SO2汽提氣1069)與干燥氧源1072混合。應(yīng)認(rèn)識(shí)到所述富SO2汽提氣1069也可以與上述相同的方式分成兩或更多部分，其中所述富SO2汽提氣1069的一部分與干燥氧源1072混合，供入轉(zhuǎn)化器1009的第一催化劑床1078，第二部分1070用于增強(qiáng)從第一催化劑床1078排出的部分轉(zhuǎn)化氣1081的SO2濃度。
特別優(yōu)選通過(guò)轉(zhuǎn)化器1009的氣體基本上不含水蒸氣。使基本上不含水分的氣體通過(guò)轉(zhuǎn)化器1009，一般避免轉(zhuǎn)化器1009(和轉(zhuǎn)化器1009的催化劑床之間的任何工藝設(shè)備)被SO3與水蒸氣的氣相反應(yīng)生成的硫酸腐蝕的危險(xiǎn)(或使用耐腐蝕材料的附加成本)。為確保供入轉(zhuǎn)化器1009的氣體1030基本上不含水蒸氣，優(yōu)選預(yù)先干燥與富SO2汽提氣1069混合的任何氧源1072。還優(yōu)選所述SO2吸收溶劑1084主要由幾乎不或不將水轉(zhuǎn)移給富SO2汽提氣1069的組合物組成。前面所述有機(jī)磷溶劑一般適用于此用途，特別是當(dāng)汽提氣1075為干空氣時(shí)。
上述濕原料氣實(shí)施方案是有利的，因?yàn)樗诓槐叵仁谷吭蠚?003都通過(guò)干燥塔的情況下產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)化器1009的干SO2氣體1030，從而避免關(guān)于原料氣1003的與轉(zhuǎn)化氣1006混合的部分1042(如前面所述，通常優(yōu)選此部分1042為全部原料氣1003)與該塔(及附屬設(shè)備如泵、管道、貯槽和冷卻器)相伴的投資和運(yùn)行費(fèi)用。此外，該方法的有利之處在于它產(chǎn)生可作為能量轉(zhuǎn)移和在別處使用的熱量(即氣態(tài)硫酸生成熱、氣態(tài)硫酸冷凝熱和水蒸氣冷凝熱)。
雖然以上論述集中于使?jié)裨蠚馀c轉(zhuǎn)化氣混合提供所有水蒸氣的特別優(yōu)選實(shí)施方案中的熱量回收，但應(yīng)理解上述熱量回收原理也適用于使用不同水蒸氣源(例如低壓水蒸汽)或使?jié)裨蠚夂筒煌魵庠磁c轉(zhuǎn)化氣混合提供水蒸氣的實(shí)施方案。
G.用于處理含硫酸氣體的優(yōu)選設(shè)備含SO3的濕氣可在碳鋼設(shè)備中處理，但優(yōu)選使該設(shè)備中氣體溫度保持高于其露點(diǎn)以避免由水蒸氣和SO3形成的氣態(tài)硫酸冷凝。但在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施方案中，所述露點(diǎn)一般很高，許多設(shè)備(特別是冷凝節(jié)熱器)在低于所述露點(diǎn)的溫度下操作。因而，該設(shè)備優(yōu)選由在本發(fā)明所述條件下耐硫酸腐蝕的材料制成。有許多常用材料特別是不銹鋼和鎳合金可用于此用途。合金性能可通過(guò)腐蝕指數(shù)(CI)表征，對(duì)于合金組合物而言由下式定義CI＝0.4[Cr]-0.05[Ni]-0.1[Mo]-0.1[Ni]×[Mo]其中[Cr]為合金中鉻的重量百分率，[Ni]為合金中鎳的重量百分率，[Mo]為合金中鉬的重量百分率。已發(fā)現(xiàn)在高溫強(qiáng)硫酸中效果最好的合金有大于7、特別是大于8的腐蝕指數(shù)。
很可能顯示出低腐蝕速率的合金是腐蝕指數(shù)最高的那些。如腐蝕指數(shù)的等式所示，鉻含量高是理想的，優(yōu)選避免鎳和鉬含量都高的合金。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到含高鎳和極低鉬或低鎳和中等量鉬的合金通常是可接受的。適用于在高溫下與液相硫酸接觸的合金包括例如有UNS標(biāo)志S30403、S30908、S31008、S44627、S32304、和S44800的那些。
實(shí)施例該實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明和解釋本發(fā)明。但不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明限于該實(shí)施例中任何細(xì)節(jié)。
用計(jì)算機(jī)模型評(píng)定圖4所示系統(tǒng)的性能。在硫燃燒器2006中通過(guò)在干空氣2012存在下燃燒硫2009形成含約19mol％SO2、約2mol％O2和約79mol％N2的原料氣2003。在廢熱鍋爐2002中使該原料氣2003(離開(kāi)硫燃燒器2006時(shí)處于約1538℃的溫度下)冷卻至約548℃。在間接換熱器2015(即MonplexTM，Monsanto Environ-Chem Systems，Inc.，St.Louis，MO，USA)中由原料氣2004向供給SO2氧化催化轉(zhuǎn)化器2021的氣體2024傳熱使原料氣2004進(jìn)一步冷卻至約337℃。最后使原料氣2024在利用原料氣2024的熱量產(chǎn)生蒸汽的另一間接換熱器2023中冷卻至約204℃。
冷卻的原料氣2025分成兩部分一部分2026(占所述冷卻原料氣2025的約6.6％體積)返回硫燃燒器2006使燃燒器2006保持要求的溫度，剩余部分2028(占冷卻原料氣2025的約94％)引入SO2吸收/汽提區(qū)(即Claus MasterTM，Monsanto Environ-Chem Systems，Inc.，St.Louis，MO，USA)。使原料氣2028通過(guò)SO2吸收填料塔2027，其中與包含丁基膦酸二丁酯2030的與原料氣2028逆流流動(dòng)的液體SO2吸收溶劑接觸。所述丁基膦酸二丁酯2030選擇吸收SO2形成富SO2吸收溶劑2033和貧SO2氣體2036(所述貧SO2氣體2036包含來(lái)自原料氣2028的基本上所有剩余O2和惰性氣體(多數(shù)為N2))。
貧SO2氣體2036從系統(tǒng)中排放，富SO2吸收溶劑2033引入SO2汽提填料塔2039，其中富SO2吸收溶劑2033與逆流的干空氣2042(進(jìn)入塔2039的干燥汽提空氣2042有約110℃的溫度)接觸形成富SO2汽提氣2045(含約90mol％SO2，其余為空氣)和貧SO2吸收溶劑2048(循環(huán)回SO2吸收塔2027再用作SO2吸收溶劑2030)。SO2吸收塔2027和SO2汽提塔2039都在接近常壓下操作。
富SO2汽提氣2045分成兩部分一部分(即主SO2氣體2051)為富SO2汽提氣2045的約54％體積，另一部分(即支SO2氣體2054)為富SO2汽提氣2045的約46％體積(兩部分有相同的組成，即90mol％SO2，其余為空氣)。主SO2氣體2051與干空氣2057(干空氣2057有約66℃的溫度)混合形成含約12mol％SO2和溫度約130℃的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣2018。用MonplexTM間接換熱器2015由來(lái)自硫燃燒器2006的氣體2004將此轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣2018加熱至約410℃的溫度。加熱后，使轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣2060通過(guò)含V2O5的第一催化劑床2063，使轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣2060中的約67％SO2轉(zhuǎn)化(即氧化)成SO3，從而形成部分轉(zhuǎn)化氣2066，其溫度為約637℃，含約4mol％SO2和約8mol％SO3。第一催化劑床2063中的V2O5催化劑是涂于氧化硅載體上的鉀促進(jìn)的催化劑，是環(huán)狀的，外徑12.5mm，內(nèi)徑5mm，平均長(zhǎng)度14mm(Cat.No.LP-120，Monsanto Environ-Chem Systems，Inc.，St.Louis，MO，USA)。第一催化劑床2063直徑約26.25ft.，裝有約50 000升催化劑。進(jìn)入第一催化劑床2063的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣2060的總流量為約50 767scfm(即標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘(在70°F和1atm下測(cè)定)。
通過(guò)在間接換熱器2069中將熱量傳遞給進(jìn)水使離開(kāi)第一催化劑床2063的部分轉(zhuǎn)化氣2066冷卻至約420℃。然后使冷卻的部分轉(zhuǎn)化氣2072與支SO2氣體2054混合使部分轉(zhuǎn)化氣2072中SO2濃度增至約13mol％。SO2增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣2075(溫度約423℃)通過(guò)含V2O5的第二催化劑床2078使SO2氧化形成第二部分轉(zhuǎn)化氣2081，其溫度為約607℃，含有約15.4mol％SO3和約6.1mol％未氧化的SO2。第二催化劑床2078有與第一催化劑床2063相同的尺寸、相同的V2O5催化劑和相同體積的催化劑。進(jìn)入第二催化劑床2078的氣體的總流量為約54 366scfm。
通過(guò)在第二間接換熱器2084中將熱量傳遞給進(jìn)水使第二部分轉(zhuǎn)化氣2081冷卻至約420℃，然后通過(guò)含V2O5的第三催化劑床2087再使SO2氧化形成最終轉(zhuǎn)化氣2090，其溫度為約519℃，含約20.0mol％SO3和約2.1mol％未氧化的剩余SO2。第三催化劑床2087中的V2O5催化劑是涂于氧化硅載體上的鉀促進(jìn)的催化劑，是環(huán)狀的，外徑9.5mm，內(nèi)徑4mm，平均長(zhǎng)度13mm(Cat.No.LP-110，Monsanto Environ-Chem Systems，Inc.，St.Louis，MO，USA)。第三催化劑床2087直徑約26.25ft.，裝有約80000升催化劑。進(jìn)入第三催化劑床2087的總流量為約52 406scfm。
在間接換熱器2091中使最終轉(zhuǎn)化氣2090冷卻至約166℃，然后在SO3吸收填料塔2093(直徑約12ft.，高約40ft.)中與含約98.5wt％H2SO4的水溶液2096逆流接觸形成硫酸濃度約99.5wt％的更濃硫酸溶液2097。轉(zhuǎn)化氣2090的流量為約51 349scfm，而硫酸水溶液2096的流量為約1700加侖/分鐘。進(jìn)入塔2093的硫酸水溶液2096的溫度為約82℃，離開(kāi)SO3吸收塔2093的硫酸溶液2097的溫度為約110℃。
離開(kāi)SO3吸收塔2093的氣體2102(即“貧SO3氣體”或“尾氣”)分成兩部分一部分2103(占貧SO3氣體2102的約80％體積)與原料氣流2028混合，從而通入SO2吸收塔2027中。另一部分2104(占貧SO3氣體2102的約20％體積)與干空氣2057混合，與主SO2氣體2051混合，從而使較少體積的總氣體供入SO2吸收塔2027。這樣，兩部分貧SO3氣體2102最終循環(huán)回轉(zhuǎn)化器2021使貧SO3氣體2102中剩余SO2基本上全部轉(zhuǎn)化成硫酸。
總轉(zhuǎn)化器2021的單程SO2轉(zhuǎn)化率為約90.4％。原料氣2003中SO2的總轉(zhuǎn)化率為約99.87％。
以上優(yōu)選實(shí)施方案和附圖的描述只是要使本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明、其原理及其實(shí)際應(yīng)用，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以各種形式修改和應(yīng)用本發(fā)明，最適合實(shí)際需要。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案，可做各種改進(jìn)。
上述描述和/或以下權(quán)利要求中所用術(shù)語(yǔ)“包括”或“包含”，除非另有要求，都應(yīng)解釋為包括端值在內(nèi)的，而非排除。
權(quán)利要求
1.一種由包含SO2的原料氣制備SO3的方法，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑；在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出SO2形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣；使所述富SO2汽提氣的第一部分與氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣；使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣通過(guò)包括至少2個(gè)且不大于4個(gè)串聯(lián)催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器的第一催化劑床形成包含SO3和剩余SO2的部分轉(zhuǎn)化氣，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的氧化催化劑，所述第一催化劑床相對(duì)于氣體流過(guò)催化轉(zhuǎn)化器的方向位于剩余串聯(lián)催化劑床的上游；使所述部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)剩余催化劑床使所述部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3形成包含SO3和剩余SO2的轉(zhuǎn)化氣，通過(guò)將所述富SO2汽提氣的第二部分引入所述第一催化劑床下游的部分轉(zhuǎn)化氣中增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度，增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)至少一個(gè)剩余串聯(lián)催化劑床使所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述富SO2汽提氣的第二部分包括未與所述氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣的所述富SO2汽提氣的剩余部分。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述富SO2汽提氣的第二部分引入第一催化劑床下游和串聯(lián)的下一催化劑床上游的部分轉(zhuǎn)化氣中，所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)串聯(lián)的下一催化劑床。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述氧源是干燥的。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度不高于約13.5mol％，所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣中O2/SO2摩爾比大于約0.5∶1。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述原料氣包括在氧存在下在燃燒區(qū)燃燒硫源使所述硫氧化成SO2形成的燃燒氣，所述燃燒氣包含至少約15mol％SO2。
7.權(quán)利要求6的方法，其中在空氣存在下燃燒所述硫源，存在于燃燒氣中的所述空氣的未反應(yīng)組分基本上在SO2吸收區(qū)作為貧SO2氣體的組成部分除去。
8.權(quán)利要求7的方法，其中空氣以這樣的速度引入燃燒區(qū)以使供給燃燒區(qū)的O2與硫之摩爾比保持在約1.05至約1.3。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述催化轉(zhuǎn)化器包括多于三個(gè)串聯(lián)催化劑床。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述催化轉(zhuǎn)化器包括兩個(gè)串聯(lián)催化劑床。
11.權(quán)利要求1的方法，其中在SO2吸收區(qū)與原料氣接觸的液體SO2吸收溶劑是一種物理的SO2吸收劑。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述富SO2汽提氣中SO2摩爾濃度與所述原料氣中SO2摩爾濃度之比為至少約2.75∶1。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述富SO2汽提氣包含大于約70mol％SO2。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述液體SO2吸收溶劑包含至少一種基本上水不混溶的式(II)的有機(jī)膦酸二酯 其中R1、R2和R3獨(dú)立地為戊基或C1-C8烷基，所述有機(jī)膦酸二酯在25℃下的蒸汽壓低于約1Pa，水在所述有機(jī)膦酸二酯中的溶解度在25℃下小于約10％(重)。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述液體SO2吸收溶劑包含丁基膦酸二丁酯。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述液體SO2吸收溶劑包含四甘醇二乙醚。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述液體SO2吸收溶劑包含多于50％(重)四甘醇二乙醚。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法還包括使所述轉(zhuǎn)化氣在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述原料氣包含離開(kāi)SO3吸收區(qū)的貧SO3氣體的至少一部分以在SO2吸收區(qū)從所述貧SO3氣體中回收SO2最終轉(zhuǎn)化成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述部分轉(zhuǎn)化氣不在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸而通過(guò)剩余的串聯(lián)催化劑床。
21.一種由包含SO2的原料氣制備SO3的方法，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑；在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出SO2形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣；使所述富SO2汽提氣的第一部分與氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣，所述富SO2汽提氣的第一部分包含所述富SO2汽提氣中SO2的至少約30％；使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣通過(guò)包括至少2個(gè)串聯(lián)催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器的第一催化劑床形成包含SO3和剩余SO2的部分轉(zhuǎn)化氣，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的催化劑，所述第一催化劑床相對(duì)于氣體流過(guò)催化轉(zhuǎn)化器的方向位于剩余串聯(lián)催化劑床的上游；和使所述部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)剩余串聯(lián)催化劑床使所述部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3形成包含SO3和剩余SO2的轉(zhuǎn)化氣，通過(guò)將所述富SO2汽提氣的第二部分引入所述第一催化劑床下游的部分轉(zhuǎn)化氣中增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度，增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)至少一個(gè)剩余串聯(lián)催化劑床使所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述氧源是干燥的。
23.權(quán)利要求21的方法，其中所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣包含所述富SO2汽提氣中SO2的至少約40％。
24.權(quán)利要求21的方法，其中所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣包含所述富SO2汽提氣中SO2的至少約50％。
25.權(quán)利要求21的方法，其中所述方法還包括使所述轉(zhuǎn)化氣在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所述原料氣包含離開(kāi)SO3吸收區(qū)的貧SO3氣體的至少一部分以在SO2吸收區(qū)從所述貧SO3氣體中回收SO2最終轉(zhuǎn)化成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
27.權(quán)利要求21的方法，其中所述部分轉(zhuǎn)化氣不在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸而通過(guò)剩余的串聯(lián)催化劑床。
28.一種由包含SO2的原料氣制備SO3的方法，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑；在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出SO2形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣；使所述富SO2汽提氣的第一部分與氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣；使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣通過(guò)包括至少2個(gè)串聯(lián)催化劑床的催化轉(zhuǎn)化器的第一催化劑床形成包含SO3和剩余SO2的部分轉(zhuǎn)化氣，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的催化劑，所述第一催化劑床相對(duì)于氣體流過(guò)催化轉(zhuǎn)化器的方向位于剩余串聯(lián)催化劑床的上游；和使所述部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)剩余串聯(lián)催化劑床使所述部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3形成包含SO3和剩余SO2的轉(zhuǎn)化氣，通過(guò)將所述富SO2汽提氣的第二部分引入所述第一催化劑床下游的部分轉(zhuǎn)化氣中增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度，增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)至少一個(gè)剩余串聯(lián)催化劑床使所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3，進(jìn)入第一催化劑床的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和進(jìn)入任何剩余串聯(lián)催化劑床的部分轉(zhuǎn)化氣中O2與SO2之摩爾比大于約0.2∶1。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述氧源是干燥的。
30.權(quán)利要求28的方法，其中進(jìn)入第一催化劑床的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和進(jìn)入任何剩余串聯(lián)催化劑床的部分轉(zhuǎn)化氣中O2與SO2之摩爾比為至少約0.5∶1。
31.權(quán)利要求28的方法，其中進(jìn)入第一催化劑床的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和進(jìn)入任何剩余串聯(lián)催化劑床的部分轉(zhuǎn)化氣中O2與SO2之摩爾比為至少約0.7∶1。
32.權(quán)利要求28的方法，其中進(jìn)入第一催化劑床的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和進(jìn)入任何剩余串聯(lián)催化劑床的部分轉(zhuǎn)化氣中O2與SO2之摩爾比為約0.7∶1至約1.4∶1。
33.權(quán)利要求28的方法，其中進(jìn)入第一催化劑床的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣和進(jìn)入任何剩余串聯(lián)催化劑床的部分轉(zhuǎn)化氣中O2與SO2之摩爾比為約0.9∶1至約1.2∶1。
34.權(quán)利要求28的方法，其中所述方法還包括使所述轉(zhuǎn)化氣在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
35.權(quán)利要求34的方法，其中所述原料氣包含離開(kāi)SO3吸收區(qū)的貧SO3氣體的至少一部分以在SO2吸收區(qū)從所述貧SO3氣體中回收SO2最終轉(zhuǎn)化成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
36.權(quán)利要求28的方法，其中所述部分轉(zhuǎn)化氣不在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸而通過(guò)剩余的串聯(lián)催化劑床。
37.一種由包含SO2的原料氣制備SO3的方法，所述方法包括使所述原料氣在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑；在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出SO2形成貧SO2吸收溶劑和富SO2汽提氣；形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣，所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣包含所述富SO2汽提氣的第一部分；使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣的第一部分通過(guò)催化轉(zhuǎn)化器的一個(gè)催化劑床，使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣的第二部分通過(guò)與所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣的第一部分經(jīng)過(guò)的催化劑床并聯(lián)的不同催化劑床，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的氧化催化劑，從而形成第一部分轉(zhuǎn)化氣和第二部分轉(zhuǎn)化氣，每一部分轉(zhuǎn)化氣都包含SO3和剩余SO2；使剩余富SO2汽提氣的第一部分與所述第一部分轉(zhuǎn)化氣混合以增強(qiáng)所述第一部分轉(zhuǎn)化氣中SO2氣體濃度；使剩余富SO2汽提氣的第二部分與所述第二部分轉(zhuǎn)化氣混合以增強(qiáng)所述第二部分轉(zhuǎn)化氣中SO2氣體濃度；使所述增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣和增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)所述催化轉(zhuǎn)化器的包含能使SO2氧化成SO3的氧化催化劑的至少一個(gè)其它催化劑床，從而使附加的SO2氧化成SO3，形成包含SO3和SO2的轉(zhuǎn)化氣。
38.權(quán)利要求37的方法，其中使所述富SO2汽提氣的第一部分與氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣。
39.權(quán)利要求38的方法，其中所述氧源是干燥的。
40.權(quán)利要求37的方法，其中所述增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣和增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣只通過(guò)一個(gè)其它催化劑床形成轉(zhuǎn)化氣。
41.權(quán)利要求37的方法，其中所述增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)一個(gè)其它催化劑床，而所述增強(qiáng)的第二部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)另一個(gè)與所述增強(qiáng)的第一部分轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過(guò)的所述其它催化劑并聯(lián)的另一不同的催化劑床。
42.權(quán)利要求37的方法，其中所述方法還包括使所述轉(zhuǎn)化氣在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
43.權(quán)利要求42的方法，其中所述原料氣包含離開(kāi)SO3吸收區(qū)的貧SO3氣體的至少一部分以在SO2吸收區(qū)回收所述貧SO3氣體中的SO2最終轉(zhuǎn)化成硫酸和/或發(fā)煙硫酸。
44.一種由包含SO2的原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法，所述方法包括使所述原料氣的至少一部分在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述部分原料氣轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑；在SO2汽提區(qū)從所述富SO2溶劑中汽提出SO2形成貧SO2吸收溶劑和SO2氣體濃度高于所述原料氣的SO2氣體濃度的富SO2汽提氣；使所述富SO2汽提氣與氧源混合形成轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣；使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣通過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床形成包含SO3和剩余SO2的轉(zhuǎn)化氣，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的氧化催化劑；使所述轉(zhuǎn)化氣與水蒸氣混合形成產(chǎn)品酸氣，包含(a)來(lái)自所述轉(zhuǎn)化氣的SO3與水蒸氣之間的氣相反應(yīng)生成的硫酸，從而產(chǎn)生氣相硫酸生成熱；(b)SO3；和(c)SO2；通過(guò)在間接換熱器中從所述產(chǎn)品酸氣至水蒸汽或進(jìn)水的傳熱回收來(lái)自氣相硫酸生成熱的熱能；和使冷卻的產(chǎn)品酸氣在SO3吸收區(qū)與硫酸液體接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
45.權(quán)利要求44的方法，其中所述貧SO3氣體的至少一部分循環(huán)回所述多個(gè)催化劑床。
46.權(quán)利要求44的方法，其中所述間接換熱器包括節(jié)熱器，其中使熱量由所述產(chǎn)品酸氣傳遞給進(jìn)水。
47.權(quán)利要求46的方法，其中所述節(jié)熱器包括在所述產(chǎn)品酸氣和所述進(jìn)水之間的傳熱壁裝置，所述節(jié)熱器的氣體側(cè)的至少一部分壁裝置處于低于進(jìn)入所述節(jié)熱器的產(chǎn)品酸氣的露點(diǎn)的溫度。
48.權(quán)利要求44的方法，其中通過(guò)所述多個(gè)催化劑床的氣體不在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸。
49.一種由包含SO2的原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法，所述方法包括使所述原料氣的第一部分通過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床的第一催化劑床形成包含SO3和剩余SO2的部分轉(zhuǎn)化氣，所述多個(gè)催化劑床包括至少2個(gè)催化劑床，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的催化劑，所述第一催化劑床相對(duì)于氣體流過(guò)所述催化劑床的方向位于剩余串聯(lián)催化劑床的上游；使所述部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)剩余串聯(lián)催化劑床使所述部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3形成包含SO3和剩余SO2的轉(zhuǎn)化氣；將所述原料氣的第二部分引入所述第一催化劑床下游的所述部分轉(zhuǎn)化氣中以增強(qiáng)所述部分轉(zhuǎn)化氣中SO2濃度，所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣通過(guò)至少一個(gè)剩余串聯(lián)催化劑床使所述增強(qiáng)的部分轉(zhuǎn)化氣中的SO2氧化成SO3；使所述轉(zhuǎn)化氣與水蒸氣混合形成產(chǎn)品酸氣，包含(a)來(lái)自所述轉(zhuǎn)化氣的SO3與水蒸氣之間的氣相反應(yīng)生成的硫酸，從而產(chǎn)生氣相硫酸生成熱；(b)SO3；和(c)SO2；通過(guò)在間接換熱器中從所述產(chǎn)品酸氣至水蒸汽或進(jìn)水的傳熱回收來(lái)自氣相硫酸生成熱的熱能；和使冷卻的產(chǎn)品酸氣在SO3吸收區(qū)與硫酸液體接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體。
50.權(quán)利要求49的方法，其中所述貧SO3氣體的至少一部分循環(huán)回所述多個(gè)催化劑床。
51.權(quán)利要求49的方法，其中所述間接換熱器包括節(jié)熱器，其中使熱量由所述產(chǎn)品酸氣傳遞給進(jìn)水。
52.權(quán)利要求51的方法，其中所述節(jié)熱器包括在所述產(chǎn)品酸氣和所述進(jìn)水之間的傳熱壁裝置，所述節(jié)熱器的氣體側(cè)的至少一部分壁裝置處于低于進(jìn)入所述節(jié)熱器的產(chǎn)品酸氣的露點(diǎn)的溫度。
53.權(quán)利要求49的方法，其中通過(guò)所述多個(gè)催化劑床的氣體不在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸。
54.一種由包含SO2和水蒸氣的原料氣生產(chǎn)硫酸和/或發(fā)煙硫酸的方法，所述方法包括形成包含SO2的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣；使所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣通過(guò)多個(gè)串聯(lián)催化劑床形成包含SO3和剩余SO2的轉(zhuǎn)化氣，每個(gè)催化劑床都包含能使SO2氧化成SO3的催化劑；使所述轉(zhuǎn)化氣與水蒸氣混合形成產(chǎn)品酸氣，包含(a)來(lái)自所述轉(zhuǎn)化氣的SO3與水蒸氣之間的氣相反應(yīng)生成的硫酸，從而產(chǎn)生氣相硫酸生成熱；(b)SO3；和(c)SO2；通過(guò)在間接換熱器中從所述產(chǎn)品酸氣至水蒸汽或進(jìn)水的傳熱由氣相硫酸生成熱回收熱能；和使冷卻的產(chǎn)品酸氣在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸形成附加硫酸和/或發(fā)煙硫酸和包含SO2的貧SO3氣體，改進(jìn)包括使所述原料氣的至少一部分與所述轉(zhuǎn)化氣混合形成所述產(chǎn)品酸氣；和由所述貧SO3氣體的至少一部分形成所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣。
55.權(quán)利要求54的改進(jìn)方法，其中所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣是干燥的。
56.權(quán)利要求55的改進(jìn)方法，其中所述方法還包括使所述貧SO3氣體在SO2吸收區(qū)與液體SO2吸收溶劑接觸選擇性地使SO2從所述貧SO3氣體轉(zhuǎn)移至所述SO2吸收溶劑中而形成貧SO2氣體和富SO2溶劑；和在SO2汽提區(qū)從所述富SO2吸收溶劑中汽提出SO2形成貧SO2吸收溶劑和富SO2汽提氣，其中所述干燥的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣由所述富SO2汽提氣的至少一部分形成。
57.權(quán)利要求56的改進(jìn)方法，其中形成所述干燥的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣包括使干燥的氧源與所述富SO2汽提氣的第一部分混合。
58.權(quán)利要求57的改進(jìn)方法，其中將所述富SO2汽提氣的第二部分引入所述干燥的轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣通過(guò)的串聯(lián)第一催化劑床下游的至少一個(gè)串聯(lián)催化劑床中，以增強(qiáng)供給下游床的氣體氣中SO2濃度。
59.權(quán)利要求54的改進(jìn)方法，其中所述間接換熱器包括節(jié)熱器，其中使熱量由所述產(chǎn)品酸氣傳遞給進(jìn)水。
60.權(quán)利要求59的改進(jìn)方法，其中所述節(jié)熱器包括在所述產(chǎn)品酸氣和所述進(jìn)水之間的傳熱壁裝置，所述節(jié)熱器的氣體側(cè)的至少一部分壁裝置處于低于進(jìn)入所述節(jié)熱器的產(chǎn)品酸氣的露點(diǎn)的溫度。
61.權(quán)利要求54的改進(jìn)方法，其中通過(guò)所述多個(gè)催化劑床的氣體不在SO3吸收區(qū)與包含硫酸的溶液接觸。
全文摘要
形成包含富SO
文檔編號(hào)C01B17/765GK1384805SQ00815111
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2000年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月1日
發(fā)明者A·V·梅諾 申請(qǐng)人:孟山都公司