硫酸蒸汽冷凝制取硫酸的方法技术

将含硫酸蒸汽和过量水蒸汽的气体（例如来自发电站的废气）冷凝，可使逸出至周围环境中的硫酸小液滴（即酸雾）量大大减少，在硫酸装置配备气溶胶过滤器亦为如是；办法是向气体中加入小的成核核心，加入量为气体中每０．１％Ｈ－［２］ＳＯ－［４］蒸汽每标准立方米１０＋［９］－１０＋［１２］个固体颗粒。这些核心例如可来自燃烧＞Ｃ－［２］烃或硅氧烷，或来自电弧或电焊的烟气。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通过在硫酸塔中直接或间接冷却从气体混合物中冷凝硫酸蒸汽生产硫酸的方法，所述气体混合物中按假定SO3完全水合计算含有0.01-10%（体积）H2SO4蒸汽和0-50%（体积）的水蒸汽。在硫酸的生产中，有许多情况下所得的酸是H2SO4蒸汽与水蒸汽的混合物形式。例在重要的硫酸工艺中，包括通常使用碱作为助催化剂的钒催化剂的催化氧化，将SO2氧化成SO3，然后用水蒸汽进行水合，形成硫酸蒸汽，然后必须在冷却过程中进行冷凝。这种硫酸生产方法在烟气除硫净化中是很重要的。当在各种不同环境中通过冷却来冷凝硫酸蒸汽时，形成所谓的酸雾（硫酸的雾），这是一种在气体混合物中含有极小硫酸液滴的气溶胶，所述气体混合物就是经过硫酸冷凝的混合气，一般还含有水蒸汽，而水蒸汽量大大超过把SO3完全水合成为H2SO4所需的量。重要的任务是防止多量酸雾逸出到环境中;从环境保护来讲，硫酸雾的最大允许逸出量规定为40毫克H2SO4/标准立方米，这相当于9ppm的H2SO4。已知的方法是通过调节冷却介质的温度来控制酸雾的逸出。在丹麦专利145，457（USP4348373）中描述了从含SO3和过量H2O的气体中制备浓硫酸的方法。将该气体冷却并以两步法在含有填充料的吸收塔中冷凝并提浓。在塔底的一步是通入的气体向上流动与已冷凝的酸逆流接触，从而将这些酸的浓度提高。在后续一步中，用通过了填料层所循环的硫酸吸收气体中硫酸蒸汽。通过对温度的特别调节使硫酸雾的含量保持在低水平;然后把再循环的酸从塔中取出。残余的酸雾通过位于吸收段后边的气溶胶过滤器而除去。该过滤器是一种“低速度”过滤器，操作线速度低于1米/秒，压力降高于20-30毫巴。-->由丹麦专利申请案1361/82（英国专利2117368）得知一种制备硫酸的方法，其中硫酸蒸汽在气体中的含量为0.01-10%H2SO4蒸汽，还有0-30%的水蒸汽，它们在竖向、气体冷却的耐酸管子中冷凝。按照该专利，避免冷凝后在气体中产生大量酸雾的方法是使向上流动的含硫酸气体与向下流动（任选有一部分是交错流）的冷却介质之间的温差保持在某一规定范围。从上述专利得知的方法又由丹麦专利申请2989/88的方法而得到改进，从而使之特别（而非专门只）适用于从H2SO4蒸汽含量低的气体中冷凝硫酸。这些气体可以是来自燃烧废气和其他工业废气，并且其中的SO2已通过硫酸催化剂而氧化成SO3，然后与水蒸汽反应。冷凝是在许多管子内进行，在每条管的顶部有一个小的过滤器，过滤器引起的压力降一般为5-10毫巴，含有硫酸的气体向上方流动。并且与管外向下流动的气体冷却介质成逆流。使这种过滤器具有使酸的小液滴/酸雾分离（并且使硫酸通过该管向下流动并与气体成逆流）而使残余含量达上述约40毫克/标准立方米的能力的先决条件是冷却用空气进入和离开该冷凝器的温度TA1和TA2以及该气体离开管子和过滤器的温度T2分别满足以下条件：TA2＞Td-30-10α，℃（1）T2＜T2＊，℃（2）T2-TA1＜90℃（3）其中Td是通入管子的进料气体的硫酸露点;α是在假定SO3完全水合成为H2SO4的条件下该气体中H2SO4体积百分含量;T2＊是在管子顶部出口处，与该处通常的水蒸汽分压成平衡的H2SO4蒸汽压是约2×10-6巴时对应的温度（相应于约2ppm硫酸蒸汽;T2＊通常是在100和125℃之间）。在后文中“硫酸塔”是指如USP    4348373（丹麦专利145457）中所述的填料吸收塔，或是如上述一篇文献中所述的有许多管子的塔。-->但是，现已意外地发现，在相同操作条件下，酸雾中小液滴的可过滤性在很大程度上取决于在冷凝开始前气体中小颗粒的含量。这些小颗粒就成为核心，硫酸蒸汽围绕这些核心冷凝，就是所谓的成核核芯或成核种子。按更完全的解释，若是按本专利技术使含有要冷凝的硫酸蒸汽的气体中，在气体进入硫酸塔前所含固体颗粒数目是每0.1%硫酸蒸汽是每标准立方米109至1012个（计算时假设其中的SO3完全水合成为H2SO4），则从该硫酸塔排放到周围环境中的气体中酸雾的含量可以降低。这种方法具有通用性，既可以应用在以生产硫酸为主要目的的工业生产过程中，也可以应用在工业废气净化并以生产的硫酸（包括高浓度硫酸）为副产品的情况，例如发电站燃烧废气的净化。因此，按本专利技术的成核作用，可以在有填料的硫酸塔中与作为冷却介质的循环硫酸成逆流冷却条件下进行，换言之，或应用从丹麦专利145457（USP    4248373）已知的方法。实施本专利技术的方法也可使用基本上竖向的外冷式管中冷却含硫酸的气体混合物，在管内是气体混合物从底部向上流动，与管外气体冷却介质成逆流为优选，亦即按英国专利2117368的已知方法。本专利技术特别适用于与丹麦专利申请号2989/88的已知方法结合实施，因此有一种具优越性的实施方案，应用此方案的特征在于，当冷凝该硫酸蒸汽时，在冷凝后以液态高浓度硫酸向下流过该管子，所述H2SO4蒸汽是来自含有0.01-10%（体积）硫酸蒸汽（按前述假设计算）和0-50%（体积）水蒸汽的气体，该气体是以至低是在该管内压力和温度条件下的硫酸露点的温度由管底部进入，并在向上流动过程中被冷却，到达出口的温度是T2，T2是低于与管顶部出通常的水蒸汽分压成平衡的硫酸蒸汽压约为2×10-6巴的对应温度，管子外部由一种气体介质冷却，该介质与含硫酸气体基本上成逆流流动，从而所述气体介质从入口温度-->TA1为0-50℃加热至出口温度TA2并满足以下条件：TA2＞Td-30-10α，℃其中Td和α的定义如前。下面参照附图对本专利技术方法加以详述：图1是适于实施本专利技术方法的示意图，101是空气，102是油。图2是排出气体经过气溶胶过滤器后和加入不同量的固体颗粒后的酸雾含量曲线，103是过滤器后，104是来自油燃烧器的烟气%。图3是实验装置示意图，105是H2O蒸汽，106是过滤器，107是硫酸。图4是用于此装置的过滤器。图3和4与丹麦专利申请号2989/88的图2和3全同。用图1所示的装置可以方便地实施本专利技术方法，该装置是用于净化一个电站锅炉的燃烧废气，锅炉所烧的是含硫的煤或油。来自锅炉1的废气在空气预热器2中冷却，然后在最后废热锅炉3中冷却至约200℃，进入粉尘过滤器4，在此中利用袋式过滤器将废气中的飞灰及尘粒分离，含量降至20毫克/标准立方米，最好是低于5毫克/标准立方米。在各种袋式过滤器中，特别优选的是使用一种Teflon（聚四氟乙烯）膜片，它把较大颗粒全部留下，使得余下的粒径小于0.01微米。然后将此烟气在热交换器5中加热至约390℃，再在反应器中利用油燃烧直接加热至420℃，在此反应器中，气体中所含SO2的约96%转化为SO3，所用催化剂为用碱作助催化剂的钒催化剂。这种催化剂还有一项性能，就是能在操作中把气体中仍含有的粉尘捕集其95%左右，因为在催化剂表面被一层熔融的碱式焦硫酸盐所润湿。然后将含SO3的气体在热交换5中冷却至约250℃，从而使气体中大部分SO3水合成为H2SO4蒸汽，然后在硫酸冷凝器8（玻璃管塔）的竖向、空气冷却的玻璃管中冷凝成为液体硫酸，在此，气体被冷却至100℃，同时冷却用空气被加热，一般是从20-->℃加热至190℃。这些玻璃管的尺寸和操作条件与图所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制取硫酸的方法，该方法是将含有０．０１－１０％（体积）Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］蒸汽（按假设全部ＳＯ↓［３］均已水合计算）和０－５０％（体积）水蒸汽的混合气体在一种硫酸塔中直接或间接冷却，其特征在于该混合气体进入该硫酸塔之前，使该气体中每０．１％Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］蒸汽（按假设全部ＳＯ↓［３］均已水合成为ＨＳＯ计算）含有１０↑［９］－１０↑［１２］个固体颗粒。

【技术特征摘要】
DK 1988-6-9 3125/881、一种制取硫酸的方法，该方法是将含有0.01-10%(体积)H2SO4蒸汽(按假设全部SO3均已水合计算)和0-50%(体积)水蒸汽的混合气体在一种硫酸塔中直接或间接冷却，其特征在于该混合气体进入该硫酸塔之前，使该气体中每0.1%H2SO4蒸汽(按假设全部SO3均已水合成为HSO计算)含有109-1012个固体颗粒。2、权利要求1的方法，其特征在于该混合气体的冷却是在一种有填料的硫酸塔中进行，并且与作为冷却介质的循环硫酸成逆流方向。3、权利要求1的方法，其特征在于该混合气体的冷却是一种基本上竖向、外冷却的管中进行，在该管中，混合气体是从管底向上流动，与管外的冷却介质成逆流方向。4、权利要求3的方法，其特征在于使用气态冷却介质。5、权利要求3的方法，其特征在于当冷凝该硫酸蒸汽时，冷凝之后是以液态高浓度硫酸形式通过该管向下流，所述硫酸蒸汽是来自含有0.01-10%（体积）硫酸蒸汽（按权利要求1所作假设计算）和0-50%（体积）H2O蒸汽的进料气体，该进料气体是从管的底部通入，其温度至低为在该管内主要温度和压力条件下硫酸的露点，该进料气体在向上流动过程中被冷却，其出口温度为T2，T2温度是低于与在管子顶部正常的水蒸汽分压成平衡的硫酸蒸汽压是约2×10-6巴时的对应温度，管外有气态冷却介质流过，其流向基本上与该含硫酸气体成逆流，从而所述介质被加热，从入口温度TA1为0-50℃加热至出口温度TA2，TA2满足下式的条件：TA＞Td-30-10α，℃其中Td是通过管子的气体中硫酸的雾点，℃，α是硫酸蒸汽含量%（体积），是按假设气体中的SO3完全水合成为H2SO4计算而得。6、权利要求5的方法，其特征在于所使用的每条管子的顶部或管内靠近顶部以气密连接方式装设有分离气体中存在的硫酸小液滴的装置，所述小液滴从所述装置流回，并通过管子向下流。7、权利要求1-6中任一项的方法，其特征在于加入粒径小于1微米的固体颗粒。8、权利要求7的方法，其特征在于加入粒径为0.002-0.1微米的固体颗粒。9、权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于在向进料气体加入固体颗粒之前将气体原来含有的固体颗粒净化除掉。10、权利要求1-9中任一项的方法，其特征在于向含有SO2和过量于化学计量的H...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得绍拜，
申请(专利权)人：赫多特普索化工设备公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]