硫酸生产中制酸低温位热能回收方法

摘要

本发明公开的硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，由螺杆膨胀发电机组、循环泵和脱盐水加热器组成的热能回收装置；将从制酸工序吸收塔出塔的高温循环酸引入脱盐水加热器，经过热交换，循环酸被降温后回到系统进行循环吸收，所放出的热量被除氧脱盐水带出，除氧脱盐水被加热后进入工质加热器，放热后通过管道泵循环换热，低沸点工质与脱盐水采用间接换热，或直接用低沸点工质与硫酸间接换热，工质被加热后蒸发、升压，然后通过螺杆膨胀动力机实现发电或直接拖动其它设备，工质继续循环，回收循环酸的低温位热能。本发明可节省循环冷却水动力消耗和减少循环水补水量，回收热能，适用于以硫磺或硫铁矿为原料的硫酸生产企业。

说明书

技术领域

本发明涉及硫酸，具体来说涉及硫酸生产过程中制酸工序低温位热能回收方法。

背景技术

硫酸生产过程中，制酸工段低温位热能绝大部分装置采用循环冷却水将其带走，此热量约占硫酸生产过程中总发热量的30％，如此不仅消耗大量的循环水及相应的动力，而且造成了低温位热能的损失。

为回收利用此热量，国内外科研工作者不断尝试各种有效途径，至目前为止，较为成熟的制酸低温位热能回收工艺为美国孟山都公司开发的“HRS”系统，该系统可回收制酸低温位热能后产生0.4～1.0MPa的低压饱和蒸汽，硫磺制酸装置产汽率约0.4～0.6t/t酸，硫铁矿制酸装置产汽率约0.2～0.35t/t酸。但该系统具有如下缺点：

1)投资巨大；400kt/a硫磺制酸装置改造需5000万元左右；

2)操作控制范围太窄；该装置要求制酸酸浓控制在99％～100％之间进行操作，否则将产生剧烈腐蚀，而目前国内硫酸生产中装置负荷频繁，难以达到如此之高的控制水平；

3)老系统改造需额外增加4kPa左右阻力损失，受到原装置二氧化硫主风机压头限制，多数硫酸厂难以实施改造；

4)应用推广极为缓慢，此技术为上世纪80年代左右出现的，至今国内仅有苏州一个硫磺制酸装置引用了这一技术并达到稳定运行外，其余尚无相关运用报道。

发明内容

本发明的目的在于提供硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，以解决硫酸生产过程中制酸工序低温位热能很难回收的问题。

这个问题是在硫酸生产时，制酸工段干燥塔、第一吸收塔、第二吸收塔都要用酸进行循环，循环酸带出大量的反应热、气体降温释放热、稀释热、混合热等，出塔酸温分别为70℃、104℃、86℃。为了提高干燥率和吸收率，必须分别将循环酸温降至50℃、80℃、70℃后入塔进行干燥和吸收。既要使循环酸冷却降温，又要尽可能回收大量的低温位热能。

为此，发明人针对在硫酸生产时，制酸工段干燥塔、第一吸收塔、第二吸收塔循环酸热量的回收提供了以下技术方案：

本发明的硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，是由螺杆膨胀动力机组4，循环用的管道泵6和脱盐水加热器1通过管道连接组成热能回收装置；其中脱盐水加热器1通过管道连接螺杆膨胀动力机组中的工质加热器8和循环用的管道泵6连接成一个回路，将从制酸工序吸收塔出塔的高温循环酸引入脱盐水加热器，经过热交换，循环酸浓硫酸7通过脱盐水加热器1的管间，除氧脱盐水2走管内，浓硫酸7被降温后回到系统进行循环吸收，所放出的热量被除氧脱盐水带出；除氧脱盐水被加热后进入螺杆膨胀动力机组的循环工质加热器8，放热后通过管道泵循环，实现循环换热；低沸点工质与脱盐水采用间接换热，或直接用低沸点工质与硫酸间接换热，低沸点工质被加热后蒸发、升压，然后通过螺杆膨胀动力机实现发电或直接拖动其它原动力设备，工质继续循环，从而达到对制酸低温位热能有效的回收。

上述硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，其中螺杆膨胀动力机组包括工质加热器、工质冷凝器、螺杆膨胀动力机、发电机及电仪控制系统。

上述硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，其中的高温循环酸的温度为104℃±8℃，循环酸被降温后的温度为85℃±8℃。

上述硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，其中的除氧脱盐水被加热后的温度为80℃±8℃。

上述硫酸生产中制酸低温位热能回收方法，其中低沸点工质是氨水，或是二甲谜。

说明：①目前，因干燥塔出塔循环酸温度稍低，暂不考虑其循环酸热量的回收；②考虑到泄漏时产生的隐患和材质选择的难度，鉴于目前的设备水平，暂不考虑直接用低沸点工质与硫酸间接换热；③螺杆膨胀动力机组可以从市场购置，只需按照设计的技术路线及工艺流程进行配管。

使用本发明的热能回收装置，应按以下要点进行操作：

1)补充除氧脱盐水直至灌满脱盐水加热器及管路

2)启动脱盐水管道泵建正常循环，等待硫酸装置投料开车。

3)硫酸装置开车后当脱盐水加热器进口浓硫酸温度上升至80℃后，启动工质泵开始工质循环工作，之后系统转入正常运行。

本发明方法具有下列优点，(1)有效回收硫酸生产过程中制酸工段低温位热能，同时节省循环冷却水动力消耗和减少循环水补水量，节能意义重大；

(2)本发明非常便于原有的硫酸装置节能改造，几乎对原装置不作大的改动，仅增加部分设备，不影响原装置的主要操作控制；

(3)所选用的螺杆膨胀发电机组可靠性极高。

本发明适用于以硫磺或硫铁矿为原料的硫酸生产企业，既可用于新装置的建设，也可用于老装置的技术改造。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图中，1.脱盐水加热器，2.除氧脱盐水，3.循环工质(氨水或二甲谜等低沸点工质)，4.螺杆膨胀动力机组，5.工质冷凝器，6.管道泵，7.浓硫酸，8.工质加热器，9.发电机。

具体实施方式

实施例1

瓮福(集团)公司硫酸厂装置的全套双循环螺杆膨胀动力机组，包括一台脱盐水加热器1、一套螺杆膨胀动力机组4及相关电仪控制系统、工质冷凝器5、一台管道泵6组成热能回收装置。将从制酸工序吸收塔出塔的温度为104℃的循环酸引入脱盐水加热器1，经过热交换，循环酸被降温至85℃后回到系统进行循环吸收，所放出的热量被除氧脱盐水带出；除氧脱盐水被加热至80℃后进入螺杆膨胀发电机组4，放热后通过管道循环泵6循环，实现循环换热；低沸点工质与脱盐水间接换热；低沸点工质被加热后蒸发、升压，然后通过螺杆膨胀动力机组4，带动发电机9实现发电，工质继续循环，从而有效回收循环酸的低温位热能。相关技术参数如下：

螺杆机进口压力：1.36MPa(绝)；

螺杆机进口温度：57℃；

螺杆机进口流量：840t/h；

干度：0.089；

螺杆机出口压力：0.83MPa(绝)；

螺杆机出口温度：37℃；

装机发电功率：700kW；

额定发电功率：650kW；

净发电功率：310kW(因自耗电功率：工质泵功率270kW，循环冷却水泵功率70kW)。

所取得的经济效益如下：

装机发电功率(kW)700kW；

净发电功率(kW)310kW；

年发电量(8000h/a)248万度；

年发电效益(0.50元/kW.h)124万元；

减少循环水泵功率(kW)384度/小时；

年节电量(8000h/a)307万度；

年节电效益(0.50元/kW.h)153.5万元；

年总收益277.5万元。