持续移热二氧化硫转化工艺

摘要

持续移热二氧化硫转化工艺，适用于硫酸制取行业，来自鼓风机的含有高浓度SO2烟气先通过一次转化换热器，加热到触媒起燃温度后，进入转化器一段反应层，通过调节冷却风机的风量来控制转化器内反应温度，一次转化完成的烟气通过一次转化换热器加热一次来气后进入第一吸收塔，SO3被吸收完后，烟气再进入二次转化换热器，加热至触媒起燃温度后进入转化器二段反应层，同样通过调节冷却风机的风量来控制转化器内反应温度，二次转化完成的气通过二次转化换热器加热二次来气后，进入第二吸收塔吸收完SO3后排空，该工艺解决了高浓度烟气转化技术中的温度控制瓶颈，使触媒及设备用钢材都在一个可以承受的较低温度下运行，且转化率可达99.85％以上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种持续移热二氧化硫转化工艺，主要适用于硫酸制取行业，尤其是利 用有色金属冶炼产生高浓度二氧化硫烟气制酸行业。

背景技术

有色冶炼企业火法冶炼诸如铜、镍、铅、锌等原料多为硫化矿，其冶炼后尾气传统 处理方法是将其净化除尘后通过氧化制取硫酸。随着冶炼技术的进步，冶炼企业普遍采 用了富氧或工业空气的连续冶炼工艺，因此产生了高浓度SO2的烟气，这对烟气制酸装 置提出了更高的要求。如按现有制酸工艺，需将冶炼烟气稀释到SO2浓度为12％左右， 这就会使制酸装置的尺寸增大3～5倍，相应的制酸装置的建设投资及运行费用都会大幅 度增加。如果不将烟气浓度稀释，含SO230％～60％的烟气进入转化系统，需要有足够的 氧气含量，同时要求反应载体(触媒及转化器)能承受很高的温度。足够的氧气含量可 以通过补入空气或氧气来实现，而氧化反应所放出的热量却无法控制，因为如果烟气中 SO2浓度超过12％，转化器一层出口温度就会超过640℃。一般情况下，用来进行SO2 氧化反应的催化剂的热稳定上限为630℃，用来制作转化器的常用材料，碳钢及304不锈 钢等也不能在600℃以上长期运行，因此温度控制也是高浓度烟气转化技术的难点与瓶 颈。

基于2SO2+O2＝2SO3为一可逆放热反应的原理，为了得到更高的转化率就需要使该 反应尽量向正反应方向进行，即通过降低反应温度来达到。正常的硫酸系统操作中降低 反应温度实现起来难度较大，主要由于该反应是放热反应，反应的转化率越高，放出的 反应热也就越大，这就给降低反应温度带来难度。目前的转化工艺是通过设置换热器来 实现将每段反应后的温度降低到适宜温度后再进行一个反应段，但是当SO2浓度超过 12％甚至更高时，一段的温度是无法控制在一个较低的范围内的，这时就会导致一段反 应热过大，使反应气体的温度超过640℃这个触媒及钢材都无法承受的极限温度。

发明内容

本发明解决了高浓度SO2烟气转化过程中热量过多难以移出的难题，提供了一种理 论先进、结构简单、加工难度小、工艺操作简单、工程建设投资少的持续移热二氧化硫 转化工艺。主要创新在于大大简化了硫酸生产的工艺流程，整个系统只需两台换热器、 一台转化器及辅助的空气风机即可使整个转化系统正常运行，且控制简单。

具体是这样实施的：持续移热二氧化硫转化工艺，其特征在于步骤为：

1)来自二氧化硫鼓风机的烟气进入一次转化换热器的壳程，加热到触煤起燃温度(420 ±10℃)后，进入转化器的一段反应层；

2)步骤1)中的烟气在转化器的一段反应层内进行氧化反应，一段反应层的触煤层里设 置有内移热管，内移热管中通入冷空气或冷水或低压蒸汽，氧化反应产生的热量被内移 热管中的冷空气或冷水或低压蒸汽移走，通过调节冷却风机的流量，控制转化器的温度 为520±10℃；

3)含有大量SO3的烟气从转化器的一段反应层出来进入一次转化换热器的管程，与来 自二氧化硫鼓风机的烟气换热，一段反应层的烟气温度降为150±10℃出管程进入一次吸 收塔；

4)经一次吸收塔除去SO3后的烟气进入二次转化换热器的壳程，加热到触煤起燃温度 (420±10℃)后，进入转化器的二段反应层；

5)步骤4)中的烟气在转化器的二段反应层内进行氧化反应，二段反应层的触煤层里也 设置有内移热管，内移热管中通入冷空气或冷水或低压蒸汽，氧化反应产生的热量被内 移热管中的冷空气或冷水或低压蒸汽移走，通过调节冷却风机的流量，控制转化器的温 度为450±10℃，既能满足系统热平衡，又能确保较高的转化率；

6)含有大量SO3的烟气从转化器的二段反应层出来进入二次转化换热器的管程，与来 自一次吸收塔的烟气进行换热，二段反应层的烟气温度降为150±10℃出管程进入二次吸 收塔，吸收完SO3后，直接排空；

7)一段、二优反应层里内换热管中的冷空气、冷水或低压蒸汽吸收热量后，通过省煤器、 锅炉或者过热器回收热量。

本发明的工艺是一种理论先进、可操作性强、工程建设投资少、工艺操作简单的高 浓度二氧化硫转化工艺，解决了高浓度烟气转化技术中的温度控制瓶颈，使触媒及设备 用钢材都在一个可以承受的较低温度下运行，且转化率可达99.85％以上，工艺中的热能 利用比较简单易行的方法进行回收，这种热回收方式确保了设备不被腐蚀。

附图说明

图1为该发明的工艺流程图

具体实施方式

持续移热二氧化硫转化工艺，步骤为：

1)来自二氧化硫鼓风机的烟气经转化前的管线7进入一次转化换热器1的壳程，加热到 触煤起燃温度(420±10℃)后，进入转化器3的一段反应层；

2)步骤1)中的烟气在转化器3的一段反应层内进行氧化反应，一段反应层的触煤层里 设置有内移热管6，内移热管6中通入冷空气或冷水或低压蒸汽，氧化反应产生的热量被 内移热管6中的冷空气或冷水或低压蒸汽移走，通过调节冷却风机2的流量，控制转化 器3的温度为520±10℃；

3)含有大量SO₃的烟气从转化器3的一段反应层出来进入一次转化换热器1的管程，与 来自二氧化硫鼓风机的烟气换热，一段反应层的烟气温度降为150±10℃出管程后由转化 后管线8进入一次吸收塔；

4)经一次吸收塔除去SO₃后的烟气进入二次转化换热器5的壳程，加热到触煤起燃温度 (420±10℃)后，进入转化器3的二段反应层；

5)步骤4)中的烟气在转化器3的二段反应层内进行氧化反应，二段反应层的触煤层里 也设置有内移热管6，内移热管6中通入冷空气或冷水或低压蒸汽，氧化反应产生的热量 被内移热管6中的冷空气或冷水或低压蒸汽移走，通过调节冷却风机2的流量，控制转 化器的温度为450±10℃；

6)含有大量SO₃的烟气从转化器3的二段反应层出来进入二次转化换热器5的管程，与 来自一次吸收塔的烟气进行换热，二段反应层的烟气温度降为150±10℃出管程进入二次 吸收塔，吸收完SO₃后，直接排空；

7)一段、二优反应层里内换热管6中的冷空气、冷水或低压蒸汽吸收热量后，通过省煤 器、锅炉或者过热器4生产热水、蒸汽或高温蒸汽，达到热量的有效回收利用。