[发明专利]用于减少硫酸生产中硫氧化物的启动排放的方法和装置设计

说明书

本发明涉及一种用于减少硫酸生产中SO₂、SO₃和H₂SO₄的启动排放的方法和硫酸装置设计，其中SO₂在n个连续催化剂床中转化成SO₃，其中n是大于1的整数。最后的催化剂床在启动工序期间用作SO₂和SO₃的吸收剂，并且在之前的停机期间，第一床下游的m个床中的一个或多个床单独或同时用热气体进行吹扫，其中m是大于1的整数且mn。此外，在最后的床上使用一个单独的热气体吹扫。

本发明涉及一种用于减少硫酸生产中硫氧化物，即SO₂、SO₃和H₂SO₄的启动排放的方法和装置设计。

硫酸装置基本上可产生三种有害的(因此是受管制的)气体排放物：二氧化硫(SO₂)、三氧化硫(SO₃)和硫酸(H₂SO₄)。SO₃和H₂SO₄以微米或亚微米大小的硫酸雾的形式排放，因为SO₃与环境空气或工艺气体中存在的水蒸气迅速反应以生成H₂SO₄。虽然基本上所有的硫酸装置在连续操作期间都有排放限制，但对于装置启动期间的法规要求差别很大。这些启动排放物正在受到监管部门和硫酸生产商的更多关注。

在装置启动期间，催化硫酸转化器中的催化剂处于从较冷温度向常规最佳操作条件的过渡状态。当SO₂首先通过催化剂时，SO₂排放可能增加到1000ppm以上并持续几分钟，直到建立常规的温度曲线。同样在启动期间，由于吸收塔中的硫酸加热至正常的最佳操作温度，SO₃吸收效率较低，并且从装置烟囱中可以看到持续的酸性烟羽(plume)，直到酸的温度足够高。

本领域已知的用于减少启动期间的SO₂和H₂SO₄排放的不同策略包括催化剂选择、催化剂吹扫和预热、催化剂床的同时预热、硫酸预热、酸性气溶胶去除和硫氧化物洗涤。这些策略是例如描述于以下文献或至少在以下文献中提及：WO 2012/068336 A1、WO 2005/105666 A1、US 7.820.134 B2、WO 2009/065485 A1、US 2010/0015035 A1、DE 102 49 782、US 2008/0056971 A1、US 5.344.614 B2和WO 2015/058804 A1。

对于硫酸装置启动期间的排放的关注的日益增加需要更好地理解控制SO₂和酸雾排放的装置的动力学和现象。通常，通过为装置建立稳态热量和质量平衡来设计硫酸装置，并基于单个单元操作的稳态模型来确定设备和催化剂的体积。然而，在启动、停机和入口进料改变期间，稳态模型可能不足以设计和预测装置性能，因此需要进行瞬态建模。

在现代化的硫酸装置中，如果装置设计和维护得当，在稳定操作期间可以实现极低的SO₂和H₂SO₄排放。SO₂的最小排放量主要由催化硫酸转化器决定，并且它受SO₂氧化反应(1)的平衡、床入口温度、气体分布以及转化床中催化剂的量和活性的影响。

SO₂+1/2O₂-SO₃+热量 (1)