[发明专利]用于增大硫酸浓度的工艺和在该工艺中使用的设备

说明书

硫酸再循环回路和独立的硫酸浓缩器，包括：可选的硫酸冷凝器塔；浓缩器塔；空气提升泵，具有液体入口、气体入口、和出口，液体入口被供给来自浓缩器塔下游的硫酸储液器的出口的热浓硫酸，气体入口被供给密度低于热浓硫酸的载流体，硫酸储液器位于浓缩器塔下方和空气提升泵的载流体入口上方；下导管，从硫酸储液器向下通向空气提升泵的液体入口；以及上导管，从空气提升泵出口向上通向浓缩器塔的入口管，入口管具有入口和出口以及比上导管大的直径，且入口管被构造为允许液体从入口流到出口，并被构造为至少部分地分离再循环的硫酸和载流体，且将两种流体引导至浓缩器塔的入口，相关的益处是在系统中提供高浓度的酸而不移动与硫酸接触的部件。

技术领域

本发明涉及一种用于增大已浓缩硫酸的浓度的工艺以及一种在该工艺中使用的设备。这种浓度的增大对于含硫烟气和废气的净化是有用的，其中硫作为三氧化硫存在并作为硫酸被去除，该硫酸是通过三氧化硫/含水气体的冷凝形成的。该工艺被称为湿气体硫酸(WSA)工艺。

背景技术

硫酸(H₂SO₄)是重要的商品化学品，其产量超过200百万吨/年。其主要用于肥料生产，但也用于例如颜料制造、电池制造、冶金工业和精炼工业中。

硫酸的许多应用需要至少93wt％H₂SO₄的酸浓度，其中剩余的7wt％是水。

关于储存、运输和销售价值，98wt％的浓度是买方和/或货运公司所期望的或甚至要求的。这意味着在硫酸装置中对生产具有较高酸浓度的硫酸的需求已经增大。

在所谓的湿气体硫酸装置(其中工艺气体还包含水)中，通常难以获得98wt％的产物酸浓度。这是由于硫酸的强吸湿性质并且在约98.6wt％H₂SO₄时存在共沸物。

在增大硫酸浓度的尝试中，已经开发出所谓的独立硫酸浓缩装置。

在许多增大硫酸浓度的工艺中，冷的稀硫酸被供给到装置，在那里被间接加热到非常接近硫酸沸点的温度。进行蒸馏工艺，即，系统仅为H₂SO₄和H₂O。为了达到高于98.0wt％的酸浓度，需要多于一个蒸馏步骤，并且至少最后的蒸馏步骤在真空下操作以降低硫酸的沸腾温度。所谓的Plinke工艺是最广泛使用的独立硫酸浓缩技术的一个示例。

存在一些直接燃烧的H₂SO₄浓缩装置，其中稀硫酸与来自某种燃料燃烧的热(上至600℃)工艺气体接触。这些装置的缺点是产生大量具有高浓度硫酸蒸气的工艺气体，并且硫酸产物浓度很少超过93wt％。浸没式燃烧工艺和化学直接燃烧鼓式浓缩器是这种技术的示例。

可用于增大来自湿气体硫酸装置的硫酸产物浓度的另一种解决方案是在硫酸装置的设计中包括所谓的集成硫酸浓缩器(ISAC)。ISAC可以安装在硫酸冷凝器的液体出口处，其中硫酸通过直接或间接冷却包含硫酸和水蒸气的工艺气体而从气相中冷凝。

“集成”意指ISAC的液体入口与硫酸冷凝器的液体出口直接流体连通，并且离开ISAC塔的热空气与硫酸冷凝器的气体入口接触。

在ISAC中，来自硫酸冷凝器的热的已浓缩硫酸与热的干燥空气在浓缩器塔中接触，该热干燥空气与硫酸逆向流动，从而迫使水和少量硫酸从硫酸中蒸发，从而增大了ISAC出口处的硫酸浓度。干燥空气在ISAC的顶部处离开，并在硫酸冷凝器的底部处进入，在那里硫酸蒸气冷凝，同时硫酸返回到ISAC的顶部。该工艺在专利文献EP0844211和US2011/0311433中进一步详细描述。

然而，虽然简洁，但ISAC装置不能总是将硫酸浓度增大到98wt％的期望水平。根据专利文献US2011/0311433，如果进入ISAC顶部的硫酸浓度为93.0wt％，则出口处的浓度为上至96.3wt％。硫酸浓缩能力受到浓缩器必须润湿的要求的限制，这限制了作为进入ISAC的硫酸流量的函数的热干燥空气的允许流量。