[发明专利]硫酸生产方法及设备

说明书

本发明涉及一种在基本上竖向耐酸材料（通常用玻璃）的管中制取硫酸同时冷凝硫酸蒸汽的方法。其目的是保证将硫酸小液滴（酸雾）捕集在一个特殊过滤器中。冷凝的硫酸沿该管向下流，并于靠近其底端处收集。本发明还涉及用于此方法的一种设备。

本方法特别适用于从焙烧过程和锅炉及电站的烟气中除掉二氧化硫，从而以浓硫酸形式从气体中回收二氧化硫，也适用于从含各种氧化硫不超过10%的气体生产硫酸。

在原理上属于此种一般类型的从烟气中脱硫并同时除去NO_x的装置在以下文献中有所描述：P.Schoubye，Dansk Kemi（danish Chemistry），11，1985，327-330;P.Schoubye等，“Processing and Utilization of High Sulfur Coals Ⅱ”，Chugh等（ed.），Elsevier 1987;USP-A-924，621。

一般情况下，这些管子的内径为25-60毫米，有效冷却长度是内径的120-150倍。管子的数目取决于该装置的规模。对于容量为300兆瓦的电站而言，管数目的数量级为60000。

长期以来人所熟知，在空气中和在含有水汽（水蒸汽）的空气中使硫酸蒸汽冷凝，形成硫酸雾，也就是硫酸微细液滴的气溶胶。在USP2017676中提出，通过在竖向细陶瓷管中冷却含SO₃、H₂SO₄蒸汽和H₂O的气体来制止生成酸雾，陶瓷管外围绕一层砂，其作用是延迟该气体的冷却，其外再围绕一个外层金属管;优选的冷却介质是水，水和金属的外表面接触。采用这种方式只可以得到低浓度的硫酸，并且从管顶逸出的气体中所含酸雾量要超过现行环境保护要求的标准。

在丹麦专利145，457（相应于USP4348373）中披露了从含SO₃和过量H₂O的气体制取的浓硫酸的方法。将该气体冷却并在含有填充物的吸收塔中以两段法将硫酸冷凝并浓缩。在其最低一段，进料气体通入并向上流，与已冷凝的酸成逆流流动，从而使该硫酸的浓度提高。在其后的一段中硫酸的蒸汽被通过含有填充物那一层再循环的硫酸所吸收。通过对该再循环酸离开塔的温度进行特别调节，使硫酸雾的含量保持在低水平。按照此发明，用吸收段后面所设置的气溶胶过滤器来除掉余下的酸雾。该过滤器是一种“低速度”过滤器，其线速度是低于1米/秒，压力降约为20-30毫巴。

在丹麦专利申请1361/82（相当于英国专利2117368）中，披露了在该专利所述的一种硫酸塔中制备硫酸的方法。该塔的构造似一个管式热交换器，有两个水平向花板和一个竖向管束，由耐酸的管子伸入位于下部花板之下的进料室。

这项已知方法与本发明相似，可参照附图1来说明，这图代表此技术领域的现有技术水平。

在各附图中：

图1是实施英国专利2117368所披露方法的设备示意图。

图2是实施按本发明方法的实验所用的实验装置示意图。

图3和图4是按本发明方法所用气溶胶过滤器的两种不同实施方案。

图5是气体中分别含1ppm和2ppm硫酸蒸汽时的硫酸露点与该气体中水蒸汽含量的函数关系。

从英国专利2117368（见图1）的方法可知，一个240-330℃的热气流，其中含不超过10%（体积）SO₃和50%H₂O（体积）并且（H₂O%（体积）/SO₃%（体积））＞1，从室2向上流动通过耐酸管7，管7外部用空气冷却，冷却的方式是使硫酸冷凝成为沿管内壁向下流的液膜。冷却用空气通过此设备时是与管内的含硫酸气体呈逆流方式，亦即在12处通入冷却用空气，然后从顶部向下方向逐段逆流通过各个段，各段是由水平向挡板9所分开。为了不使离开管子的气体中生成大量酸雾，要使离开塔的冷却用空气温度（TA₂）满足下列条件。

TA₂＞125+6α+β+0.2（T₁-T_d）℃ （4）

其中α是浓度，即在送入塔内的气体中SO₃+H₂SO₄蒸汽的浓度，%（体积）;β也是浓度，即在同一进塔气体中水蒸汽的浓度，%（体积）;T₁是同一进塔气体的温度，℃;T_d是同一进塔气体中硫酸蒸汽的露点，℃。