[发明专利]二氧化硫源向硫酸的液相转化

说明书

本发明领域

本发明涉及在液相中由二氧化硫源制备硫酸的方法。

本发明背景

浓硫酸是广泛用于工业的重要化学品，包括由重工业至精细化工制造业。硫酸主要是由两种不同的工业化生产过程制得的，它们通常是指铅室法和接触法。在这两种方法中，接触法更为先进。正如美国专利5,118,490中所公开，接触法工艺具有几个优点，该方法能够处理湿的二氧化硫气体，将其催化转化成三氧化硫气体。在水存在下，产生的SO₃生产成硫酸。湿的二氧化硫气体的一个来产生源于硫化氢的燃烧。

硫化氢及其它可能有害和/或有价值的成分(包括含气体的各种不同SO_x)可通过下列方法制得：熔炼金属，湿法冶炼矿石，在烤炉、炼焦炉、热电站中焙烧矿石，裂解原油，生产纸浆和纸以及炼钢，这里只是例举几个方法。在排放至大气之前必须从气流中至少除去H₂S，这是非常重要的。已有许多工艺研究在气流中处理存在的H₂S，例如英国专利1,376,830公开了通过水洗工艺从炼焦炉气体中去除硫化氢，其中水包括铵盐、硫酸铁、碱金属亚砷酸盐、碱金属砷酸盐或苏打以及硫化氢转化成元素硫的催化材料。然而，这种工艺产生了含硫化氢的配合物，该配合物必须依次进行处理。类似地，处理会导致具有美国专利5,118,490的催化转化工艺的问题，其中处理钒和/或铂催化剂是非常困难的。

硫化氢源转化成硫的另一个实例描述在申请人自己申请的公开国际专利申请WO94/07796中。该方法描述了通过液相反应将硫化氢转化成硫，所述液相包含硫酸和硝酸。

其它脱硫工艺包括描述在美国专利4,714,598中的那些方法。硫化氢与氧化铈反应，生成铯的氧硫化合物。氧化铈能够再生，从而再用于硫化氢的转化中。

加拿大专利1,103,412描述了回收硫化氢废气的方法，该废气是在纸浆漂白过程中产生的。一般来说，将硫化氢废气氧化生成SO₃，然后溶解在水溶液中，从而生成硫酸产品。然后将生成的硫酸返回到制造过程中，从而制得二氧化氯，接着将二氧化氯用于纸浆漂白过程中。

制备硫酸的优选方法是接触法，其中在气相中将SO₂氧化成SO₃，SO₃然后与水制得H₂SO₄。其它考虑的方法有些属于非常规，例如美国专利2,342,704描述了由二氧化硫生产硫酸水溶液，该方法经过气体吸收区、含硫酸锰和选自烷基萘磺酸及其碱金属盐的材料的吸收水溶液流。两种成分的量相对较少，并且其浓度为用于以最大转化率所生成硫酸水溶液所需的浓度。该方法是通过下述方式完成的：将含二氧化硫和氧气的气流在接触区中与吸收水溶液流紧密接触并与吸收水溶液流成逆流；从区域中抽取含高达大约40％重量硫酸的硫酸水溶液。这种低重量百分比的硫酸不那么有用，通常在主要工业应用中没有重新使用的价值。

美国专利3,042,489描述了用于生产高收率硫酸的非催化方法，该方法是在大约275℃至360℃温度下，在水分散液中将硫氧化成三氧化硫。反应是在压力容器中进行的，压力应足以维持部分水于液相中并从氧化产物中回收硫酸。这种收缩操作及这类压力容器的维护是非常昂贵的，这将会使得产物的售价变得更加昂贵。

美国专利1,180,253描述了发明人(Petersen)所相信的改进铅室法。该改进方法制得浓度大约为60％(重量)或12ml的硫酸。尽管该专利描述了更高浓度，但是本领域的技术人员知道，铅室法的热力学和动力学不能制得更高浓度的硫酸。Petrsen的方法是在气相中进行的，SO₂气相与含硫酸和硝酸的薄膜液相相接触，SO₂在薄膜液体和穿过填充塔的大量气相的界面上转化成H₂SO₄。Petersen对铅室法的贡献在于通过提供很小的塔填料，使得该铅室法中的壁的表面积增加。随着薄膜液体的表面积增加，与气相接触的界面也增加，从而增加了SO₂向H₂SO₄的转化。