硫酸的制备方法.pdf

本发明提供一种硫酸的制备方法，可有效提高反应速度和效率、热量回收率，增加装置产能，减小设备体积。所述硫酸的制备方法包括以下步骤：(1)原料矿与含氧气的原料气体混合，沸腾燃烧，得到含二氧化硫和氧气的中间气体，(2)中间气体干燥，(3)二氧化硫转化，步骤(1)中，原料气体中的氧气浓度为25％～50％(体积)。原料气体由空气和氧气混合。作为本发明的改进，在步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气浓度为10％～25％。本发明是硫酸生产过程制酸工艺的改进，其特点是能够提高同等规模硫酸装置的生产能力，降低生产中的动力消耗，并可最大限度地利用工艺过程产生的热。本发明可用于新厂建设，也可用于老厂改造。

1.  一种硫酸的制备方法，包括以下步骤：(1)原料矿与含氧气的原料气体混合，沸腾燃烧，得到含二氧化硫和氧气的中间气体，(2)中间气体干燥，(3)二氧化硫转化，其特征在于步骤(1)中，原料气体中的氧气体积浓度为25％～50％。

2.  如权利要求1所述的硫酸的制备方法，其特征在于步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气体积浓度为10％～25％。

3.  如权利要求2所述的硫酸的制备方法，其特征在于步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气与二氧化硫的体积比为0.8:1～2:1。

4.  如权利要求3所述的硫酸的制备方法，其特征在于步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气与二氧化硫的体积比为0.8:1～1.5:1。

5.  如权利要求4所述的硫酸的制备方法，其特征在于步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气与二氧化硫的体积比为1:1～1.2:1。

6.  如权利要求3所述的硫酸的制备方法，其特征在于补充的氧气由空分制氧机、变压吸附制氧装置或膜法制氧装置制得。

7.  如权利要求1-6中任一项所述的硫酸的制备方法，其特征在于原料气体由空气和氧气混合制得。

8.  如权利要求7所述的硫酸的制备方法，其特征在于所述氧气由空分制氧机、变压吸附制氧装置或膜法制氧装置制得。

9.  如权利要求1-6中任一项所述的硫酸的制备方法，其特征在于所述原料矿为硫铁矿、锌精矿、金精矿或硫磺。

硫酸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硫酸的制备方法。
背景技术
现有硫酸的生产工艺包括以下步骤：(1)原料矿与原料气体混合，沸腾燃烧，(2)中间气体干燥和(3)二氧化硫转化，其中原料矿的沸腾燃烧和干燥前补充气体都使用空气。在这种工艺中，由于空气中大部分为氮气，少部分为氧气，在硫酸工艺中只有氧气参加反应而氮气不参加反应，大量氮气的存在造成反应效率低，中间气体中的二氧化硫浓度小，设备庞大，热量回收率低等问题。如现在的硫铁矿制酸，沸腾炉采用普通空气进行焙烧，由于空气中氧含量相对较低，出沸腾炉二氧化硫浓度为10％～14％，进转化器二氧化硫浓度为6％～9％；再如现在的锌精矿制酸，出沸腾炉二氧化硫浓度为9％～12％，进转化器二氧化硫浓度为6％～7％。较低的二氧化硫浓度使得生产设备庞大，造成运行费用高等问题。
发明内容
本发明提供一种硫酸的制备方法，可有效提高反应速度和效率、热量回收率，增加装置产能，减小设备体积。
所述硫酸的制备方法包括以下步骤：(1)原料矿与含氧气的原料气体混合，沸腾燃烧，得到含二氧化硫和氧气的中间气体，(2)中间气体干燥，(3)二氧化硫转化，步骤(1)中，原料气体中的氧气体积浓度为25％～50％。
原料气体由空气和氧气混合。其中氧气由空分制氧机、变压吸附制氧装置或膜法制氧装置制得。
所述原料矿为硫铁矿、锌精矿、金精矿或硫磺。
作为本发明的改进，在步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气体积浓度为10％～25％。作为更进一步的改进，控制中间气体中氧气与二氧化硫的体积比为0.8:1～2:1，优选为0.8:1～1.5:1，更优选为1:1～1.2:1。其中氧气由空分制氧机、变压吸附制氧装置或膜法制氧装置制得。
在本发明中，氧气浓度的控制十分重要。如果氧气浓度过低，相应的炉气量就会增加，反应效率降低，并造成设备体积庞大，装置投资提高；如果氧气浓度过高，会造成催化转化的温度过高，而转化反应中使用的矾催化剂有一定温度限制，温度过高会损害催化剂。
本发明原理为：各种原料矿在沸腾炉内主要的反应有
4FeS₂+11O₂＝8SO₂+2Fe₂O₃
3FeS₂+8O₂＝6SO₂+Fe₃O₄
4Fe₇S₈+53O₂＝32SO₂+14Fe₂O₃
3Fe₇S₈+38O₂＝24SO₂+7Fe₂O₃
2ZnS+3O₂＝2ZnO+2SO₂
S+O₂＝SO₂
在转化器内主要的反应有
2SO₂+O₂＝2SO₃
以上反应均为放热反应，通过提高反应物氧气的浓度，可以提高反应速率和效率。
本发明的具体工艺过程为：制氧设备中产生的氧气在炉底空气鼓风机前与空气混合成为原料气体，其中氧气浓度达到25％～50％，然后原料气体进入沸腾燃烧炉，氧气与原料矿进行反应，产生出二氧化硫气体，反应同时释放出热量，出沸腾炉二氧化硫浓度15％～30％。出沸腾炉的气体经过余热锅炉回收热能、除尘设备除尘、进入净化工序，在进入干燥塔前再补充高浓度氧气，使中间气体中的氧气浓度达到10％～25％，同时使氧气与二氧化硫的体积比为0.8:1～2:1，然后去转化器进行二氧化硫转化。
本发明的优点在于：a、采用高浓度氧气进行沸腾燃烧，提高了反应速率和效率。b、由于提高了反应气体中的氧气浓度，炉气中二氧化硫浓度提高，氮气比例降低，同等硫酸产量装置设备体积减少。c、由于氮气比例降低，余热锅炉气体带出热减少，热能回收率提高。d、由于SO3催化转化反应在较高温度下进行，工艺过程中产生的热可以得到充分利用，转化工段可设置过热器和省煤器，可以回收比现有流程更多的热量。e、由于气体总体积的减少，降低了系统阻力，并减少动力消耗。
本发明是硫酸生产过程制酸工艺的改进，其特点是能够提高同等规模硫酸装置的生产能力，降低生产中的动力消耗，并可最大限度地利用工艺过程产生的热。本发明可用于新厂建设，也可用于老厂改造。
随着制氧技术的发展，制氧的能耗和投资都在下降，这为高浓度氧气在工业生产更广泛应用提供了条件，本发明通过增氧提高的热回收效率，完全可以抵消在制氧上的能耗，为这项技术实现工业化应用提供了保证。
具体实施方式
实施例1
一套磁硫铁矿制酸生产装置，原硫酸产量为60kt/a，通过采用本发明，硫酸产量提高到100kt/a。
改造的具体内容为：采用变压吸附制氧装置，制氧量为2000Nm³/h。制氧设备中产生的氧气在炉底空气鼓风机前与空气混合成原料气体，其中氧气体积浓度25～35％，然后原料气体进入沸腾炉，其中的氧气与硫铁矿进行反应，生成二氧化硫气体，出沸腾炉的中间气体中，二氧化硫体积浓度约为18％。出沸腾炉的中间气体经过余热锅炉回收热能、除尘设备除尘、进入净化工序，在进入干燥塔前再补充原料气体，使中间气体中的氧气体积浓度约为18％，二氧化硫体积浓度约为15％，氧气与二氧化硫的体积比为1.2:1，然后去转化器将二氧化硫转化为三氧化硫，再经过吸收工序成为产品硫酸。
在此实施例中，由于采用本发明所述硫酸的制备方法，蒸汽回收量由原来的1.0吨/吨酸增加到1.吨/吨酸，产生的蒸汽用于发电，相应的发电量由原来的200度/吨酸增加到260度/吨酸，如果扣除制氧每吨酸增加耗电50度，每生产1吨酸还有10度电的富余。综合在装置改造方面投入的降低，可以取得明显的经济效益。
实施例2
一套锌精矿制酸生产装置，采用硫酸化焙烧，生产氧化锌焙砂。通过采用本发明，硫酸产量由原来50kt/a提高到75kt/a，同时氧化锌焙砂质量提高。
改造的具体内容为：采用变压吸附制氧，制氧量为1500Nm³/a。制氧设备中产生的氧气在炉底空气鼓风机前与空气混合成原料气体，其中氧气体积浓度26～36％，然后原料气体进入沸腾炉，其中的氧气与原料矿进行反应，生成二氧化硫气体，出沸腾炉的中间气体中，二氧化硫体积浓度由原来的约9.5％提高到约15％。出沸腾炉的气体经过余热锅炉回收热能、除尘设备除尘、进入净化工序，在进入干燥塔前再补充高浓度氧气，使氧气体积浓度约为13.8％，二氧化硫体积浓度约为12％，氧气与二氧化硫的体积比为1.15:1，然后去转化器将二氧化硫转化为三氧化硫，再经过吸收工序成为产品硫酸。
实施例3
—套硫铁矿制酸生产装置，采用本发明，硫酸产量为100kt/a，如果用传统工艺需要投资5800万元，改用本发明，设备体积大大减小，节省了土建和设备费用，减少了装置占地面积，投资降低到5000万元；同时，由于热利用率提高，每生产1吨酸可多产蒸汽0.5吨，多产蒸汽发电量增加90度/吨酸，扣除制氧50度/吨酸的电耗，效益优于传统工艺。
具体工艺为：采用变压吸附制氧，制氧量为2500Nm³/a。制氧设备中产生的氧气在炉底空气鼓风机前与空气混合成原料气体，其中氧气体积浓度为40～50％，然后原料气体进入沸腾炉，其中的氧气与原料矿进行反应，生成二氧化硫气体，出沸腾炉的中间气体中，二氧化硫体积浓度27％～33％。出沸腾炉的气体经过余热锅炉回收热能、除尘设备除尘、进入净化工序，在进入干燥塔前再补充高浓度氧气，使氧气体积浓度约为25％，二氧化硫浓度约为25％，氧气与二氧化硫的体积比为1:1，然后去转化器将二氧化硫转化为三氧化硫，转化工段设过热器和省煤器回收转化过程中产生的热量。