專利名稱：硫酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫酸的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有硫酸的生產(chǎn)工藝包括以下步驟(1)原料礦與原料氣體混合，沸騰燃燒，(2)中間 氣體千燥和(3) 二氧化硫轉(zhuǎn)化，其中原料礦的沸騰燃燒和干燥前補(bǔ)充氣體都使用空氣。在這 種工藝中，由于空氣中大部分為氮?dú)?，少部分為氧氣，在硫酸工藝中只有氧氣參加反?yīng)而氮 氣不參加反應(yīng)，大量氮?dú)獾拇嬖谠斐煞磻?yīng)效率低，中間氣體中的二氧化硫濃度小，設(shè)備龐大， 熱量回收率低等問題。如現(xiàn)在的硫鐵礦制酸，沸騰爐采用普通空氣進(jìn)行焙燒，由于空氣中氧
含量相對(duì)較低，出沸騰爐二氧化硫濃度為10%~14%，進(jìn)轉(zhuǎn)化器二氧化硫濃度為6%~9%;再 如現(xiàn)在的鋅精礦制酸，出沸騰爐二氧化硫濃度為9% 12%,進(jìn)轉(zhuǎn)化器二氧化硫濃度為6%~7%。 較低的二氧化硫濃度使得生產(chǎn)設(shè)備龐大，造成運(yùn)行費(fèi)用高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種硫酸的制備方法，可有效提高反應(yīng)速度和效率、熱量回收率，增加裝置 產(chǎn)能，減小設(shè)備體積。
所述硫酸的制備方法包括以下步驟(1)原料礦與含氧氣的原料氣體混合，沸騰燃燒，
得到含二氧化硫和氧氣的中間氣體，(2)中間氣體干燥，(3) 二氧化硫轉(zhuǎn)化，步驟(1)中， 原料氣體中的氧氣體積濃度為25%~50%。
原料氣體由空氣和氧氣混合。其中氧氣由空分制氧機(jī)、變壓吸附制氧裝置或膜法制氧裝 置制得。
所述原料礦為硫鐵礦、鋅精礦、金精礦或硫磺。
作為本發(fā)明的改進(jìn)，在步驟(2)之前補(bǔ)充氧氣，使中間氣體中的氧氣體積濃度為 10%~25°/。。作為更進(jìn)一步的改進(jìn)，控制中間氣體中氧氣與二氧化硫的體積比為0.8:1 2:1，優(yōu) 選為0.8:1 1.5:1，更優(yōu)選為1:1 1.2:1。其中氧氣由空分制氧機(jī)、變壓吸附制氧裝置或膜法制 氧裝置制得。
在本發(fā)明中，氧氣濃度的控制十分重要。如果氧氣濃度過低，相應(yīng)的爐氣量就會(huì)增加， 反應(yīng)效率降低，并造成設(shè)備體積龐大，裝置投資提高；如果氧氣濃度過高，會(huì)造成催化轉(zhuǎn)化 的溫度過高，而轉(zhuǎn)化反應(yīng)中使用的礬催化劑有一定溫度限制，溫度過高會(huì)損害催化劑。
本發(fā)明原理為各種原料礦在沸騰爐內(nèi)主要的反應(yīng)有
4FeS2+1102=8S02+2Fe203
3FeS2+802=6S02+Fe304
34Fe7S8+5302=32S02+14Fe2033Fe7S8+3802=24S02+7Fe2032ZnS+302= 2ZnO +2 S02S+02 = S02
在轉(zhuǎn)化器內(nèi)主要的反應(yīng)有2S02 + 02 = 2S03
以上反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，通過提高反應(yīng)物氧氣的濃度，可以提高反應(yīng)速率和效率。
本發(fā)明的具體工藝過程為制氧設(shè)備中產(chǎn)生的氧氣在爐底空氣鼓風(fēng)機(jī)前與空氣混合成為原料氣體，其中氧氣濃度達(dá)到25%~50°/。，然后原料氣體進(jìn)入沸騰燃燒爐，氧氣與原料礦進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生出二氧化硫氣體，反應(yīng)同時(shí)釋放出熱量，出沸騰爐二氧化硫濃度15%~30%。出沸騰爐的氣體經(jīng)過余熱鍋爐回收熱能、除塵設(shè)備除塵、進(jìn)入凈化工序，在進(jìn)入干燥塔前再補(bǔ)充高濃度氧氣，使中間氣體中的氧氣濃度達(dá)到10%~25%，同時(shí)使氧氣與二氧化硫的體積比為0.8:1-2:1，然后去轉(zhuǎn)化器進(jìn)行二氧化硫轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于a、采用高濃度氧氣進(jìn)行沸騰燃燒，提高了反應(yīng)速率和效率。b、由于提高了反應(yīng)氣體中的氧氣濃度，爐氣中二氧化硫濃度提高，氮?dú)獗壤档?，同等硫酸產(chǎn)量裝置設(shè)備體積減少。c、由于氮?dú)獗壤档?，余熱鍋爐氣體帶出熱減少，熱能回收率提高。d、由于S03催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，工藝過程中產(chǎn)生的熱可以得到充分利用，轉(zhuǎn)化工段可設(shè)置過熱器和省煤器，可以回收比現(xiàn)有流程更多的熱量。e、由于氣體總體積的減少，降低了系統(tǒng)阻力，并減少動(dòng)力消耗。
本發(fā)明是硫酸生產(chǎn)過程制酸工藝的改進(jìn)，其特點(diǎn)是能夠提高同等規(guī)模硫酸裝置的生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)屮的動(dòng)力消耗，并可最大限度地利用工藝過程產(chǎn)生的熱。本發(fā)明可用于新廠建設(shè)，也可用于老廠改造。
隨著制氧技術(shù)的發(fā)展，制氧的能耗和投資都在下降，這為高濃度氧氣在工業(yè)生產(chǎn)更廣泛應(yīng)用提供了條件，本發(fā)明通過增氧提高的熱回收效率，完全可以抵消在制氧上的能耗，為這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用提供了保證。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
一套磁硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置，原硫酸產(chǎn)量為60kt/a，通過采用本發(fā)明，硫酸產(chǎn)量提高到100kt/a。
改造的具體內(nèi)容為采用變壓吸附制氧裝置，制氧量為2000Nm3/h。制氧設(shè)備中產(chǎn)生的氧氣在爐底空氣鼓風(fēng)機(jī)前與空氣混合成原料氣體，其中氧氣體積濃度25~35%，然后原料氣體進(jìn)入沸騰爐，其中的氧氣與硫鐵礦進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化硫氣體，出沸騰爐的中間氣體中，二氧化硫體積濃度約為18%。出沸騰爐的中間氣體經(jīng)過余熱鍋爐回收熱能、除塵設(shè)備除塵、進(jìn)入凈化工序，在進(jìn)入干燥塔前再補(bǔ)充原料氣體，使中間氣體中的氧氣體積濃度約為18%, 二氧化硫體積濃度約為15%，氧氣與二氧化硫的體積比為1.2:1，然后去轉(zhuǎn)化器將二氧化硫轉(zhuǎn) 化為三氧化硫，再經(jīng)過吸收工序成為產(chǎn)品硫酸。
在此實(shí)施例中，由于采用本發(fā)明所述硫酸的制備方法，蒸汽回收量由原來的1.0噸/噸酸 增加到1.3噸/噸酸，產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電，相應(yīng)的發(fā)電量由原來的200度/噸酸增加到260度 /噸酸，如果扣除制氧每噸酸增加耗電50度，每生產(chǎn)1噸酸還有IO度電的富余。綜合在裝置 改造方面投入的降低，可以取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例2
一套鋅精礦制酸生產(chǎn)裝置，采用硫酸化焙燒，生產(chǎn)氧化鋅焙砂。通過采用本發(fā)明，硫酸 產(chǎn)量由原來50kt/a提高到75kt/a，同時(shí)氧化鋅焙砂質(zhì)量提高。
改造的具體內(nèi)容為采用變壓吸附制氧，制氧量為1500Nm3/a。制氧設(shè)備中產(chǎn)生的氧氣 在爐底空氣鼓風(fēng)機(jī)前與空氣混合成原料氣體，其中氧氣體積濃度26~36%,然后原料氣體進(jìn)入 沸騰爐，其中的氧氣與原料礦進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化硫氣體，出沸騰爐的中間氣體中，二氧 化硫體積濃度由原來的約9.5%提高到約15%。出沸騰爐的氣體經(jīng)過余熱鍋爐回收熱能、除塵 設(shè)備除塵、進(jìn)入凈化工序，在進(jìn)入干燥塔前再補(bǔ)充高濃度氧氣，使氧氣體積濃度約為13.8%， 二氧化硫體積濃度約為12%，氧氣與二氧化硫的體積比為1.15:1，然后去轉(zhuǎn)化器將二氧化硫 轉(zhuǎn)化為三氧化硫，再經(jīng)過吸收工序成為產(chǎn)品硫酸。
實(shí)施例3
一套硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置，釆用本發(fā)明，硫酸產(chǎn)量為100kt/a,如果用傳統(tǒng)工藝需要投資 5800萬元，改用本發(fā)明，設(shè)備體積大大減小，節(jié)省了土建和設(shè)備費(fèi)用，減少了裝置占地面積， 投資降低到5000萬元；同時(shí)，由于熱利用率提高，每生產(chǎn)1噸酸可多產(chǎn)蒸汽0.5噸，多產(chǎn)蒸 汽發(fā)電量增加90度/噸酸，扣除制氧50度/噸酸的電耗，效益優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。
具體工藝為采用變壓吸附制氧，制氧量為2500Nm3/a。制氧設(shè)備中產(chǎn)生的氧氣在爐底 空氣鼓風(fēng)機(jī)前與空氣混合成原料氣體，其中氧氣體積濃度為40~50%，然后原料氣體進(jìn)入沸騰 爐，其中的氧氣與原料礦進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化硫氣體，出沸騰爐的中間氣體中，二氧化硫 體積濃度27%~33%。出沸騰爐的氣體經(jīng)過余熱鍋爐回收熱能、除塵設(shè)備除塵、進(jìn)入凈化工序， 在進(jìn)入干燥塔前再補(bǔ)充高濃度氧氣，使氧氣體積濃度約為25%， 二氧化硫濃度約為25%，氧 氣與二氧化硫的體積比為1:1，然后去轉(zhuǎn)化器將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，轉(zhuǎn)化工段設(shè)過熱器 和省煤器回收轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的熱量。
權(quán)利要求
1. 一種硫酸的制備方法，包括以下步驟(1)原料礦與含氧氣的原料氣體混合，沸騰燃燒，得到含二氧化硫和氧氣的中間氣體，(2)中間氣體干燥，(3)二氧化硫轉(zhuǎn)化，其特征在于步驟(1)中，原料氣體中的氧氣體積濃度為25％～50％。
2. 如權(quán)利要求1所述的硫酸的制備方法，其特征在于歩驟(2)之前補(bǔ)充氧氣，使中間氣體 中的氧氣體積濃度為10% 25% 。
3. 如權(quán)利要求2所述的硫酸的制備方法，其特征在于步驟(2)之前補(bǔ)充氧氣，使中間氣體 中的氧氣與二氧化硫的體積比為0.8:1 2:1。
4. 如權(quán)利要求3所述的硫酸的制備方法，其特征在于步驟(2)之前補(bǔ)充氧氣，使中間氣體 中的氧氣與二氧化硫的體積比為0.8:1 1.5:1。
5. 如權(quán)利要求4所述的硫酸的制備方法，其特征在于步驟(2)之前補(bǔ)充氧氣，使中間氣體 中的氧氣與二氧化硫的體積比為1:1 1.2:1。
6. 如權(quán)利要求3所述的硫酸的制備方法，其特征在于補(bǔ)充的氧氣由空分制氧機(jī)、變壓吸附 制氧裝置或膜法制氧裝置制得。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的硫酸的制備方法，其特征在于原料氣體由空氣和氧氣混合 制得。
8. 如權(quán)利要求7所述的硫酸的制備方法，其特征在于所述氧氣由空分制氧機(jī)、變壓吸附制 氧裝置或膜法制氧裝置制得。
9. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的硫酸的制備方法，其特征在于所述原料礦為硫鐵礦、鋅精 礦、金精礦或硫磺。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硫酸的制備方法，可有效提高反應(yīng)速度和效率、熱量回收率，增加裝置產(chǎn)能，減小設(shè)備體積。所述硫酸的制備方法包括以下步驟(1)原料礦與含氧氣的原料氣體混合，沸騰燃燒，得到含二氧化硫和氧氣的中間氣體，(2)中間氣體干燥，(3)二氧化硫轉(zhuǎn)化，步驟(1)中，原料氣體中的氧氣濃度為25％～50％(體積)。原料氣體由空氣和氧氣混合。作為本發(fā)明的改進(jìn)，在步驟(2)之前補(bǔ)充氧氣，使中間氣體中的氧氣濃度為10％～25％。本發(fā)明是硫酸生產(chǎn)過程制酸工藝的改進(jìn)，其特點(diǎn)是能夠提高同等規(guī)模硫酸裝置的生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，并可最大限度地利用工藝過程產(chǎn)生的熱。本發(fā)明可用于新廠建設(shè)，也可用于老廠改造。
文檔編號(hào)C01B17/00GK101503183SQ20091002990
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者丁健華, 漢 劉, 蔡齋如 申請(qǐng)人:南京硫皇科技有限公司