本實(shí)用新型屬于化學(xué)工程與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含磷廢硫酸裂解余熱利用裝置，具體是一種處理含磷廢硫酸(如乙炔凈化廢硫酸等)使廢硫酸裂解再生為商品級(jí)硫酸時(shí)有效回收裂解后爐氣余熱的裝置。

背景技術(shù)：

廢硫酸裂解再生裝置一般經(jīng)過(guò)廢酸高溫裂解、凈化、轉(zhuǎn)化、干吸等步驟生產(chǎn)硫酸。其中，廢硫酸高溫裂解是整個(gè)裝置的核心，因硫酸裂解過(guò)程需要消耗大量的燃料氣，所以，如何有效的回收裂解后爐氣的熱量，減少燃料氣的消耗是廢硫酸裂解再生裝置需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

現(xiàn)有廢硫酸再生裝置廢酸高溫裂解一般包括燃料氣焚燒、廢硫酸的裂解、余熱的回收等。余熱的回收指利用廢熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽和空氣預(yù)熱器對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱等。

現(xiàn)有廢硫酸再生裝置的廢酸一般是烷基化廢硫酸，該廢酸中不含磷元素。如果廢酸中含有磷元素(如乙炔凈化廢硫酸等)，含磷廢硫酸高溫裂解產(chǎn)生含磷爐氣，由于磷酸的露點(diǎn)溫度較高(根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，大約在300～350℃左右)，超過(guò)目前鍋爐設(shè)計(jì)的飽和蒸汽壓力對(duì)應(yīng)下的溫度(252℃)，導(dǎo)致鍋爐快速腐蝕(國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)生幾起含磷廢硫酸處理裝置廢熱鍋爐腐蝕、泄漏實(shí)例)，嚴(yán)重影響裝置正常運(yùn)行。

目前，大部分硫酸裝置廢熱鍋爐產(chǎn)的蒸汽壓力為4Mpa，如采用12Mpa以上的超高壓鍋爐，可以避免磷酸的露點(diǎn)腐蝕，但超高壓鍋爐造價(jià)太高，且生產(chǎn)的高壓蒸汽的應(yīng)用不多，輸送成本較高，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)顯然是不合理的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，提供一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置，包括一臺(tái)爐氣冷卻器、至少一臺(tái)空氣預(yù)熱器；所述的爐氣冷卻器的爐氣進(jìn)口和廢硫酸裂解爐的爐氣出口連接，所述的爐氣冷卻器的爐氣出口和空氣預(yù)熱器的爐氣進(jìn)口連接；空氣預(yù)熱器的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，空氣預(yù)熱器的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接將部分預(yù)熱空氣送入裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量。

所述的空氣預(yù)熱器的個(gè)數(shù)為1臺(tái)時(shí)，空氣預(yù)熱器的空氣出口設(shè)有熱空氣循環(huán)回路與空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口連接，用于將部分循環(huán)至空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到200～350℃再次進(jìn)入該空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱。

所述的空氣預(yù)熱器的個(gè)數(shù)為2臺(tái)時(shí)，相鄰空氣預(yù)熱器依次串聯(lián)；第一臺(tái)空氣預(yù)熱器的爐氣進(jìn)口與爐氣冷卻器的爐氣出口連接，第二臺(tái)空氣預(yù)熱器的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，第二臺(tái)空氣預(yù)熱器的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接；優(yōu)選的，在第一臺(tái)空氣預(yù)熱器的空氣出口設(shè)有熱空氣循環(huán)回路與空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口連接，用于將部分循環(huán)至第一臺(tái)空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到200～350℃再次進(jìn)入該空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱。

所述的空氣預(yù)熱器的個(gè)數(shù)不少于3臺(tái)時(shí)，空氣預(yù)熱器的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)與并聯(lián)的組合。

所述的爐氣冷卻器采用310S或253MA材質(zhì)，所述的空氣預(yù)熱器采用310S材質(zhì)。當(dāng)采用多臺(tái)空氣預(yù)熱器時(shí)，高溫空氣預(yù)熱器采用310S材質(zhì)，低溫空氣預(yù)熱器采用321材質(zhì)。

基于本實(shí)用新型裝置進(jìn)行含磷廢硫酸裂解余熱利用的方法，在廢硫酸裂解爐后設(shè)置一臺(tái)爐氣冷卻器、至少一臺(tái)空氣預(yù)熱器；含磷廢硫酸在廢硫酸裂解爐中裂解產(chǎn)生的爐氣進(jìn)入爐氣冷卻器與空氣換熱，從1000～1200℃冷卻至600～900℃；再將爐氣通入空氣預(yù)熱器中與新鮮冷空氣進(jìn)行換熱，爐氣進(jìn)一步冷卻至380～500℃，空氣預(yù)熱達(dá)到350～720℃。

爐氣和空氣換熱的公式：q_m1C_p1(T₁-T₂)＝q_m2C_p2(t₁-t₂)

q_m1，q_m2—分別為爐氣量，空氣量，kmol/h；

C_p1，C_p2—分別為爐氣平均分子熱容量，空氣平均分子熱容量，kJ/(kmol.K)；

T₁，T₁—分別為爐氣進(jìn)、出口溫度，℃；

t₁，t₂—分別為空氣進(jìn)、出口溫度，℃。

當(dāng)所述的空氣預(yù)熱器的個(gè)數(shù)為1臺(tái)時(shí)，600～900℃的爐氣通入空氣預(yù)熱器中與新鮮冷空氣進(jìn)行并流或逆流換熱，爐氣進(jìn)一步冷卻至380～500℃，預(yù)熱后的空氣達(dá)到350～720℃。經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后的空氣進(jìn)入廢硫酸裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量，進(jìn)入廢硫酸裂解爐的空氣量由裂解的廢硫酸的量決定，多余的熱空氣可以用于生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水；或預(yù)熱后的空氣一部分循環(huán)至空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到200～350℃再次進(jìn)入空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱，循環(huán)空氣(即循環(huán)至空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口的熱空氣)占進(jìn)入空氣預(yù)熱器的空氣總量的40～60％，一部分進(jìn)入廢硫酸裂解爐，多余的熱空氣可以用于生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水。采用部分熱空氣循環(huán)回流至冷空氣入口，提高空氣預(yù)熱器空氣入口溫度，以降低空氣預(yù)熱器冷熱端溫差，提高設(shè)備使用壽命；同時(shí)能夠避免磷酸低于露點(diǎn)對(duì)裝置造成腐蝕。

優(yōu)選的，在空氣預(yù)熱器中，爐氣與新鮮冷空氣進(jìn)行并流換熱時(shí)，預(yù)熱后的空氣循環(huán)至空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到200℃再次進(jìn)入空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱；爐氣與空氣采用并流換熱的方式，在避免含磷爐氣露點(diǎn)腐蝕的同時(shí)流程也最簡(jiǎn)單。爐氣與新鮮冷空氣進(jìn)行逆流換熱時(shí)，預(yù)熱后的空氣循環(huán)至空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到350℃再次進(jìn)入空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱，能夠避免磷酸低于露點(diǎn)對(duì)空氣預(yù)熱器造成腐蝕。

所述的空氣預(yù)熱器的個(gè)數(shù)為2臺(tái)時(shí)，相鄰空氣預(yù)熱器依次串聯(lián)；兩臺(tái)空氣預(yù)熱器中爐氣和空氣的換熱方式均為并流換熱或均為逆流換熱或一臺(tái)為并流換熱、一臺(tái)為逆流換熱；600～900℃的爐氣通入第一臺(tái)空氣預(yù)熱器中與空氣進(jìn)行并流或逆流換熱，換熱后的爐氣和空氣進(jìn)入第二臺(tái)空氣預(yù)熱器中進(jìn)行并流或逆流換熱，或換熱后，占進(jìn)入第一臺(tái)空氣預(yù)熱器空氣總量40～60％的空氣循環(huán)至第一臺(tái)空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到200～350℃再次進(jìn)入該空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱；爐氣和余下的空氣進(jìn)入第二臺(tái)空氣預(yù)熱器中，兩者在第二臺(tái)空氣預(yù)熱器中進(jìn)行并流或逆流換熱；經(jīng)兩臺(tái)空氣預(yù)熱器換熱后的空氣達(dá)到350～720℃，爐氣冷卻至380～500℃。經(jīng)兩臺(tái)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后的空氣進(jìn)入廢硫酸裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量，進(jìn)入廢硫酸裂解爐的空氣量由裂解的廢硫酸的量決定，多余的熱空氣可以用于生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水。

優(yōu)選的，600～900℃的爐氣通入第一臺(tái)空氣預(yù)熱器中與空氣進(jìn)行并流換熱，換熱后的爐氣和空氣進(jìn)入第二臺(tái)空氣預(yù)熱器中進(jìn)行逆流換熱，經(jīng)兩臺(tái)空氣預(yù)熱器換熱后的空氣達(dá)到350～720℃，爐氣冷卻至380～500℃；或600～900℃的爐氣通入第一臺(tái)空氣預(yù)熱器中與空氣進(jìn)行逆流換熱，換熱后，占進(jìn)入第一臺(tái)空氣預(yù)熱器空氣總量40～60％的空氣循環(huán)至第一臺(tái)空氣預(yù)熱器的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣混合后溫度達(dá)到350℃再次進(jìn)入該空氣預(yù)熱器中與爐氣換熱，爐氣和余下的空氣進(jìn)入第二臺(tái)空氣預(yù)熱器中，兩者在第二臺(tái)空氣預(yù)熱器中進(jìn)行逆流換熱，經(jīng)兩臺(tái)空氣預(yù)熱器換熱后的空氣達(dá)到600～720℃，爐氣冷卻至380～500℃。

所述的空氣預(yù)熱器的個(gè)數(shù)不少于3臺(tái)時(shí)，空氣預(yù)熱器的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)與并聯(lián)的組合。在每臺(tái)空氣預(yù)熱器中，爐氣和空氣的換熱方式為并流換熱或逆流換熱。

經(jīng)過(guò)爐氣冷卻器、空氣預(yù)熱器依次冷卻后的爐氣進(jìn)入爐氣凈化工序。優(yōu)選的，爐氣在爐氣冷卻器與空氣換熱后冷卻至800℃再進(jìn)入空氣預(yù)熱器，爐氣繼續(xù)在空氣預(yù)熱器與空氣換熱冷卻至450℃再進(jìn)入爐氣凈化工序。

所述的新鮮冷空氣是指溫度25～30℃的空氣。

本實(shí)用新型的有益效果：

與傳統(tǒng)廢酸裂解技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用爐氣冷卻器替代了余熱鍋爐，可以保證爐氣溫度在磷酸露點(diǎn)溫度以上，避免含磷爐氣露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。同時(shí)設(shè)置空氣預(yù)熱器對(duì)裂解所需空氣進(jìn)行預(yù)熱，有效的回收裂解后爐氣的熱量，減少燃料氣的消耗，而且可以將爐氣的熱量轉(zhuǎn)移到空氣上來(lái)，熱空氣可以生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水等綜合利用。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1含磷廢硫酸裂解余熱利用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中：1-爐氣冷卻器、2-空氣預(yù)熱器。

圖2為實(shí)施例2含磷廢硫酸裂解余熱利用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2中：1-爐氣冷卻器、2-空氣預(yù)熱器、3-熱空氣循環(huán)回路。

圖3為實(shí)施例3含磷廢硫酸裂解余熱利用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3中，1-爐氣冷卻器、21-第一臺(tái)空氣預(yù)熱器、3-熱空氣循環(huán)回路、22-第二臺(tái)空氣預(yù)熱器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置，包括一臺(tái)爐氣冷卻器1、一臺(tái)空氣預(yù)熱器2；所述的爐氣冷卻器1的爐氣進(jìn)口和廢硫酸裂解爐的爐氣出口連接，所述的爐氣冷卻器1的爐氣出口和空氣預(yù)熱器2的爐氣進(jìn)口連接，爐氣通入空氣預(yù)熱器中與新鮮冷空氣進(jìn)行并流或逆流換熱；空氣預(yù)熱器2的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，空氣預(yù)熱器2的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接將部分預(yù)熱空氣送入裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量。

實(shí)施例2

如圖2所示，一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置，包括一臺(tái)爐氣冷卻器1、一臺(tái)空氣預(yù)熱器2；所述的爐氣冷卻器1的爐氣進(jìn)口和廢硫酸裂解爐的爐氣出口連接，所述的爐氣冷卻器1的爐氣出口和空氣預(yù)熱器2的爐氣進(jìn)口連接，爐氣通入空氣預(yù)熱器中與新鮮冷空氣進(jìn)行并流或逆流換熱；空氣預(yù)熱器2的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，空氣預(yù)熱器2的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接將部分預(yù)熱空氣送入裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量；在空氣預(yù)熱器2的空氣出口還設(shè)有熱空氣循環(huán)回路3與空氣預(yù)熱器1的空氣進(jìn)口連接。

實(shí)施例3

如圖3所示，一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置，包括一臺(tái)爐氣冷卻器、兩臺(tái)依次串聯(lián)的空氣預(yù)熱器；所述的爐氣冷卻器1的爐氣進(jìn)口和廢硫酸裂解爐的爐氣出口連接，所述的爐氣冷卻器1的爐氣出口和第一臺(tái)空氣預(yù)熱器21的爐氣進(jìn)口連接；第二臺(tái)空氣預(yù)熱器22的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，第二臺(tái)空氣預(yù)熱器22的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接將部分預(yù)熱空氣送入裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量；在第一臺(tái)空氣預(yù)熱器21的空氣出口還設(shè)有熱空氣循環(huán)回路3與第一臺(tái)空氣預(yù)熱器21的空氣進(jìn)口連接。

應(yīng)用例1

基于實(shí)施例1含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置進(jìn)行余熱利用的方法，包括：乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進(jìn)入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內(nèi)爐氣與大氣中空氣進(jìn)行自然散熱或強(qiáng)制通風(fēng)散熱，爐氣被冷卻至800℃再進(jìn)入空氣預(yù)熱器2，新鮮冷空氣(30℃、15250Nm³/h)自空氣預(yù)熱器1的空氣進(jìn)口并流進(jìn)料，兩者在空氣預(yù)熱器2內(nèi)并流換熱，待爐氣繼續(xù)冷卻至450℃再進(jìn)入爐氣凈化工序，空氣從30℃被加熱至350℃進(jìn)入廢硫酸裂解爐，多余的熱空氣可以生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水等綜合利用。

應(yīng)用例2

基于實(shí)施例2含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置進(jìn)行余熱利用的方法，包括：乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進(jìn)入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內(nèi)爐氣與大氣中空氣進(jìn)行自然散熱或強(qiáng)制通風(fēng)散熱，爐氣被冷卻至800℃再進(jìn)入空氣預(yù)熱器2，空氣(200℃、32480Nm³/h)自空氣預(yù)熱器1的空氣進(jìn)口并流進(jìn)料，兩者在空氣預(yù)熱器2內(nèi)并流換熱，待爐氣繼續(xù)冷卻至450℃再進(jìn)入爐氣凈化工序，被加熱至350℃的熱空氣一部分進(jìn)入廢硫酸裂解爐，一部分(17230Nm³/h)循環(huán)至空氣冷卻器2的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣(30℃、15250Nm³/h)混合后溫度達(dá)到200℃進(jìn)料，與持續(xù)進(jìn)料的爐氣(800℃)在空氣預(yù)熱器2內(nèi)并流換熱，再被加熱至350℃，熱空氣一部分進(jìn)入廢硫酸裂解爐，一部分(17230Nm³/h)再次循環(huán)至空氣冷卻器2的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣(30℃、15250Nm³/h)混合后與爐氣換熱，多余的熱空氣可以生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水等綜合利用。

應(yīng)用例3

基于實(shí)施例2含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置進(jìn)行余熱利用的方法，包括：乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進(jìn)入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內(nèi)爐氣與大氣中空氣進(jìn)行自然散熱或強(qiáng)制通風(fēng)散熱，爐氣被冷卻至800℃再進(jìn)入空氣預(yù)熱器2，空氣(350℃、12385Nm³/h)自空氣預(yù)熱器2的空氣進(jìn)口逆流進(jìn)料，兩者在空氣預(yù)熱器2內(nèi)逆流換熱，待爐氣繼續(xù)冷卻至450℃再進(jìn)入爐氣凈化工序，被加熱至720℃的熱空氣一部分進(jìn)入廢硫酸裂解爐，一部分(5485Nm³/h)循環(huán)至空氣冷卻器2的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣(30℃、6900Nm³/h)混合后溫度達(dá)到350℃逆流進(jìn)料，與持續(xù)進(jìn)料的爐氣(800℃)在空氣預(yù)熱器2內(nèi)逆流換熱，再被加熱至720℃，熱空氣一部分進(jìn)入廢硫酸裂解爐，余下部分(5485Nm³/h)循環(huán)至空氣冷卻器2的空氣進(jìn)口與新鮮冷空氣(30℃、6900Nm³/h)混合后與爐氣換熱。

應(yīng)用例4

基于實(shí)施例3含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置進(jìn)行余熱利用的方法，包括：乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進(jìn)入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內(nèi)爐氣與大氣中空氣進(jìn)行自然散熱或強(qiáng)制通風(fēng)散熱，爐氣被冷卻至800℃再進(jìn)入第一臺(tái)空氣預(yù)熱器21，新鮮冷空氣(30℃、8850Nm³/h)自第一臺(tái)空氣預(yù)熱器21的空氣進(jìn)口并流進(jìn)料，兩者在空氣預(yù)熱器21內(nèi)并流換熱，爐氣冷卻至600℃后再進(jìn)入第二臺(tái)空氣預(yù)熱器22，經(jīng)第二臺(tái)空氣預(yù)熱器22預(yù)熱的空氣溫度達(dá)到350℃，再自第二臺(tái)空氣預(yù)熱器22的空氣進(jìn)口逆流進(jìn)料，爐氣與空氣在第二空氣預(yù)熱器22內(nèi)逆流換熱，待爐氣繼續(xù)冷卻至450℃再進(jìn)入爐氣凈化工序，空氣繼續(xù)加熱至570℃再進(jìn)入廢硫酸裂解爐，多余的熱空氣可以生產(chǎn)蒸汽、加熱熱水等綜合利用。