一种硫酸制备设备
技术领域
本实用新型属于硫酸制备技术领域，具体涉及一种硫酸制备设备。
背景技术
目前，我国炼厂酸性气、煤化工低温甲醇洗酸性气主要是送至硫磺回收装置用于生产硫磺，装置含硫尾气需要进一步焚烧处理，回收剩余的硫，使烟气排放达到环保要求。硫磺回收工艺虽然成熟，硫磺质量稳定，但是流程长、投资大、能耗高，并且只能处理高浓度的酸性气体。因此，需要新的设备和工艺以炼厂酸性气、煤化工低温甲醇洗酸性气或液体硫磺为原料，进行高效制备硫酸。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种硫酸制备设备及工艺，采用先进的低氮焚烧炉，通过一级反应器+一级冷凝器(一转一凝)，反应采用专有的高效蜂巢铂金催化剂和普通钒基催化剂，成酸系统采用专有的玻璃管冷凝装置，得到高浓度硫酸产品，尾气处理采用专有活性炭催化剂催化转化，最终尾气排放满足SO2≤50mg/m3、NOx≤50mg/m3、酸雾≤5mg/m3(基于3％氧含量)。装置的过剩热产生设置蒸汽发生系统产生蒸汽。
具体的，本实用新型所采取的技术方案是：一种硫酸制备设备，包括通过管路顺次连接的燃烧炉、反应器、冷凝器和活性炭反应器，
所述燃烧炉用于将原料燃烧，所述燃烧炉内部靠近出气口处还设有换热器，所述换热器将所述燃烧炉中燃烧后的高温气体降温；
所述反应器将所述换热器降温后的气体进行催化氧化反应；
所述冷凝器将所述反应器催化后的气体转化成硫酸并冷凝浓缩；
所述活性炭反应器将残留的SO2气体氧化，尾气通过烟囱排出。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，所述反应器竖直设置，其顶端设有进气口且底端设有出气口，其内腔自上而下设有三个催化床，所述催化床自上而下分别装有脱硝催化剂(SCR催化剂)、蜂窝铂金催化剂和散料钒触媒催化剂，其中，在所述反应器(3)内的装有蜂窝铂金催化剂和散料钒触媒催化剂的所述催化床下方还设有翅片管换热器。
具体的，所述冷凝器竖直设置，其顶端设有出气口且下部侧壁设有进气口，其内腔自上而下依次设有静电除雾器和至少一个玻璃管换热器，所述冷凝器底部设有冷凝酸出口。具体的，所述玻璃管换热器为卧式。优选的，所述玻璃管换热器为三个。
具体的，还包括空气预热管路，所述空气预热管路将环境中的空气在所述玻璃管换热器中预热并作为助燃空气输送至所述燃烧炉。
具体的，还包括熔盐罐和蒸汽发生器，所述熔盐罐的熔盐出口分别与所述换热器和翅片管换热器的熔盐入口连通，且所述换热器和翅片管换热器的熔盐出口与蒸汽发生器的熔盐入口连通，所述蒸汽发生器的熔盐出口与所述熔盐罐的熔盐入口连通。具体的，换热器和翅片管换热器内换热物质为熔盐。
具体的，所述反应器的进气口与所述燃烧炉的出气口连通，所述反应器的出气口与所述冷凝气的进气口连通，所述冷凝器的出气口与活性炭反应器的进气口连通。
此外，本实用新型还提供了使用上述硫酸制备设备进行的硫酸制备工艺，其包括如下步骤：
1)将酸性气、燃料气和助燃空气通入所述燃烧炉中；
2)所述换热器将所述燃烧炉中燃烧后的高温气体降温至440摄氏度；
3)所述反应器将所述换热器降温后的气体进行催化氧化反应，令SO2转化SO3转化率不低于98％；
4)所述冷凝器将所述反应器催化后的气体转化成硫酸并在重力作用下冷凝浓缩；
5)经所述冷凝器后的工艺气通过活性炭反应器，残留的SO2被氧化，干净的气体最终通过烟囱排放到大气中。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，步骤1)中通过助燃空气的送入量控制并调节燃烧炉内温度为1000℃。
具体的，步骤3)中在所述反应器内保持正压，且所述反应器气体出口处温度为275℃以下。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)总硫回收效率高：湿法酸性气制酸工艺采用一转一凝工艺，采用专有的高效成型多孔氧化催化剂和玻璃管冷凝装置，总硫回收率超过99.9％。
2)长周期运行能耗低：通过采用高效的导热盐翅片管换热系统，对系统中产生的氧化放热、水合热、焚烧余热进行回收利用，副产高品质蒸汽。
3)装置占地面积小：采用高效的转化、冷凝和热回收装置，系统布置紧凑合理，占地面积小。
4)环保指标高：采用专利的高效湿法电除雾器控制酸雾到小于5mg/Nm3；采用特有的活性炭催化氧化工艺处理尾气中的SO2，使SO2排放小于50mg/Nm3，同时不产生任何废水废液；采用低氮燃烧和SCR工艺，使NOx排放小于50mg/Nm3(以上指标均为干基、折算为3％v氧含量)。综合以上排放指标满足国家对烟气超净排放的要求。
附图说明
图1是本实用新型的提供的一种硫酸制备设备结构示意图以及物料流程图；
图2是本实用新型的提供的一种硫酸制备设备结构示意图以及熔盐换热管路布置图；
图3是本实用新型的提供的一种硫酸制备设备结构示意图以及空气预热管路布置图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、燃烧炉；2、换热器；3、反应器；4、冷凝器；5、活性炭反应器；6、熔盐罐；7、蒸汽发生器；31、催化床；32、翅片管换热器；41、静电除雾器；42、玻璃管换热器。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合附图及具体实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1-2所示，一种硫酸制备设备，包括通过管路顺次连接的燃烧炉1、反应器3、冷凝器4和活性炭反应器5，
所述燃烧炉1用于将原料燃烧，所述燃烧炉1内部靠近出气口处还设有换热器2，所述换热器2将所述燃烧炉1中燃烧后的高温气体降温；
所述反应器3将所述换热器2降温后的气体进行催化氧化反应；
所述冷凝器4将所述反应器3催化后的气体转化成硫酸并冷凝浓缩；
所述活性炭反应器5将残留的SO2气体氧化，尾气通过烟囱排出。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，所述反应器3竖直设置，其顶端设有进气口且底端设有出气口，其内腔自上而下设有三个催化床31，所述催化床31自上而下分别装有脱硝催化剂(SCR催化剂)、蜂窝铂金催化剂和散料钒触媒催化剂，其中，在所述反应器(3)内的装有蜂窝铂金催化剂和散料钒触媒催化剂的所述催化床31下方还设有翅片管换热器32。
具体的，所述冷凝器4竖直设置，其顶端设有出气口且下部侧壁设有进气口，其内腔自上而下依次设有静电除雾器41和至少一个玻璃管换热器42，所述冷凝器4底部设有冷凝酸出口。
具体的，还包括空气预热管路，所述空气预热管路将环境中的空气在所述玻璃管换热器42中预热并作为助燃空气输送至所述燃烧炉1。
具体的，还包括熔盐罐6和蒸汽发生器7，所述熔盐罐6的熔盐出口分别与所述换热器2和翅片管换热器32的熔盐入口连通，且所述换热器2和翅片管换热器32的熔盐出口与蒸汽发生器7的熔盐入口连通，所述蒸汽发生器7的熔盐出口与所述熔盐罐6的熔盐入口连通。
此外，本实用新型还提供了使用上述硫酸制备设备进行硫酸制备的工艺，其包括如下步骤：
1)将酸气、燃料气和助燃空气通入所述燃烧炉1中；
2)所述换热器2将所述燃烧炉1中燃烧后输出的高温气体降温至440摄氏度；
3)所述反应器3将所述换热器2降温后的气体进行催化氧化反应，令SO2转化SO3转化率不低于98％；
4)所述冷凝器4将所述反应器3催化后的气体转化成硫酸并在重力作用下冷凝浓缩；
5)经所述冷凝器4后的工艺气缓慢通过活性炭反应器5，残留的SO2被氧化，干净的气体最终通过烟囱排放到大气中。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，步骤1)中通过助燃空气的送入量控制并调节所述燃烧炉1内温度为1000℃。
具体的，步骤3)中在所述反应器3内保持正压，且所述反应器气体出口处温度为275℃以下。
实施例：
装置规模为2.25万吨/年，原料为炼厂酸性气1354kg/h，酸性气经过燃烧炉1燃烧，燃烧炉温度为1000℃，压力为3Kpa(g)，助燃空气经玻璃管换热器预热至230℃后送至燃烧炉中。燃烧炉1出口工艺气温度由换热器2控制在440℃，热的工艺气被送入至反应器3中，反应器3入口压力2.5KPa(g)，出口压力-2KPa(g)，出口温度270℃，反应器3中SO2转化SO3转化率为98％。
反应器3出口工艺气进入至冷凝器4中，工艺气自下往上依次经玻璃管换热器冷却至256℃、90℃、75℃，2680kg/h高浓度硫酸在玻璃管换热器壳程被冷凝自流至酸罐中，工艺气中未被冷凝下来的酸雾在静电除雾器42中去除，静电除雾器42中收集的酸通过重力流回到冷凝器4中，逐级升温浓缩，最终收集到酸系统中。
处理后的工艺气送至活性炭反应器5中，活性炭反应器5的温度为36℃，压力为2Kpa(g)，工艺气缓慢通过活性炭床，残留的SO2最终集聚于炭的微孔中的表面上而被氧化，经过水洗后形成稀酸，稀酸被送至冷凝器4顶部继续回收，干净的气体最终通过烟囱排放到大气中。
翅片管换热器管程导热盐来自熔盐罐6，导热盐换热系统用来控制反应器内温度，导热盐系统回收的反应热通过蒸汽发生器7产生900KPa(g)，192℃高品质蒸汽。
本实用新型采用专有的加工处理酸性气生产高浓度硫酸(硫酸浓度≥98％W)的组合工艺，生产的硫酸产品满足GB/T534-2014优等品硫酸质量要求。本工艺反应采用专有的高效蜂巢铂金催化剂和普通钒基催化剂，成酸系统采用专有的玻璃管冷凝装置，尾气处理采用专有活性炭催化剂，装置的过剩热产生设置蒸汽发生系统产生蒸汽。
本实用新型焚烧采用低氮焚烧炉，减少焚烧过程产生的NOx，含酸性气或液体硫磺焚烧后变成SO2；反应器第一段设置脱硝催化剂，脱除焚烧过程产生的NOx，脱硝后的工艺气分别经过铂金催化剂和钒基催化剂，将SO2转化为SO3。
本实用新型的工艺将各种硫化物和单质硫转化为浓硫酸，流程短、能量回收利用率高，尾气排放指标满足最苛刻的环保要求，无废液排放，能适应原料气流量和硫化物的大范围波动。
采用本实施例生产的硫酸产品指标达到：
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
