專利名稱：硫酸的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種硫酸的制備方法。
背景技術：
現有硫酸的生產工藝包括以下步驟(1)原料礦與原料氣體混合，沸騰燃燒，(2)中間 氣體千燥和(3) 二氧化硫轉化，其中原料礦的沸騰燃燒和干燥前補充氣體都使用空氣。在這 種工藝中，由于空氣中大部分為氮氣，少部分為氧氣，在硫酸工藝中只有氧氣參加反應而氮 氣不參加反應，大量氮氣的存在造成反應效率低，中間氣體中的二氧化硫濃度小，設備龐大， 熱量回收率低等問題。如現在的硫鐵礦制酸，沸騰爐采用普通空氣進行焙燒，由于空氣中氧
含量相對較低，出沸騰爐二氧化硫濃度為10%~14%，進轉化器二氧化硫濃度為6%~9%;再 如現在的鋅精礦制酸，出沸騰爐二氧化硫濃度為9% 12%,進轉化器二氧化硫濃度為6%~7%。 較低的二氧化硫濃度使得生產設備龐大，造成運行費用高等問題。
發明內容
本發明提供一種硫酸的制備方法，可有效提高反應速度和效率、熱量回收率，增加裝置 產能，減小設備體積。
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、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。
作為本發明的改進，在步驟(2)之前補充氧氣，使中間氣體中的氧氣體積濃度為 10%~25°/。。作為更進一步的改進，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 選為0.8:1 1.5:1，更優選為1:1 1.2:1。其中氧氣由空分制氧機、變壓吸附制氧裝置或膜法制 氧裝置制得。
在本發明中，氧氣濃度的控制十分重要。如果氧氣濃度過低，相應的爐氣量就會增加， 反應效率降低，并造成設備體積龐大，裝置投資提高；如果氧氣濃度過高，會造成催化轉化 的溫度過高，而轉化反應中使用的礬催化劑有一定溫度限制，溫度過高會損害催化劑。
本發明原理為各種原料礦在沸騰爐內主要的反應有
4FeS2+1102=8S02+2Fe203
3FeS2+802=6S02+Fe304
34Fe7S8+5302=32S02+14Fe2033Fe7S8+3802=24S02+7Fe2032ZnS+302= 2ZnO +2 S02S+02 = S02
在轉化器內主要的反應有2S02 + 02 = 2S03
以上反應均為放熱反應，通過提高反應物氧氣的濃度，可以提高反應速率和效率。
本發明的具體工藝過程為制氧設備中產生的氧氣在爐底空氣鼓風機前與空氣混合成為原料氣體，其中氧氣濃度達到25%~50°/。，然后原料氣體進入沸騰燃燒爐，氧氣與原料礦進行反應，產生出二氧化硫氣體，反應同時釋放出熱量，出沸騰爐二氧化硫濃度15%~30%。出沸騰爐的氣體經過余熱鍋爐回收熱能、除塵設備除塵、進入凈化工序，在進入干燥塔前再補充高濃度氧氣，使中間氣體中的氧氣濃度達到10%~25%，同時使氧氣與二氧化硫的體積比為0.8:1-2:1，然后去轉化器進行二氧化硫轉化。
本發明的優點在于a、采用高濃度氧氣進行沸騰燃燒，提高了反應速率和效率。b、由于提高了反應氣體中的氧氣濃度，爐氣中二氧化硫濃度提高，氮氣比例降低，同等硫酸產量裝置設備體積減少。c、由于氮氣比例降低，余熱鍋爐氣體帶出熱減少，熱能回收率提高。d、由于S03催化轉化反應在較高溫度下進行，工藝過程中產生的熱可以得到充分利用，轉化工段可設置過熱器和省煤器，可以回收比現有流程更多的熱量。e、由于氣體總體積的減少，降低了系統阻力，并減少動力消耗。
本發明是硫酸生產過程制酸工藝的改進，其特點是能夠提高同等規模硫酸裝置的生產能力，降低生產屮的動力消耗，并可最大限度地利用工藝過程產生的熱。本發明可用于新廠建設，也可用于老廠改造。
隨著制氧技術的發展，制氧的能耗和投資都在下降，這為高濃度氧氣在工業生產更廣泛應用提供了條件，本發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，為這項技術實現工業化應用提供了保證。
具體實施例方式
實施例1
一套磁硫鐵礦制酸生產裝置，原硫酸產量為60kt/a，通過采用本發明，硫酸產量提高到100kt/a。
改造的具體內容為采用變壓吸附制氧裝置，制氧量為2000Nm3/h。制氧設備中產生的氧氣在爐底空氣鼓風機前與空氣混合成原料氣體，其中氧氣體積濃度25~35%，然后原料氣體進入沸騰爐，其中的氧氣與硫鐵礦進行反應，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過余熱鍋爐回收熱能、除塵設備除塵、進入凈化工序，在進入干燥塔前再補充原料氣體，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，然后去轉化器將二氧化硫轉 化為三氧化硫，再經過吸收工序成為產品硫酸。
在此實施例中，由于采用本發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，產生的蒸汽用于發電，相應的發電量由原來的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，可以取得明顯的經濟效益。
實施例2
一套鋅精礦制酸生產裝置，采用硫酸化焙燒，生產氧化鋅焙砂。通過采用本發明，硫酸 產量由原來50kt/a提高到75kt/a，同時氧化鋅焙砂質量提高。
改造的具體內容為采用變壓吸附制氧，制氧量為1500Nm3/a。制氧設備中產生的氧氣 在爐底空氣鼓風機前與空氣混合成原料氣體，其中氧氣體積濃度26~36%,然后原料氣體進入 沸騰爐，其中的氧氣與原料礦進行反應，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%。出沸騰爐的氣體經過余熱鍋爐回收熱能、除塵 設備除塵、進入凈化工序，在進入干燥塔前再補充高濃度氧氣，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，然后去轉化器將二氧化硫 轉化為三氧化硫，再經過吸收工序成為產品硫酸。
實施例3
一套硫鐵礦制酸生產裝置，釆用本發明，硫酸產量為100kt/a,如果用傳統工藝需要投資 5800萬元，改用本發明，設備體積大大減小，節省了土建和設備費用，減少了裝置占地面積， 投資降低到5000萬元；同時，由于熱利用率提高，每生產1噸酸可多產蒸汽0.5噸，多產蒸 汽發電量增加90度/噸酸，扣除制氧50度/噸酸的電耗，效益優于傳統工藝。
具體工藝為采用變壓吸附制氧，制氧量為2500Nm3/a。制氧設備中產生的氧氣在爐底 空氣鼓風機前與空氣混合成原料氣體，其中氧氣體積濃度為40~50%，然后原料氣體進入沸騰 爐，其中的氧氣與原料礦進行反應，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%。出沸騰爐的氣體經過余熱鍋爐回收熱能、除塵設備除塵、進入凈化工序， 在進入干燥塔前再補充高濃度氧氣，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，然后去轉化器將二氧化硫轉化為三氧化硫，轉化工段設過熱器 和省煤器回收轉化過程中產生的熱量。
權利要求
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)之前補充氧氣，使中間氣體 中的氧氣體積濃度為10% 25% 。
3. 如權利要求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. 如權利要求3所述的硫酸的制備方法，其特征在于補充的氧氣由空分制氧機、變壓吸附 制氧裝置或膜法制氧裝置制得。
7. 如權利要求1-6中任一項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、變壓吸附制 氧裝置或膜法制氧裝置制得。
9. 如權利要求1-6中任一項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
本發明提供一種硫酸的制備方法，可有效提高反應速度和效率、熱量回收率，增加裝置產能，減小設備體積。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。作為本發明的改進，在步驟(2)之前補充氧氣，使中間氣體中的氧氣濃度為10％～25％。本發明是硫酸生產過程制酸工藝的改進，其特點是能夠提高同等規模硫酸裝置的生產能力，降低生產中的動力消耗，并可最大限度地利用工藝過程產生的熱。本發明可用于新廠建設，也可用于老廠改造。
文檔編號C01B17/00GK101503183SQ20091002990
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者丁健華, 漢 劉, 蔡齋如 申請人:南京硫皇科技有限公司