Регенерация энергии при производстве серной кислоты - RU2015138501A

1. Способ производства серной кислоты, включающий:

сжигание серы в сухом газе, содержащем избыток кислорода, в зоне сгорания для получения потока газа, содержащего оксид серы, содержащего газообразный продукт сгорания, включающий диоксид серы, кислород и не более 0,005 моль водяного пара на моль SO₂;

контактирование потока газа, содержащего оксид серы, содержащего указанный газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы, тем самым превращая поток газа, содержащий оксид серы в конверсионный газ, содержащий не более 0,005 моль водяного пара на моль SO₃;

контактирование конверсионного газа в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне с поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, тем самым передавая серную кислоту из конверсионного газа в поглощающую жидкость;

введение водяного пара в конверсионный газ в зоне введения потока водяного пара перед первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной в направлении потока газа в отношении, достаточном, чтобы повысить эквивалентное содержание водяного пара в газе по меньшей мере до приблизительно 0,55 моль на моль общего эквивалентного содержания в газе оксида серы, перед поступлением потока газа в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону; и

циркуляцию указанной поглощающей жидкости между указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной и косвенным теплообменником, в котором тепло, высвобождаемое при реакции триоксида серы и воды, конденсации серной кислоты и/или абсорбции триоксида серы поглощающей жидкостью, передается жидкому теплоносителю, нагревая жидкий теплоноситель по меньшей мере до 150°C;

где температура потока конверсионного газа, который вводят в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, составляет от приблизительно 260°C до приблизительно 345°C.

2. Способ по п. 1, где водяной пар подают в указанный конверсионный газ в отношении, достаточном, чтобы повысить температуру конверсионного газа до от приблизительно 270°C и до приблизительно 330°C; и указанный конверсионный газ подают в указанную теплорегенерационную абсорбционную зону при температуре от приблизительно 270°C и до 330°C.

3. Способ по п. 1, где конверсионный газ подают в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону без промежуточной конденсации какого-либо компонента потока конверсионного газа между указанной зоной ввода водяного пара и указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной.

4. Способ по п. 1, где отношение массового расхода указанной поглощающей жидкости, поступающей в указанную первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, к эквивалентному триоксиду серы, поступающему в указанную первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, варьирует от приблизительно 30 и до приблизительно 50.

5. Способ по п. 1, где тепло, генерируемое реакцией триоксида серы и воды, конденсацией серной кислоты и/или абсорбцией триоксида серы поглощающей жидкостью, передают в жидкий теплоноситель в количестве по меньшей мере приблизительно 1160 кДж/кг эквивалентного SO₃ (500 БТЕ/фунт эквивалентного SO₃), поступающего в указанную первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, тем самым нагревая жидкий теплоноситель по меньшей мере до 150°C.

6. Способ по п. 1, где способ также включает:

контактирование потока газа, выходящего из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, с вторичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, во вторичной абсорбционной зоне, причем остаточный SO₃,содержащийся в потоке газа, поступающего в указанную вторичную абсорбционную зону, регенерируют как серную кислоту во вторичной поглощающей жидкости,

где концентрация и температура потока кислоты, выходящей из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, и температура, и точка росы потока конверсионного газа, поступающего в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, являются такими, чтобы позволить регулировать поток газа, выходящий из указанной вторичной абсорбционной зоны, содержащим не более 20 г/Нм³ тумана серной кислоты.

7. Способ по п. 1, где концентрация первичной поглощающей жидкости по существу по всей первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне варьирует от приблизительно 99,3 мас. % и до приблизительно 99,7 мас. % H₂SO₄.

8. Способ по п. 1, где доля водяного пара, который вводят в указанный поток конверсионного газа, крепость серной кислоты и температура поглощающей жидкости, которую вводят в указанную первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, и отношение жидкость/газ (Ж/Г) в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне являются такими, что молярное отношение пара серной кислоты к SO₃ составляет по меньшей мере приблизительно 1,2 в месте максимальной концентрации пара серной кислоты в указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне.

9. Способ по п. 1, дополнительно включающий регулирование концентрации серной кислоты в поглощающей жидкости так, чтобы разность между концентрацией в поглощающей жидкости и концентрацией азеотропа была не более чем приблизительно +1,0 мас. % по всей указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне.

10. Способ по п. 1, включающий:

сжигание элементарной серы в сухом газе, содержащем избыток кислорода, в зоне сгорания для получения потока газа, содержащего оксид серы, содержащего газообразный продукт сгорания, включающий диоксид серы и кислород;

контактирование потока газа, содержащего оксид серы, содержащего указанный газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы, тем самым превращая поток газа, содержащий оксид серы, в конверсионный газ, содержащий SO₃;

контактирование конверсионного газа с первичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне, тем самым передавая серную кислоту из конверсионного газа в первичную поглощающую жидкость;

введение водяного пара в конверсионный газ в зоне введения потока водяного пара перед первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной в направлении потока газа в отношении, достаточном, чтобы повысить эквивалентное содержание водяного пара в газе по меньшей мере приблизительно до от приблизительно 0,55 и до приблизительно 0,98 моль на моль общего эквивалентного содержания в газе оксида серы, перед поступлением потока газа в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, и при этом температура конверсионного газа, поступающего в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, варьирует от приблизительно 290° и до приблизительно 340°C, составляя по меньшей мере приблизительно 40°C выше его точки росы, и доля водяного пара, который вводят в указанный поток конверсионного газа, крепость серной кислоты и температура поглощающей жидкости, которую вводят в указанную первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, и отношение Ж/Г в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне являются такими, что молярное отношение пара серной кислоты к SO₃ достигает максимума, составляющего по меньшей мере приблизительно 1,2, в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне в месте между впуском газа и выходом газа из указанной зоны;

циркуляцию указанной первичной поглощающей жидкости между указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной и косвенным теплообменником, в котором тепло, высвобождаемое при реакции триоксида серы и воды, конденсации серной кислоты и/или абсорбции триоксида серы первичной поглощающей жидкостью, передают в питательную воду котла в указанном косвенном теплообменнике, тем самым генерируя по меньшей мере 0,55 тонны пара при давлении по меньшей мере 0,4 МПа (4 бар) на тонну серной кислоты, произведенной при абсорбции SO₃ в указанной первичной поглощающей жидкости в указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне;

регулирование концентрации серной кислоты в первичной поглощающей жидкости таким образом, чтобы разность между концентрацией первичной поглощающей жидкости и азеотропной концентрацией была не менее чем приблизительно -0,2 мас. %, или не более чем приблизительно +1,0 мас. % по всей указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне;

контактирование потока газа, выходящего из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, с вторичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, во вторичной абсорбционной зоне, причем содержащийся в потоке газа остаточный SO₃, который поступает в указанную вторичную абсорбционную зону, регенерируют как серную кислоту во вторичной поглощающей жидкости, концентрация и температура потока кислоты, выходящей из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, и температура, и точка росы потока конверсионного газа, поступающего в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, являются такими, чтобы позволить регулировать поток газа, выходящий из указанной вторичной абсорбционной зоны, содержащий не более 20 г/Нм³ тумана серной кислоты, где относительные скорости потока газа, поступающего во вторичную абсорбционную зону, и потока вторичной поглощающей жидкости, поступающей во вторичную абсорбционную зону, являются такими, что разность между локальной среднемассовой температурой газовой фазы и локальной среднемассовой температурой фазы вторичной поглощающей жидкости, с которой газ контактирует, варьирует от приблизительно 15° и до приблизительно 35°C как на впуске жидкости, так и на выходе жидкости вторичной абсорбционной зоны; и

пропускание потока газа, выходящего из вторичной абсорбционной зоны, через систему элиминатора тумана с нормой по меньшей мере 300 Нм³ в час на квадратный метр площади поверхности элемента элиминатора тумана поперечно направлению потока газа, причем газ, выходящий из указанной системы элиминатора тумана, содержит менее 0,1 г/Нм³ тумана кислоты.

11. Способ производства серной кислоты, включающий:

сжигание источника серы в газе, содержащем избыток кислорода, чтобы получить поток газа, содержащий оксид серы, содержащий газообразный продукт сгорания, включающий диоксид серы и кислород;

контактирование потока газа, содержащего оксид серы, содержащего указанный газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы, тем самым превращая поток газа, содержащий оксид серы, в конверсионный газ, содержащий SO₃;

контактирование конверсионного газа в теплорегенерационной абсорбционной зоне с поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, тем самым передавая триоксид серы из конверсионного газа в поглощающую жидкость;

циркуляцию указанной поглощающей жидкости между указанной абсорбционной зоной и основным косвенным теплообменником, в котором тепло передается основному жидкому теплоносителю, нагревая указанный основной жидкий теплоноситель по меньшей мере до 150°C;

разделение потока поглощающей жидкости, выходящей из указанного основного теплообменника, чтобы получить поток основной поглощающей жидкости, который рециркулируют в указанную теплорегенерационную абсорбционную зону, и поток вспомогательной поглощающей жидкости;

пропускание указанного потока вспомогательной жидкости через косвенный теплообменник во вспомогательный деаэратор питательной воды котла, причем тепло в указанном вспомогательном теплообменнике деаэратора передают от указанной вспомогательной жидкости в поток воды для генерирования деаэрирующего потока;

направление деаэрирующего пара в указанный деаэратор, где питательную воду котла приводят в контакт с деаэрирующим потоком для извлечения неконденсирующихся компонентов из питательной воды котла;

отвод потока отходящего газа деаэратора из указанного деаэратора, причем указанный поток отходящего газа деаэратора содержит водяной пар и неконденсирующиеся газы; и

введение водяного пара, содержащегося в указанном потоке отходящего газа деаэратора, в газ, содержащий оксид серы, за абсорбционной зоной в направлении потока газа.

12. Способ по п. 11, где водяной пар, содержащийся в указанном потоке отходящего газа деаэратора, вводят в поток конверсионного газа за абсорбционной зоной в направлении потока газа.

13. Способ по п. 11, где воду, деаэрированную в указанном деаэраторе, подают в указанный основной теплообменник или в котел для отходящей воды для извлечения энергии из продуктов газов сгорания, полученных при сжигании серы при получении SO₂, в качестве питательной воды котла для получения пара.

14. Способ по п. 11, где указанную вспомогательную поглощающую жидкость, выходящую из указанного вспомогательного теплообменника деаэратора, пропускают через косвенный теплообменник, где тепло из указанной вспомогательной поглощающей жидкости передают от указанной вспомогательной поглощающей жидкости к питательной воде котла.

15. Способ по п. 11, где сочетание скорости потока и температуры не деаэрированной воды, поступающей в указанный деаэратор, и интенсивности теплопередачи из указанной вспомогательной поглощающей жидкости в указанный поток воды в указанном вспомогательном теплообменнике деаэратора является таким, что отношение массового расхода деаэрированной питательной воды котла, выходящей из указанного деаэратора, к эквивалентному триоксиду серы, поступающему в указанную абсорбционную зону, составляет по меньшей мере приблизительно 1,5.

16. Способ по п. 11, где содержание водяного пара в указанном потоке отходящего газа деаэратора составляет по меньшей мере приблизительно 0,80 моля на моль общего эквивалентного содержания газа оксида серы в указанном потоке газа, содержащего оксид серы.

17. Способ производства серной кислоты, включающий:

сжигание источника серы в газе, содержащем избыток кислорода, чтобы получить поток газа, содержащий оксид серы, содержащий газообразный продукт сгорания, включающий диоксид серы и кислород;

контактирование потока газа, содержащего оксид серы, содержащего указанный газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы, тем самым превращая поток газа, содержащий оксид серы, в конверсионный газ, содержащий SO₃;

контактирование конверсионного газа в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне с первичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, тем самым передавая серную кислоту из конверсионного газа в первичную поглощающую жидкость;

введение водяного пара в газ, содержащий оксид серы, до первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны в направлении потока газа в отношении, достаточном, чтобы повысить эквивалентное содержание водяного пара до по меньшей мере 0,40 моля на моль общего эквивалентного содержания оксида серы в газе, поступающем в первичную абсорбционную зону;

циркуляцию указанной первичной поглощающей жидкости между указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной и косвенным теплообменником, в котором тепло, высвобождаемое при реакции триоксида серы и воды, конденсации серной кислоты и/или абсорбции триоксида серы первичной поглощающей жидкостью, передается жидкому теплоносителю, нагревая тем самым жидкий теплоноситель по меньшей мере до 150°C;

контактирование потока газа, выходящего из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, с вторичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, во вторичной абсорбционной зоне, причем остаточный SO₃, содержащийся в потоке газа, поступающего в указанную вторичную абсорбционную зону, регенерируют как серную кислоту во вторичной поглощающей жидкости;

регулирование нормы подачи вторичной поглощающей кислоты во вторичную абсорбционную зону так, чтобы поддерживать разность между локальной среднемассовой температурой газовой фазы и локальной среднемассовой температурой фазы вторичной поглощающей жидкости, с которой газ приводят в контакт, не более чем приблизительно 25°C как на впуске жидкости, так и на выходе жидкости вторичной абсорбционной зоны; и

регулирование концентрации вторичной поглощающей кислоты, поступающей во вторичную абсорбционную зону, так, чтобы обеспечить чистую доступную подачу воды во вторичную зону, достаточную для обеспечения того, что состав газа, выходящего из вторичной абсорбционной зоны, был равен составу азеотропа или был больше его в отношении содержания воды, и был равен составу азеотропа или был меньше его в отношении содержания SO₃.

18. Способ по п. 17, где эквивалентная концентрация серной кислоты в газе, выходящем из вторичной абсорбционной зоны, по меньшей мере на 0,2 мас. % меньше азеотропа.

19. Способ по п. 17, дополнительно включающий

установку и/или корректировку нормы подачи кислоты во вторичную абсорбционную зону так, чтобы поддерживать разность между локальной среднемассовой температурой газовой фазы и локальной среднемассовой температурой фазы вторичной поглощающей жидкости, с которой газ приводят в контакт, не более чем 25°C как на впуске жидкости, так и на выходе жидкости из вторичной абсорбционной зоны;

измерение и/или установку крепости кислоты при контакте с газом, выходящим из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны;

измерение и/или установку нормы, с которой SO₃ подают в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону; и

по норме, с которой вторичную поглощающую кислоту подают во вторичную абсорбционную зону, по крепости раствора кислоты при контакте с газом, выходящим из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, и по норме, с которой SO₃ подают в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону, установку и/или корректировку крепости кислоты, которую подают на впуск вторичной абсорбционной зоны, так, чтобы обеспечить чистую доступную подачу воды во вторичную зону, достаточную для обеспечения того, что состав газа, выходящего из вторичной абсорбционной зоны, был больше состава азеотропа в отношении содержания воды и был меньше состава азеотропа в отношении содержания SO₃.

20. Способ по п. 17, где разность между локальной среднемассовой температурой газовой фазы и локальной среднемассовой температурой фазы вторичной поглощающей жидкости, с которой газ приводят в контакт, поддерживают на уровне не более 30°C во всей вторичной абсорбционной зоне.

21. Способ по п. 17, где отношение Ж/Г во вторичной абсорбционной зоне поддерживают между 0,4 и 1,5 из расчета на общий поток газа.

22. Способ производства серной кислоты, включающий:

контактирование кислородосодержащего газа с осушителем, для получения осушенного кислородосодержащего газа;

введение серы и осушенного кислородосодержащего газа в зону сгорания, причем содержание кислорода в кислородосодержащем газе, который вводят в указанную зону, находится в стехиометрическом избытке относительно серы, которую вводят в указанную зону;

сжигание серы с кислородом осушенного газа, чтобы получить поток газа, содержащий оксид серы, содержащий газообразный продукт сгорания, включающий диоксид серы и кислород;

контактирование потока газа, содержащего оксид серы, содержащего указанный газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы, тем самым превращая поток газа, содержащий оксид серы в конверсионный газ, содержащий SO₃;

контактирование конверсионного газа в теплорегенерационной абсорбционной зоне с поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, тем самым передавая серную кислоту из конверсионного газа в поглощающую жидкость;

введение водяного пара в газ, содержащий оксид серы, за абсорбционной зоной в направлении потока газа, содержащего оксид серы, в отношении, достаточном, чтобы повысить эквивалентное содержание водяного пара в газе по меньшей мере до 0,55 моля на моль общего эквивалентного содержания в газе оксида серы, перед поступлением потока газа в абсорбционную зону; и

циркуляцию указанной поглощающей жидкости между указанной абсорбционной зоной и косвенным теплообменником, в котором тепло, высвобождаемое при реакции триоксида серы и воды, конденсации серной кислоты и/или абсорбции триоксида серы поглощающей жидкостью, передается жидкому теплоносителю, нагревая жидкий теплоноситель по меньшей мере до 150°C.

23. Способ по п. 22, где водяной пар вводят в газ, содержащий оксид серы, за абсорбционной зоной в направлении потока газа, содержащего оксид серы, в отношении, достаточном, чтобы повысить эквивалентное содержание водяного пара в газе по меньшей мере до 0,80 моля на моль общего эквивалентного содержания в газе оксида серы, перед поступлением потока газа в абсорбционную зону.

24. Способ по п. 22, где водяной пар вводят в конверсионный газ в зоне введения водяного пара, где отсутствует конденсация из газового потока, в зоне введения водяного пара или за зоной введения водяного пара, перед поступлением потока газа в абсорбционную зону.

25. Способ производства серной кислоты, включающий:

сжигание источника серы в газе, содержащем избыток кислорода, чтобы получить поток газа, содержащий оксид серы, содержащий газообразный продукт сгорания, включающий диоксид серы и кислород;

контактирование потока газа, содержащего оксид серы, содержащего указанный газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы, тем самым превращая поток газа, содержащий оксид серы, в конверсионный газ, содержащий SO₃;

контактирование конверсионного газа в первичной теплорегенерационной абсорбционной зоне с первичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, тем самым передавая серную кислоту из конверсионного газа в первичную поглощающую жидкость;

введение водяного пара в газ, содержащий оксид серы, до первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны в направлении потока газа в отношении, достаточном, чтобы повысить эквивалентное содержание водяного пара по меньшей мере до 0,40 моля на моль общего эквивалентного содержания в газе оксида серы, поступающем в первичную теплорегенерационную абсорбционную зону;

циркуляцию указанной первичной поглощающей жидкости между указанной первичной теплорегенерационной абсорбционной зоной и косвенным теплообменником, в котором тепло, высвобождаемое при реакции триоксида серы и воды, конденсации серной кислоты и/или абсорбции триоксида серы первичной поглощающей жидкостью, передается жидкому теплоносителю, нагревая жидкий теплоноситель по меньшей мере до 150°C;

контактирование потока газа, выходящего из первичной теплорегенерационной абсорбционной зоны, с вторичной поглощающей жидкостью, содержащей серную кислоту, во вторичной абсорбционной зоне, причем остаточный SO₃, содержащийся в потоке газа, поступающего в указанную вторичную абсорбционную зону, регенерируют как серную кислоту во вторичной поглощающей жидкости;

регулирование нормы подачи вторичной поглощающей кислоты во вторичную абсорбционную зону так, чтобы поддерживать разность между локальной среднемассовой температурой газовой фазы и локальной среднемассовой температурой фазы вторичной поглощающей жидкости, с которой газ приводят в контакт, не более чем 30°C во всей вторичной абсорбционной зоне; и

регулирование концентрации вторичной поглощающей кислоты, поступающей во вторичную абсорбционную зону, так, чтобы обеспечить чистую доступную подачу воды во вторичную зону, достаточную для обеспечения того, что состав газа, выходящего из вторичной абсорбционной зоны, был равен составу азеотропа или был больше его в отношении содержания воды, и был равен составу азеотропа или был меньше его в отношении содержания SO₃.