CN114348973A - 一种接触法硫酸工艺转化塔 - Google Patents

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陆建宁
姜亚中
徐守国
赵天鹏
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Abstract

本发明提供一种接触法硫酸工艺转化塔，包括转化塔本体、熔盐蒸发器、熔盐泵；所述转化塔本体内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区和缓冲区，所述转化塔本体底部设有进气口、顶部设有出气口；所述转化反应区内设有设置一组换热管；所述熔盐蒸发器内设置换热管道，换热管道两端分别与设于熔盐蒸发器表面的换热管道进口、换热管道出口相连；所述转化塔本体的换热管、熔盐蒸发器的换热管道、熔盐泵连接成环。本发明提供的接触法硫酸工艺转化塔结构简单、管理方便，所有的转化反应及热量传输均可以在转化塔内完成，无需如现有转化塔那样，当反应过程中气体温度上升到550℃时必须引出进入换热器冷却后再次引入转化塔继续反应，节省了很多的气流输送管路和输送动力。

Description

一种接触法硫酸工艺转化塔
技术领域
本发明提供了一种接触法硫酸工艺转化塔，属于化工设备领域。
背景技术
目前，制造硫酸的方法包括接触法和消化法。消化法制得的硫酸浓度低；而接触法硫酸工艺，无论是硫铁矿制酸还是硫磺制酸，或是各种其他矿石的冶炼制酸，最终得到的硫酸浓度均大于98％，是最常用的方法。
接触法制硫酸，主要分三个阶段：SO2制备、SO2转化为SO3、SO3吸收。SO2转化为SO3的反应，须在催化剂的作用下才能完成。该转化反应是放热反应，催化剂通常是以V2O5为主要活性成分的钒催化剂，同时加入碱金属氧化物作为助催化剂，加入金属或非金属的氧化物来增加强度和活性的硅藻土作为催化剂的载体。催化剂被制成直径4～6mm、长度5～15mm的柱状颗粒，近年来为了降低气体流过催化剂的床层阻力降低能耗，催化剂也有被制成球状或环状颗粒。
硫酸工艺转化催化剂的起燃温度，通常略高于400℃。低温活性型钒催化剂的起燃温度可以到370℃左右。进入转化塔的原料气(SO2+O2)温度必须大于催化剂的起燃温度，通常为410～450℃。由于矿石冶炼制酸的原料气经过湿法净化后降温至40℃左右，必须经过换热器加热，通常以转化反应后的热气体将原料气间接加热至反应所需温度，再进入转化塔。
由于SO2转化成SO3的反应是放热反应(放热量Q为：在25℃时，每生成1mol SO3的放出热量为98.4kJ。钒催化剂的转化反应，在400℃时，反应速度更快，转化率更高)，会使催化剂床层温度升高，如超过650℃，则损坏催化剂。转化塔一般分成3～5层，层间进行间接或直接冷却，使得催化剂和反应气体保持适宜温度和高转化率、高反应速度。
现代硫酸生产两次转化工艺，经过两层或三层催化剂的气体，先进入中间吸收塔，吸收掉其中的SO3，余气再次加热后通过后面的催化剂层二次转化，再进入吸收塔最终吸收。由于中间吸收移除了反应生成物，提高了二次转化率，总转化率＞99.5％。然而，由于为两次转化工艺，生产设备较复杂，需要设置两个以上的转化塔和吸收塔，不仅成本高，而且安装设置不方便。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种接触法硫酸工艺转化塔。
技术方案：本发明提供一种接触法硫酸工艺转化塔，包括转化塔本体、熔盐蒸发器、熔盐泵；所述转化塔本体内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区和缓冲区，所述转化塔本体底部设有进气口、顶部设有出气口；所述转化反应区内设有设置一组换热管；所述熔盐蒸发器内设置换热管道，换热管道两端分别与设于熔盐蒸发器表面的换热管道进口、换热管道出口相连；所述转化塔本体的换热管、熔盐蒸发器的换热管道、熔盐泵连接成环。
作为改进，所述转化塔本体的换热管、熔盐蒸发器的换热管道、熔盐泵形成的环状管道内充满熔盐作为换热介质。
作为另一种改进，还包括控制阀和温度检测器；所述控制阀与熔盐蒸发器并联，所述温度检测器设于熔盐泵出口端，且温度检测器发送温度信号至控制阀。
作为另一种改进，所述熔盐蒸发器的腔体侧壁设有进水口、顶部设有蒸汽出口、底部设有排渣口。
作为另一种改进，还包括进口集箱和出口集箱，转化反应区内的所有换热管通过进口集箱与熔盐泵连接、通过出口集箱与熔盐蒸发器的换热管道相连。
作为进一步改进，进口集箱与每个换热管的进口端通过平衡器相连；出口集箱与每个换热管的出口端通过平衡器相连；所述平衡器为节流孔板。
作为另一种改进，换热管在转化反应区内形成若干换热层，每层换热层由一个以上换热管组成。
作为进一步改进，每层换热层内的换热管为适应于圆环面的蛇形管，其内侧曲率半径小、外侧曲率半径大。
作为进一步改进，每层换热层上设有一组与换热管相连接的翅片，翅片的展开面为方形。
作为另一种改进，还包括中立柱，所述中立柱设于转化塔本体内，用于支撑转化塔和转化反应区。
有益效果：本发明提供的接触法硫酸工艺转化塔结构简单、管理方便，所有的转化反应及热量传输均可以在转化塔内完成，无需像现有转化塔当反应过程中气体温度上升到550℃时必须引出进入换热器。
附图说明
图1为本发明接触法硫酸工艺转化塔的结构示意图。
图2为换热管所在的转化塔截面图。
图3为转化塔本体的局部放大图。
图4为平衡器的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
接触法硫酸工艺转化塔，见图1至4，包括转化塔本体1、熔盐蒸发器2、熔盐泵3、控制阀4和温度检测器5。
转化塔本体1内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区11和缓冲区12，转化塔本体1底部设有进气口13、顶部设有出气口14；转化反应区11内设有设置一组换热管15；还包括进口集箱17和出口集箱18，转化反应区11内的所有换热管15通过进口集箱17与熔盐泵3连接、通过出口集箱18与熔盐蒸发器2的换热管道21相连。进口集箱17与每个换热管15的进口端通过平衡器10相连；出口集箱18与每个换热管15的出口端通过平衡器10相连；平衡器10为节流孔板，其作用是平衡热媒的流量。还包括中立柱19，中立柱19设于转化塔本体1内，用于支撑转化塔1和转化反应区11。
换热管15在转化反应区11内形成若干换热层，每层换热层由一个以上换热管15组成；每层换热层内的换热管15为适应于圆环面的蛇形管，其内侧曲率半径小、外侧曲率半径大；每层换热层上设有一组与换热管15相连接的翅片，翅片的展开面为方形。
熔盐蒸发器2内设置换热管道21，换热管道21两端分别与设于熔盐蒸发器2表面的换热管道进口22、换热管道出口23相连；熔盐蒸发器2的腔体侧壁设有进水口24、顶部设有蒸汽出口25、底部设有排渣口26。
转化塔本体1的换热管15、熔盐蒸发器2的换热管道21、熔盐泵3连接成环；转化塔本体1的换热管15、熔盐蒸发器2的换热管道21、熔盐泵3形成的环状管道内充满熔盐作为换热介质。
控制阀4与熔盐蒸发器2并联，温度检测器5设于熔盐泵3出口端，且温度检测器5发送温度信号至控制阀4。
该装置的工作原理：
待反应的二氧化硫和氧气从进气口13进入转化塔本体1内，在转化反应区11内与催化剂接触反应，通过顶部的出气口14流出三氧化硫。
催化反应放出的热量与换热管15内的熔盐换热，保证了转化塔本体1的转化反应区11温度基本恒定；吸热的熔盐在熔盐蒸发器2内与水等介质换热后，再次进入转化反应区11吸热。
带有方形翅片的换热管沉埋于每一层的催化剂中，可以将反应过程中的生成热及时传递走，以保证催化剂层及层内的反应气体和生产气体都处于同一相等的温度，实现等温转化。由于转化反应时的催化剂温度必须高于370℃、低于650℃，因熔盐的较为合适的工作温度250℃＜t＜500℃，故选择熔盐作为换热载体，熔盐在换热管内流过。
在每一高度上的换热管，可以设置成适应于圆环面的多组蛇形管束，内侧曲率半径小一些，外侧曲率半径大一些，方形翅片的间距以保证不卡住催化剂颗粒即可，相邻翅片管(左右之间、上下之间)的翅片以能搭接到为宜，以保证催化剂中的温度均匀，不出现局部过热。可以设置熔盐在转化塔内每一层换热管内的进出口温差较小的数值，以保证整个催化剂层内温度均匀相等。
如各层的反应温度根据气体浓度需要调整，换热管也可以进行分组。
缓冲层是为转化反应气体内部的自动扩散调整区域，满足浓度平衡。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：包括转化塔本体(1)、熔盐蒸发器(2)、熔盐泵(3)；所述转化塔本体(1)内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区(11)和缓冲区(12)，所述转化塔本体(1)底部设有进气口(13)、顶部设有出气口(14)；所述转化反应区(11)内设有设置一组换热管(15)；所述熔盐蒸发器(2)内设置换热管道(21)，换热管道(21)两端分别与设于熔盐蒸发器(2)表面的换热管道进口(22)、换热管道出口(23)相连；所述转化塔本体(1)的换热管(15)、熔盐蒸发器(2)的换热管道(21)、熔盐泵(3)连接成环；所述转化塔本体(1)的换热管(15)、熔盐蒸发器(2)的换热管道(21)、熔盐泵(3)形成的环状管道内充满熔盐作为换热介质。
2.根据权利要求1所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：还包括控制阀(4)和温度检测器(5)；所述控制阀(4)与熔盐蒸发器(2)并联，所述温度检测器(5)设于熔盐泵(3)出口端，且温度检测器(5)发送温度信号至控制阀(4)。
3.根据权利要求2所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：所述熔盐蒸发器(2)的腔体侧壁设有进水口(24)、顶部设有蒸汽出口(25)、底部设有排渣口(26)。
4.根据权利要求1所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：还包括进口集箱(17)和出口集箱(18)，转化反应区(11)内的所有换热管(15)通过进口集箱(17)与熔盐泵(3)连接、通过出口集箱(18)与熔盐蒸发器(2)的换热管道(21)相连。
5.根据权利要求5所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：进口集箱(17)与每个换热管(15)的进口端通过平衡器(10)相连；出口集箱(18)与每个换热管(15)的出口端通过平衡器(10)相连；所述平衡器(10)为节流孔板。
6.根据权利要求1所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：换热管(15)在转化反应区(11)内形成若干换热层，每层换热层由一个以上换热管(15)组成。
7.根据权利要求7所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：每层换热层内的换热管(15)为适应于圆环面的蛇形管，其内侧曲率半径小、外侧曲率半径大。
8.根据权利要求7所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：每层换热层上设有一组与换热管(15)相连接的翅片，翅片的展开面为方形。
9.根据权利要求1所述的一种接触法硫酸工艺转化塔，其特征在于：还包括中立柱(19)，所述中立柱(19)设于转化塔本体(1)内，用于支撑转化塔(1)和转化反应区(11)。
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