一種臥式準等溫轉化器的製作方法

2023-05-19 06:32:46 2

專利名稱：一種臥式準等溫轉化器的製作方法
技術領域：
本發明涉及硫酸生產及其他餘熱回收技術領域，特別涉及於硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫鐵礦制酸及其他用S02煙氣製取硫酸的換熱設備。
背景技術：
硫酸生產中高濃度轉化技術一直是行業難題，隨著冶煉技術的進步，富氧冶煉技術的發展，目前許多冶金爐窯都提高了冶煉尾氣二氧化硫的濃度。現代冶煉爐生產的二氧化硫濃度高達30% 60%，如此高的二氧化硫濃度難以進入常規制酸系統的轉化及幹吸工段，會造成熱量不平衡，系統難以將熱量很好的移出，會導致催化劑失效、設備高溫變形、幹吸酸溫過高，這些都嚴重影響系統的正常生產。目前奧圖泰、孟莫克等國外公司均有高濃度轉化的相關技術，都是通過工藝設計來達到轉化高濃度二氧化硫的目的。奧圖泰的技術為循環煙氣轉化技術，利用一段轉化生成的S03以一定量返回一段來抑制一段轉化的進行，降低一段轉化率，同時也控制了一層出口溫度。但該技術中使用的高溫風機價格昂貴，易損壞，而且能耗較高；孟莫克的高濃度轉化技術是一種雙原料法轉化工藝，即採用兩種不同的原料氣，高濃度氣體和稀釋空氣，讓所有稀釋空氣都加到一小部分高濃度煙氣中，混合後的氣體在一層反應，其餘的高濃度氣體在一層出口和預轉化後的氣體混合，這種工藝不會超過催化劑能承受的溫度，可得到一個較為適宜轉化系統生產的濃度，但該工藝無法處理二氧化硫濃度超過18%的煙氣，實際該種工藝是由法國人Ugine Kuhlmann在1935年已申請過專利，以上兩種方法都有一定局限性且不利於熱能回收，有待改進。

發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供一種有效解決由於進入轉化器的二氧化硫濃度過高導致的系統熱量不平衡，系統難以將熱量很好的移出，催化劑失效，設備高溫變形，幹吸酸溫過高等問題、大大提高單層轉化率，並且很好地回收系統熱能副產蒸汽的臥式準等溫轉化器。本發明為解決上述技術問題，提供了以下技術方案一種臥式準等溫轉化器，其特徵在於包括空氣預熱器、臥式反應器，所述空氣預熱器包括殼體，殼體頂端設置有空氣進口，殼體通過上下兩塊管板分隔成上、中、下三個艙室，所述的兩塊管板上對應均勻開設有若干個管束通孔，中艙室內設置有若干根換熱管束，換熱管束兩端伸入上下管板上通孔內密封固定連接，下艙室外殼上設置有空氣出口與臥室反應器前端空氣進氣口連接，所述中艙室外殼上設置有預熱器夾套、連通中艙室，預熱器夾套一端開設有煙氣出氣口 ；所述的臥式反應器包括殼體，殼體左右兩端分別設置有空氣進氣口、空氣出氣口，通過設置左右兩塊管板將殼體分隔成前中後三個艙室，所述兩塊管板上對應開設有若干個管束通孔，中艙室頂部外殼上設置有煙氣入口管，中艙室內設置有若干根換熱管束，換熱管束兩端伸入管板對應的通孔內、固定密封連接，所述中艙室換熱管束間填充有反應觸媒，換熱管束下方設置有支撐格柵，支撐格柵下方殼體上設置有一出氣管道連接空氣預熱器的中艙室。作為本發明的進一步改進，煙氣入口管內設置有氣體分布板。作為本發明的進一步改進，煙氣入口管為上端為圓形接管，下端為方形接管，兩者逐漸擴大連接。圓形接管經擴大後變為方形接口與設備殼體上部相接，以使氣體能更好地在設備內分布均勻。作為本發明的進一步改進，所述的氣體分布板為一懸掛在入口管下部的圓形孔板，圓形孔板上開有氣流分布孔。根據氣流流入量大小，在圓形板不同區域開不同面積的孔。

本發明利用化學反應平衡原理在硫酸生產中二氧化硫與氧氣進行氧化反應，即硫酸生產過程中的轉化反應，該反應是典型的放熱反應，氣體體積縮小的反應，根據反應平衡原理降低溫度和提高壓力有利於轉化向正反應方向進行，利於提高轉化率，但放熱反應在反應過程中會不斷放出熱量提高反應氣體的溫度，這樣會抑制反應的進行，本發明的設備正是解決了反應過程中反應氣體溫度不斷升高的問題，即通過設備巧妙設計利用外界空氣對反應的氣體持續進行冷卻，使反應不但能持續向正反應方向進行，還能持續將反應產生的熱量移出，促進反應不斷向右進行，能有效提高系統轉化率，單層轉化率比傳統的轉化器一層提高近1. 4倍。而通過提高壓力來推動反應向正反應方向進行是不可取的，因為那樣需提高鼓風機壓力，會消耗大量電能，極不經濟。為更好的解釋本發明的技術方案以下詳細介紹本發明的工作原理來自外界420°C左右的含二氧化硫的煙氣從臥式反應器殼體上的煙氣入口管進入，通過氣體分布板進入臥式準等溫轉化器的中艙室與觸媒進行反應，經過支撐格柵過濾後，通過中艙室殼體上的出氣管道通入空氣預熱器中艙室(即預熱器殼程)，對從空氣預熱器頂端空氣進口進入中艙室換熱管(即管程)的空氣進行預熱，然後通過預熱器夾套上的煙氣出氣口進入下一設備，預熱後的空氣進入空氣預熱器下艙室，通過下艙室殼體上的空氣出口進入臥式反應器的前艙室，並繼續流入臥式反應器的中艙室內的換熱管束對不斷放出熱量的反應煙氣進行冷卻，同時空氣自身被加熱，從後艙室的空氣出氣口排出，送去副產蒸汽的工段，有效回收熱能。由預熱器夾套送出去下一設備。從空氣鼓風機來的空氣先經預熱器被反應煙氣預熱後送往的換熱管束的管內，用來冷卻反應段不斷放出熱量的反應煙氣，同時被加熱，
本發明具有如下優點一是該發明設備的應用可大大減少制酸傳統工藝轉化工段的換熱器及相關管道配置，既可以節省設備投資，又縮小了佔地面積；二是該發明設備基本不受二氧化硫濃度限制，可用於很高濃度的二氧化硫氣體；三是該發明設備中的反應熱是通過換熱管間流通的是空氣，連接到鍋爐，不僅能最大限度地回收系統熱量，還防止了換熱管的腐蝕。四是該發明設備可通過空氣的鼓入量來平衡系統熱量的波動，也就是說可以適應二氧化硫濃度在較大濃度波動範圍，操作彈性大，具有極大的操作靈活性。五是該發明設備配置靈活，可利用該設備設計成套工藝用於新建高濃度煙氣制酸的酸廠；也可用於對現有酸廠進行改造，為現有轉化系統增加一臺該發明設備來降低高濃度煙氣中的部分煙氣的濃度，再與未降低濃度的煙氣混合成適應原有轉化工藝的煙氣濃度後進入系統原有轉化器。


圖1是本發明的結構示意圖。圖2為圖1所述氣體分布板結構示意圖。
具體實施例方式一種臥式準等溫轉化器，包括空氣預熱器001、臥式反應器002，所述空氣預熱器001包括殼體011，殼體011頂端設置有空氣進口 012，殼體011通過上下兩塊管板013分隔成上、中、下三個艙室(014、015、016)，所述的兩塊管板013上對應均勻開設有若干個管束通孔，中艙室015內設置有若干根換熱管束017，換熱管束017兩端伸入上下管板013上通孔內密封固定連接，下艙室016外殼上設置有空氣出口 018與臥室反應器002前端空氣進氣口 022連接，所述中艙室015外殼上設置有預熱器夾套003、連通中艙室015，預熱器夾套003 —端開設有煙氣出氣口 031 ;所述的臥式反應器002包括殼體021，殼體021左右兩端分別設置有空氣進氣口 022、空氣出氣口 023，通過設置左右兩塊管板024將殼體021分隔成前中後三個艙室(025、026、027)，所述兩塊管板024上對應開設有若干個管束通孔，中艙室026頂部外殼上設置有煙氣入口管028，中艙室026內設置有若干根換熱管束029，換熱管束029兩端伸入管板024對應的通孔內、固定密封連接，所述中艙室026換熱管束間填充有反應觸媒，換熱管束029下方設置有支撐格柵004，支撐格柵004下方殼體021上設置有一出氣管道005連接空氣預熱器001的中艙室015，煙氣入口管028內設置有氣體分布板281，煙氣入口管028為煙氣入口管為上端為圓形接管，下端為方形接管，兩者逐漸擴大連接，圓形接管經擴大後變為方形接管與殼體011上部相接，以使氣體能更好地在設備內分布均勻，所述的氣體分布板281為一懸掛在入口管下部的圓形孔板，圓形孔板上開有氣流分布孔282，根據氣流流入 量大小，在圓形板不同區域開不同面積的孔。
權利要求
1.一種臥式準等溫轉化器，其特徵在於包括空氣預熱器、臥式反應器，所述空氣預熱器包括殼體，殼體頂端設置有空氣進ロ，殼體通過上下兩塊管板分隔成上、中、下三個艙室，所述的兩塊管板上對應均勻開設有若干個管束通孔，中艙室內設置有若干根換熱管束，換熱管束兩端伸入上下管板上通孔內密封固定連接，下艙室外殼上設置有空氣出口與臥室反應器前端空氣進氣ロ連接，所述中艙室外殼上設置有預熱器夾套、連通中艙室，預熱器夾套ー端開設有煙氣出氣ロ ；所述的臥式反應器包括殼體，殼體左右兩端分別設置有空氣進氣ロ、空氣出氣ロ，通過設置左右兩塊管板將殼體分隔成前中後三個艙室，所述兩塊管板上對應開設有若干個管束通孔，中艙室頂部外殼上設置有煙氣入口管，中艙室內設置有若干根換熱管束，換熱管束兩端伸入管板對應的通孔內、固定密封連接，所述中艙室換熱管束間填充有反應觸媒，換熱管束下方設置有支撐格柵，支撐格柵下方殼體上設置有一出氣管道連接空氣預熱器的中艙室。
2.根據權利要求1所述的ー種臥式準等溫轉化器，其特徵在於煙氣入口管內設置有氣體分布裝置。
3.根據權利要求1所述的ー種臥式準等溫轉化器，其特徵在於煙氣入口管為上端為圓形接管，下端為方形接管，兩者逐漸擴大連接。
4.根據權利要求1所述的ー種臥式準等溫轉化器，其特徵在於所述的氣體分布板為ー懸掛在入口管下部的圓形孔板，圓形孔板上開有氣流分布孔。
全文摘要
一種臥式準等溫轉化器,硫酸生產中高濃度轉化技術一直是行業難題，現代冶煉爐生產的二氧化硫濃度高達30%～60%，如此高的二氧化硫濃度難以進入常規制酸系統的轉化及幹吸工段，單層轉化率過低，會造成熱量不平衡，系統難以將熱量很好的移出，會導致催化劑失效、設備高溫變形、幹吸酸溫過高，這些都嚴重影響系統的正常生產，臥式準等溫轉化器是一種以反應平衡為原理依託開發的適用於高濃度二氧化硫煙氣製取硫酸酸的設備，該換熱器在設計上做到了在二氧化硫氧化反應進行的同時能持續將轉化器內的熱量持續移出，單層轉化率提高近1.4倍，不僅有助於放熱反應持續向右進行，還起到了保護催化劑及設備的作用，該設備主要由殼體、氣體分布裝置、預熱器、預熱器夾套、臥式反應器、冷卻風管、格柵、支撐梁、進出風管等部分構成。
文檔編號C01B17/80GK103043626SQ20121042433
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者宋小良, 李淑全, 馮擁軍, 郭效英 申請人:宜興市化工成套設備有限公司