本發明屬于化學工程與環境保護技術領域，涉及一種含磷廢硫酸裂解余熱利用方法，具體是一種處理含磷廢硫酸(如乙炔凈化廢硫酸等)使廢硫酸裂解再生為商品級硫酸時有效回收裂解后爐氣余熱的方法。

背景技術：

廢硫酸裂解再生裝置一般經過廢酸高溫裂解、凈化、轉化、干吸等步驟生產硫酸。其中，廢硫酸高溫裂解是整個裝置的核心，因硫酸裂解過程需要消耗大量的燃料氣，所以，如何有效的回收裂解后爐氣的熱量，減少燃料氣的消耗是廢硫酸裂解再生裝置需要重點考慮的問題。

現有廢硫酸再生裝置廢酸高溫裂解一般包括燃料氣焚燒、廢硫酸的裂解、余熱的回收等。余熱的回收指利用廢熱鍋爐生產蒸汽和空氣預熱器對空氣進行預熱等。

現有廢硫酸再生裝置的廢酸一般是烷基化廢硫酸，該廢酸中不含磷元素。如果廢酸中含有磷元素(如乙炔凈化廢硫酸等)，含磷廢硫酸高溫裂解產生含磷爐氣，由于磷酸的露點溫度較高(根據相關文獻介紹，大約在300～350℃左右)，超過目前鍋爐設計的飽和蒸汽壓力對應下的溫度(252℃)，導致鍋爐快速腐蝕(國內已經發生幾起含磷廢硫酸處理裝置廢熱鍋爐腐蝕、泄漏實例)，嚴重影響裝置正常運行。

目前，大部分硫酸裝置廢熱鍋爐產的蒸汽壓力為4Mpa，如采用12Mpa以上的超高壓鍋爐，可以避免磷酸的露點腐蝕，但超高壓鍋爐造價太高，且生產的高壓蒸汽的應用不多，輸送成本較高，其技術經濟顯然是不合理的。

技術實現要素：

本發明的目的是彌補現有技術的不足和缺點，提供一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的方法，在廢硫酸裂解爐后設置一臺爐氣冷卻器、至少一臺空氣預熱器；含磷廢硫酸在廢硫酸裂解爐中裂解產生的爐氣進入爐氣冷卻器與空氣換熱，從1000～1200℃冷卻至600～900℃；再將爐氣通入空氣預熱器中與新鮮冷空氣進行換熱，爐氣進一步冷卻至380～500℃，空氣預熱達到350～720℃。

爐氣和空氣換熱的公式：q_m1C_p1(T₁-T₂)＝q_m2C_p2(t₁-t₂)

q_m1，q_m2—分別為爐氣量，空氣量，kmol/h；

C_p1，C_p2—分別為爐氣平均分子熱容量，空氣平均分子熱容量，kJ/(kmol.K)；

T₁，T₁—分別為爐氣進、出口溫度，℃；

t₁，t₂—分別為空氣進、出口溫度，℃。

本發明技術方案中，當所述的空氣預熱器的個數為1臺時，600～900℃的爐氣通入空氣預熱器中與新鮮冷空氣進行并流或逆流換熱，爐氣進一步冷卻至380～500℃，預熱后的空氣達到350～720℃。經空氣預熱器預熱后的空氣進入廢硫酸裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量，進入廢硫酸裂解爐的空氣量由裂解的廢硫酸的量決定，多余的熱空氣可以用于生產蒸汽、加熱熱水；或預熱后的空氣一部分循環至空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到200～350℃再次進入空氣預熱器中與爐氣換熱，循環空氣(即循環至空氣預熱器的空氣進口的熱空氣)占進入空氣預熱器的空氣總量的40～60％，一部分進入廢硫酸裂解爐，多余的熱空氣可以用于生產蒸汽、加熱熱水。采用部分熱空氣循環回流至冷空氣入口，提高空氣預熱器空氣入口溫度，以降低空氣預熱器冷熱端溫差，提高設備使用壽命；同時能夠避免磷酸低于露點對裝置造成腐蝕。

優選的，在空氣預熱器中，爐氣與新鮮冷空氣進行并流換熱時，預熱后的空氣循環至空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到200℃再次進入空氣預熱器中與爐氣換熱；爐氣與空氣采用并流換熱的方式，在避免含磷爐氣露點腐蝕的同時流程也最簡單。爐氣與新鮮冷空氣進行逆流換熱時，預熱后的空氣循環至空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到350℃再次進入空氣預熱器中與爐氣換熱，能夠避免磷酸低于露點對空氣預熱器造成腐蝕。

所述的空氣預熱器的個數為2臺時，相鄰空氣預熱器依次串聯；兩臺空氣預熱器中爐氣和空氣的換熱方式均為并流換熱或均為逆流換熱或一臺為并流換熱、一臺為逆流換熱；600～900℃的爐氣通入第一臺空氣預熱器中與空氣進行并流或逆流換熱，換熱后的爐氣和空氣進入第二臺空氣預熱器中進行并流或逆流換熱，或換熱后，占進入第一臺空氣預熱器空氣總量40～60％的空氣循環至第一臺空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到200～350℃再次進入該空氣預熱器中與爐氣換熱；爐氣和余下的空氣進入第二臺空氣預熱器中，兩者在第二臺空氣預熱器中進行并流或逆流換熱；經兩臺空氣預熱器換熱后的空氣達到350～720℃，爐氣冷卻至380～500℃。經兩臺空氣預熱器預熱后的空氣進入廢硫酸裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量，進入廢硫酸裂解爐的空氣量由裂解的廢硫酸的量決定，多余的熱空氣可以用于生產蒸汽、加熱熱水。

優選的，600～900℃的爐氣通入第一臺空氣預熱器中與空氣進行并流換熱，換熱后的爐氣和空氣進入第二臺空氣預熱器中進行逆流換熱，經兩臺空氣預熱器換熱后的空氣達到350～720℃，爐氣冷卻至380～500℃；或600～900℃的爐氣通入第一臺空氣預熱器中與空氣進行逆流換熱，換熱后，占進入第一臺空氣預熱器空氣總量40～60％的空氣循環至第一臺空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到350℃再次進入該空氣預熱器中與爐氣換熱，爐氣和余下的空氣進入第二臺空氣預熱器中，兩者在第二臺空氣預熱器中進行逆流換熱，經兩臺空氣預熱器換熱后的空氣達到600～720℃，爐氣冷卻至380～500℃。

所述的空氣預熱器的個數不少于3臺時，空氣預熱器的連接方式為串聯或并聯或串聯與并聯的組合。在每臺空氣預熱器中，爐氣和空氣的換熱方式為并流換熱或逆流換熱。

本發明技術方案中，經過爐氣冷卻器、空氣預熱器依次冷卻后的爐氣進入爐氣凈化工序。優選的，爐氣在爐氣冷卻器與空氣換熱后冷卻至800℃再進入空氣預熱器，爐氣繼續在空氣預熱器與空氣換熱冷卻至450℃再進入爐氣凈化工序。

本發明所述的新鮮冷空氣是指溫度25～30℃的空氣。

本發明的另一個目的是提供一種含磷廢硫酸裂解余熱利用的裝置，包括一臺爐氣冷卻器、至少一臺空氣預熱器；所述的爐氣冷卻器的爐氣進口和廢硫酸裂解爐的爐氣出口連接，所述的爐氣冷卻器的爐氣出口和空氣預熱器的爐氣進口連接；空氣預熱器的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，空氣預熱器的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接將部分預熱空氣送入裂解爐提供含磷廢硫酸高溫裂解所需的氧氣和熱量。

所述的空氣預熱器的個數為1臺時，空氣預熱器的空氣出口設有熱空氣循環回路與空氣預熱器的空氣進口連接，用于將部分循環至空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到200～350℃再次進入該空氣預熱器中與爐氣換熱。

所述的空氣預熱器的個數為2臺時，相鄰空氣預熱器依次串聯；第一臺空氣預熱器的爐氣進口與爐氣冷卻器的爐氣出口連接，第二臺空氣預熱器的爐氣出口與爐氣凈化單元連接，第二臺空氣預熱器的空氣出口與廢硫酸裂解爐連接；優選的，在第一臺空氣預熱器的空氣出口設有熱空氣循環回路與空氣預熱器的空氣進口連接，用于將部分循環至第一臺空氣預熱器的空氣進口與新鮮冷空氣混合后溫度達到200～350℃再次進入該空氣預熱器中與爐氣換熱。

所述的空氣預熱器的個數不少于3臺時，空氣預熱器的連接方式為串聯或并聯或串聯與并聯的組合。

所述的爐氣冷卻器采用310S或253MA材質，所述的空氣預熱器采用310S材質。當采用多臺空氣預熱器時，高溫空氣預熱器采用310S材質，低溫空氣預熱器采用321材質。

本發明的有益效果：

與傳統廢酸裂解技術相比，本發明采用爐氣冷卻器替代了余熱鍋爐，可以保證爐氣溫度在磷酸露點溫度以上，避免含磷爐氣露點腐蝕問題。同時設置空氣預熱器對裂解所需空氣進行預熱，有效的回收裂解后爐氣的熱量，減少燃料氣的消耗，而且可以將爐氣的熱量轉移到空氣上來，熱空氣可以生產蒸汽、加熱熱水等綜合利用。

附圖說明

圖1為實施例1含磷廢硫酸裂解余熱利用方法的示意圖。

圖2為實施例2含磷廢硫酸裂解余熱利用方法的示意圖。

圖3為實施例3含磷廢硫酸裂解余熱利用方法的示意圖。

圖4為實施例4含磷廢硫酸裂解余熱利用方法的示意圖。

其中：1-爐氣冷卻器、2-空氣預熱器、3-第二空氣預熱器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步說明。

實施例1：

如圖1所示，乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內爐氣與大氣中空氣進行自然散熱或強制通風散熱，爐氣被冷卻至800℃再進入空氣預熱器2，新鮮冷空氣(30℃、15250Nm³/h)自空氣預熱器1的空氣進口并流進料，兩者在空氣預熱器2內并流換熱，待爐氣繼續冷卻至450℃再進入爐氣凈化工序，空氣從30℃被加熱至350℃進入廢硫酸裂解爐，多余的熱空氣可以生產蒸汽、加熱熱水等綜合利用。

實施例2：

如圖2所示，乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內爐氣與大氣中空氣進行自然散熱或強制通風散熱，爐氣被冷卻至800℃再進入空氣預熱器2，空氣(200℃、32480Nm³/h)自空氣預熱器1的空氣進口并流進料，兩者在空氣預熱器2內并流換熱，待爐氣繼續冷卻至450℃再進入爐氣凈化工序，被加熱至350℃的熱空氣一部分進入廢硫酸裂解爐，一部分(17230Nm³/h)循環至空氣冷卻器2的空氣進口與新鮮冷空氣(30℃、15250Nm³/h)混合后溫度達到200℃進料，與持續進料的爐氣(800℃)在空氣預熱器2內并流換熱，再被加熱至350℃，熱空氣一部分進入廢硫酸裂解爐，一部分(17230Nm³/h)再次循環至空氣冷卻器2的空氣進口與新鮮冷空氣(30℃、15250Nm³/h)混合后與爐氣換熱，多余的熱空氣可以生產蒸汽、加熱熱水等綜合利用。

實施例3：

如圖3所示，乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內爐氣與大氣中空氣進行自然散熱或強制通風散熱，爐氣被冷卻至800℃再進入空氣預熱器2，空氣(350℃、12385Nm³/h)自空氣預熱器2的空氣進口逆流進料，兩者在空氣預熱器2內逆流換熱，待爐氣繼續冷卻至450℃再進入爐氣凈化工序，被加熱至720℃的熱空氣一部分進入廢硫酸裂解爐，一部分(5485Nm³/h)循環至空氣冷卻器2的空氣進口與新鮮冷空氣(30℃、6900Nm³/h)混合后溫度達到350℃逆流進料，與持續進料的爐氣(800℃)在空氣預熱器2內逆流換熱，再被加熱至720℃，熱空氣一部分進入廢硫酸裂解爐，余下部分(5485Nm³/h)循環至空氣冷卻器2的空氣進口與新鮮冷空氣(30℃、6900Nm³/h)混合后與爐氣換熱。

實施例4：

如圖4所示，乙炔凈化廢硫酸裂解后約1100℃爐氣(10800Nm³/h)進入爐氣冷卻器1，在爐氣冷卻器1內爐氣與大氣中空氣進行自然散熱或強制通風散熱，爐氣被冷卻至800℃再進入空氣預熱器2，新鮮冷空氣(30℃、8850Nm³/h)自空氣預熱器2的空氣進口并流進料，兩者在空氣預熱器2內并流換熱，爐氣冷卻至600℃后再進入第二空氣預熱器3，經空氣預熱器2預熱的空氣溫度達到350℃，再自第二空氣預熱器3的空氣進口逆流進料，爐氣與空氣在第二空氣預熱器3內逆流換熱，待爐氣繼續冷卻至450℃再進入爐氣凈化工序，空氣繼續加熱至570℃再進入廢硫酸裂解爐，多余的熱空氣可以生產蒸汽、加熱熱水等綜合利用。