Конденсатор и способ получения серной кислоты

Номер патента: 25201

Опубликовано: 30.11.2016

Авторы: Ликке Мадс, Ханзен Хельбо Андерс, Расмуссен Юль Андерс

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Конденсатор для получения серной кислоты, имеющий пространство для технологического газа и пространство для теплоносителя, разделенные коррозионно-стойким материалом, указанный конденсатор предназначен для питания горячим технологическим газом, содержащим пары серной кислоты, через впускное отверстие в пространство технологического газа и сконфигурирован для вывода охлажденного технологического газа через выпускное отверстие из пространства технологического газа и для вывода конденсата серной кислоты или олеума в позиции, близкой к одному концу конденсатора, причем указанное пространство для технологического газа разделено на зону охлаждения технологического газа, в которой имеется впускное отверстие для холодного теплоносителя и выпускное отверстие для нагретого теплоносителя, и зону подогрева, расположенную ниже по потоку относительно зоны охлаждения технологического газа, содержащую источник тепла и предназначенную для подогрева технологического газа за счет термической энергии.

2. Конденсатор по п.1, который дополнительно сконфигурирован для использования тепловой энергии от нагретого теплоносителя в указанной зоне подогрева технологического газа.

3. Конденсатор по п.2, который дополнительно сконфигурирован с противоположными направлениями потоков теплоносителя и технологического газа в зоне подогрева.

4. Конденсатор по п.2, который дополнительно сконфигурирован с перекрестными направлениями потоков теплоносителя и технологического газа в зоне подогрева.

5. Конденсатор по любому из пп.1-4, который выполнен с возможностью отделения стеклом пространства для теплоносителя от пространства для технологического газа.

6. Конденсатор по п.5, содержащий одну или более стеклянных трубок, предназначенных для прохождения потока технологического газа внутри стеклянных трубок и потока теплоносителя с наружной стороны стеклянных трубок.

7. Конденсатор по п.5, содержащий одну или более стеклянных трубок, предназначенных для прохождения потока теплоносителя внутри стеклянных трубок и потока технологического газа с наружной стороны стеклянных трубок.

8. Конденсатор по любому из пп.1-7, далее содержащий ограничивающий поток элемент, разделяющий поток теплоносителя в пространстве теплоносителя на зону конденсации и зону подогрева.

9. Способ конденсации серной кислоты и/или олеума из технологического газа, включающий стадии, на которых:

(i) вводят технологический газ, содержащий пары H2SO4, в конденсатор для получения серной кислоты по любому из пп.1-8, причем температура указанного технологического газа на впуске выше точки росы серной кислоты;

(ii) охлаждают указанный технологический газ до температуры ниже точки росы серной кислоты;

(iii) конденсируют и выводят серную кислоту; причем

(iv) указанный технологический газ на стадии конденсации подогревают выше температуры точки росы серной кислоты.

10. Способ по п.9, в котором температура технологического газа на выходе из стадии конденсации после подогрева на стадии (iv) как минимум на 10°С выше точки росы серной кислоты.

11. Способ получения серной кислоты и/или олеума из технологического газа, включающий стадии на которых:

(a) подают технологический газ, содержащий 0,1-30 мол.% SO2;

(b) вводят указанный подаваемый технологический газ в первую стадию в SО2-конверсии, на которой SO2 окисляется до SO3 в одном или нескольких каталитических слоях;

(c) охлаждают полученный на стадии (b) технологический газ, содержащий SO3, до температуры на 0-100°С выше точки росы серной кислоты; и

(d) конденсируют серную кислоту из технологического газа на первой стадии конденсации способом по пп.9 или 10.

12. Способ получения серной кислоты и/или олеума из технологического газа по п.11, далее включающий стадии, на которых:

(e) подогревают поток получаемого после стадии (d) технологического газа;

(f) отправляют указанный поток технологического газа на вторую стадию конверсии SO2, на которой оставшийся SO2 окисляют до SO3 в одном или более каталитических слоях;

(g) охлаждают технологический газ, полученный на стадии (f), до температуры на 0-100°С выше точки росы серной кислоты и

(h) проводят указанный охлажденный технологический газ через конечную стадию конденсации, которую проводят способом по п.9 или 10.

13. Способ по п.11 или 12, в котором окислитель, используемый на стадиях конверсии SO2 в SO3, добавляют в виде богатого О2 газа, такого как чистый О2.

Текст

Смотреть все

КОНДЕНСАТОР И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Изобретение относится к конденсатору для получения серной кислоты, имеющему пространство для технологического газа и пространство для теплоносителя, этот конденсатор предназначен для питания горячим технологическим газом, содержащим конденсируемый компонент, через впускное отверстие в пространство для технологического газа, и имеет конфигурацию для вывода охлажденного технологического газа через выпускное отверстие из пространства для технологического газа, и также имеет конфигурацию для вывода конденсата в положении близком к концу конденсатора, и указанное пространство для технологического газа, разделено на зону охлаждения технологического газа, в которой имеется впускное отверстие для холодного теплоносителя и выпускное отверстие для нагретого теплоносителя, и зону подогрева, расположенную ниже по потоку относительно зоны охлаждения технологического газа, сконфигурированную для подогрева технологического газа, а также относится к способу конденсации и получения серной кислоты с использованием такого конденсатора. Данное изобретение относится к конденсатору, предназначенному для устранения проблем, связанных с конденсацией вниз по потоку, и к способу, использующему такой конденсатор для получения концентрированной серной кислоты или олеума из питающих газов, содержащих 0,1-30% SO2 и SO3 (SOx), а также к применению конденсатора серной кислоты. Питающий газ может происходить от сгорания серы или серных соединений, от влажной очистки SO2 газов, образовавшихся в результате прокаливания сульфидов металлов, от регенерации использованной серной кислоты и сульфатов или от газа, полученного при сжигании дымоходных газов, богатых H2S. Вплоть до 99,995% SOx в питающем газе могут быть превращены типично в 95-99,5 вес. Процентную концентрированную серную кислоту и/или олеум с содержанием до 25 вес.% SO3. Способ данного изобретения позволяет избежать коррозии применяемого в способе оборудования под воздействием капель горячей серной кислоты путем обеспечения условий вне конденсатора, которые не благоприятствуют конденсации капель серной кислоты. Известно получение концентрированной серной кислоты из богатых SO2-газов, содержащих до 30 об.% SO2, со степенью конверсии SO2 вплоть до 99,9% или более путем двухступенчатой каталитической конверсии SO2 с промежуточной абсорбцией SO3 или конденсацией H2SO4 способом, включающим как промежуточную, так и конечную стадию абсорбции или конденсации. В принципе, SO3 газовой фазы переводится в жидкую фазу путем абсорбции SO3 в жидкой фазе, тогда как пары H2SO4 переводятся в жидкую фазу путем конденсации, при которой газ охлаждается ниже точки росы серной кислоты или в результате прямого контакта с циркулирующей кислотой, используемой в качестве охладителя, или в конденсаторах с падающей пленкой, в которых газ охлаждается ниже его точки росы и кислота конденсируется на поверхности стеклянных трубок, охлаждаемых воздухом. В нашем патенте US7361326 раскрыт способ двойной конденсации для получения концентрированной серной кислоты из питающих газов, содержащих до 30% SO2 и H2O/SO2 в отношении выше около 1. На первой стадии способа, большая часть SO2 превращается в SO3 и затем технологический газ проходит через промежуточный конденсатор, в котором SO3 и пары H2SO4 конденсируются в виде концентрированной серной кислоты или в насадочной колонне, охлаждаемой циркулирующей кислотой, или в вертикальных, охлаждаемых воздухом стеклянных трубках с направленным вверх или вниз потоком технологического газа в трубках. Последний имеется в виду в качестве опции, для того чтобы избежать затопления при высоких скоростях газа, однако он имеет недостаток, состоящий в получении серной кислоты низкой концентрации (70-85 вес.%), тем самым вызывая необходимость последующей концентрационной стадии, такой как проводимая в насадочной колонне, для достижения необходимой концентрации серной кислоты в 95 вес.% и выше. Технологический газ, выходящий из промежуточного конденсатора,проходит через вторую стадии конверсии SO2 и затем поступают на конечную стадию влажной конденсации с добавлением частиц. В предшествующем типе технологический газ, выходящий из конденсаторных стеклянных трубок,представляет собой газ при условиях конденсации или при близких к ним условиям, при истинной природе конденсатора. Конденсированная концентрированная H2SO4 является высококоррозионной. Поэтому для этой секции способа необходимо дорогостоящее оборудование с облицованными поверхностями или оно должно быть изготовлено из стекла, как минимум, до того места, в котором превышены условия конденсации в результате разбавления воздухом или в результате нагревания процессного потока. Аналогично выход из конденсаторов при других конструкциях может быть связан с нежелательной конденсацией сразу в потоке после конденсатора, с отрицательными химическими или коррозионными эффектами. В связи с этим задачей данного изобретения является преодоление недостатков связанных с предшествующим типом, при котором промежуточное оборудование должно быть предназначено для преодоления отрицательных последствий конденсации, таких как необходимость выдерживания условий конденсации серной кислоты. Эта задача решается путем предоставления конденсатора, включающего секцию, в которой технологический газ, содержащий конденсируемый компонент, подогревают до температуры, которая выше условий конденсации, так что технологический газ, выходящий из конденсатора в находящееся после него оборудование не конденсируется, и в случае вызывающих коррозию конденсируемых жидкостей оборудование может быть изготовлено из стандартной углеродистой стали. Для целей данной заявки адаптирована следующая терминология: точка росы компонента газа - это температура/давление при которых компонент конденсируется из смеси. Под газом при условиях X, содержащим один или несколько компонентов, конденсирующихся при условиях Y, следует понимать смесь, которая при условиях X (температура и давление) является газообразной, однако, часть которой при условиях Y (низкая температура и/или более высокое давление) будет конденсироваться в жидкость. В том случае, когда условия не упомянуты, то в случае газа, содержащего один или более конденсируемых компонентов, условия Y предполагаются равными атмосферному давлению и комнатной температуре и условия X предполагаются равными более высокой температуре и/или более низкому давлению, такому, при котором газ находится "выше точки росы", то есть является не конденсируемым. Под термином конденсируемый газ следует понимать газ, содержащий один или более конденсируемых компонентов при комнатной температуре и атмосферном давлении. Под конденсатором понимают единицу оборудования способа, в которой происходит теплообмен между теплым технологическим газом и переносящей тепло средой таким образом, что если технологический газ содержит конденсируемый компонент, то этот компонент конденсируется внутри конденсатора. Под конденсирующей стороной или стороной технологического газа конденсатора понимают сторону конденсатора, конфигурированного для пролета технологического газа, содержащего конденсируемые компоненты в потоке, независимо от того существуют ли условия, при которых конденсация действительно имеет место. Под стороной переносящей тепло среды конденсатора понимают сторону конденсатора, вдоль которой проходит потоком переносящая тепло среда. Под конденсатом понимают жидкость, образующуюся при охлаждении газа, содержащего конденсируемый компонент. Выше по потоку по отношению к позиции следует понимать, как находящееся в позиции более близкой к напуску во время типичной работы. Ниже по потоку по отношению к позиции следует понимать, как находящееся в позиции более близкой к выпуску во время типичной работы. Для конденсаторной единицы, секция выше по потоку и секция ниже по потоку должны определяться типичным направлением потока на стороне технологического газа, а не на стороне переносящей тепло среды. Под находящейся выше по потоку охлаждающей зоной технологического газа понимают зону на стороне технологического газа конденсатора, которая находится поблизости от впуска технологического газа в конденсатор. Под находящейся ниже по потоку охлаждающей зоной технологического газа понимают зону на стороне технологического газа конденсатора, которая находится поблизости от выпуска технологического газа из конденсатора. Под зоной подогрева технологического газа понимают зону на стороне технологического газа конденсатора, в которой технологический газ подогревают. Под противопотоком следует понимать два потока, которые противоположны или в существенной мере противоположны по направлению. Под перекрестным потоком следует понимать два потока, которые проходят в ортогональном или в существенной мере в ортогональном направлении. Во всем описании химические соединения могут быть приведены их химическими формулами, химическими названиями или тривиальными названиями. Они понимаются как полные синонимы и не придается никакого значения различию в этой терминологии. Задача избегания проблем конденсации решается согласно данному изобретению с помощью конденсатора, имеющего сторону технологического газа и сторону переносящей тепло среды указанный конденсатор конфигурирован для питания горячим технологическим газом, содержащим конденсируемый компонент, через напуск конденсирующей стороны, и конфигурирован далее для вывода охлажденного технологического газа через выпуск конденсирующей стороны, и конфигурирован далее также для выпуска конденсата в позиции, близкой к одному концу конденсатора, и указанный конденсатор имеет сторону технологического газа, разделенную на зону охлаждения технологического газа, конфигурированную с наличием напуска холодной переносящей тепло среды и выпуска нагретой переносящей тепло среды, и зону подогрева ниже по потоку секции охлаждения технологического газа, конфигурированную для подогрева технологического газа, связанную с той выгодой для технологического газа, выходящего из конденсатора, что он является в существенной мере не конденсируемым. Другой вариант конфигурирован для стороны технологического газа зоны подогрева для получения термической энергии от нагретой переносящей тепло среды, что связано с выгодой увеличения тепловой эффективности в результате возвращения тепла, выделяющегося в конденсаторе. Еще другой вариант конфигурирован для прохождения противопотоком переносящей тепло среды и технологического газа в зоне подогрева, что связано с преимуществом улучшенного переноса тепла от переносящей тепло среды к технологическому газу. В другом варианте конденсатор конфигурирован для прохождения скрещивающимся потоком переносящей тепло среды и технологического газа в зоне подогрева, что связано с преимуществом простой физической конструкции зоны подогрева. В другом варианте конденсатор конфигурирован для выведения конденсата вблизи впуска технологического газа, что связано с преимуществом улучшенной эффективности конденсации, таким образом,избегая последующей концентрации конденсата. В другом варианте конденсат включает серную кислоту или олеум, обеспечивая указанные выше преимущества, в частности, способа получения серной кислоты или олеума. В другом варианте конденсатор конфигурирован для стороны технологического газа так, что отделен стеклом от переносящей тепло среды, что связано с преимуществом высокой степени коррозионной устойчивости конденсатора. В другом варианте конденсатор включает стеклянные трубки, конфигурированные для прохождения технологического газа внутри стеклянных трубок и прохождения переносящей тепло среды с внешней стороны стеклянных трубок, что связано с преимуществом большой площади поверхности термического контакта между стороной технологического газа и стороной переносящей тепло среды. В другом варианте конденсатор включает стеклянные трубки, конфигурированные для прохождения переносящей тепло среды внутри стеклянных трубок и прохождения технологического газа с внешней стороны стеклянных трубок, что связано с тем преимуществом, что физическая ориентация стеклянных трубок не связана с выведением конденсата, то есть позволяет горизонтальную установку стеклянных трубок. В другом варианте конденсатор далее включает ограничивающий поток элемент, разделяющий поток переносящей тепло среды на стороне переносящей тепло среды зоны конденсации и зоны подогрева,что связано с преимуществом термического разделения зоны конденсации и зоны подогрева. В другом варианте ограничивающий поток элемент далее включает один или более стабилизирующих элементов, присоединенных к металлической плате, что связано с преимуществом получения высокой стабильности к давлению ограничивающего поток элемента, в связи с тем, что он требует только ограниченное количество материала по сравнению с массивной платой с той же стабильностью к давлению. В другом варианте конденсатор далее содержит один или более увеличивающих турбулентность элементов, что связано с преимуществом обеспечения улучшенного контакта технологического газа со стенками трубки. В другом варианте конденсатор далее включает один или более защитных элементов, таких как индивидуальные отступы, что связано с преимуществом обеспечения средств защиты положения элементов внутри трубок с минимальной модификацией трубок. В другом варианте конденсатор далее включает защитное плечо, являющееся секцией стеклянной трубки, имеющей меньшую площадь внутреннего поперечного сечения, что связано с преимуществом обеспечения средств защиты положения элементов внутри трубок, не повреждая внутреннюю поверхность трубок. В другом варианте один или более увеличивающих турбулентность элементов конфигурирован с возможностью защиты путем подвешивания защитными элементами, что связано с преимуществом избегания деформации объединяющих капли элементов под воздействием веса элемента, увеличивающего турбулентность. В другом варианте один или более увеличивающих турбулентность элементов конфигурирован с возможностью защиты покоящимися защитными элементами, что связано с тем преимуществом, что удается избежать стресса, связанного с натяжением увеличивающих турбулентность элементов. В другом варианте конденсатор далее содержит элемент, объединяющий капли, что связано с преимуществом отсутствия тумана и объединения капель, так что конденсация может быть максимизирована перед подогревом технологического газа. В другом варианте защитный элемент обслуживает элемент, объединяющий капли, таким образом,что движение объединяющего капли элемента ограничено, что связано с тем преимуществом, что объединяющие капли элементы защищены в положении, при котором конденсация может быть максимизирована перед подогревом технологического газа. В другом варианте конденсатор далее содержит ограничивающий элемент, конфигурированный для ограничения движения объединяющего капли элемента, что связано с преимуществом дальнейшей защиты положения объединяющего капли элемента. В другом варианте конденсатор имеет плечо трубки в качестве защитного элемента ограничительных элементов далее включает один или несколько элементов с формой листа, имеющих узкий и широкий конец, и конфигурированных для применения, причем, его широкий конец механически зацеплен с защитным плечом стенки трубки, так что движение ограничивающего элемента ограничено, что связано с преимуществом защиты положения объединяющего капли элемента с минимальной дополнительной потерей давления в комбинированном объединяющем капли элементе и защитном элементе. В другом варианте конденсатора, имеющего один или более выступов трубки в качестве защитных элементов, ограничительные элементы далее содержат элемент, имеющий круглую форму, конфигурированный для применения механического зацепления по периметру с защитным элементом, так что движение ограничительного элемента ограничено, что связано с преимуществом стабильного контакта по отношению ко всему периметру стенки трубки. Альтернативным воплощением изобретения является способ конденсации серной кислоты и/или олеума в технологическом газе, включающий стадии:(i) прохождения технологического газа через стадию конденсации серной кислоты согласно данному изобретению, при котором температура напуска выше точки росы серной кислоты,(ii) охлаждения технологического газа до температуры ниже точки росы серной кислоты,(iii) конденсации и выведения серной кислоты и(iv) подогрева технологического газа выше температуры точки росы серной кислоты внутри стадии конденсации, что связано с преимуществом по сравнении с предыдущим видом, которое состоит в том,что требования к коррозионно устойчивым материалам ниже конденсатора по потоку понижаются, так как устранен риск конденсации ниже по потоку. В другом варианте температура технологического газа на выходе из стадии конденсации после подогрева на стадии (iv), как минимум, на 10 С выше точки росы серной кислоты, что связано с преимуществом понижения требования к коррозионно устойчивым материалам ниже конденсатора по потоку, так как устранен риск конденсации ниже по потоку с достаточным пределом безопасности. Другое альтернативное воплощение данного изобретения включает способ получения серной кислоты и/или олеума из технологического газа, включающий стадии:(a) обеспечения питания технологическим газом, содержащим 0,1-30 мол.% SO2,(b) прохождения питающего технологического газа через первую стадию конверсии SO2, на которой SO2 окисляется до SO3 в одном или нескольких каталитических слоях;(c) охлаждения технологического газа, содержащего SO3 от указанной первой стадии конверсииSO2 до температуры на 0-100 С выше точки росы серной кислоты технологического газа; и(d) конденсации серной кислоты из технологического газа на первой стадии конденсации, причем,на стадии конденсации действуют согласно данному изобретению, что связано с пользой, обеспечиваемой преимуществами данного изобретения в производстве серной кислоты. В другом варианте данного изобретения способ получения серной кислоты и/или олеума из технологического газа далее включает стадии:(e) подогрева потока получаемого после стадии (d) технологического газа, и(f) прохождения этого технологического газа через вторую стадию конверсии SO2, на которой оставшийся SO2 окисляют до SO3 в одном или более каталитических слоях,(g) охлаждения технологического газа до температуры на 0-100 С выше точки росы серной кислоты и(h) последующего прохождения технологического газа через конечную стадию конденсации, причем, как минимум, на одной стадии конденсации (d) и (h) действуют согласно данному изобретению, что связано с преимуществом обеспечения повышенного уровня удаления двуокиси серы. В другом варианте температура технологического газа на входе во вторую каталитическую единицу находится в интервале 350-470 С, предпочтительно 350-400 С, или предпочтительно 350-370 С, что связано с преимуществом подбора требований для каталитического слоя, так как обеспечивает оптимальный тепловой баланс и минимальный избыток температуры, в результате чего гарантируется минимальная избыточная температура, а это обеспечивает оптимизацию баланса SO2/SO3. В другом варианте температура технологического газа на входе во вторую каталитическую единицу находится в интервале 400-470 С, предпочтительно 400-450 С, что связано с обеспечение высокой скорости реакции, а это позволяет иметь небольшой каталитический слой. Другой вариант включает добавление окислителя в виде богатого O2 газа, такого как чистый O2 с преимуществом добавления меньшего количества инертного газа по сравнению с атмосферным газом,что опять же будет приводить к уменьшению размеров оборудования способа, и тем самым к уменьшению расходов. Эти и другие характеристики изобретения отчетливо видны из последующего описания предпочтительных форм вариантов изобретения, приведенных в качестве не ограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых приведено: на фиг. 1 показана схема способа согласно предыдущему способу производства H2SO4 из технологического газа, содержащего SO2,на фиг. 2 показана схема способа согласно данному изобретению для производства H2SO4 из технологического газа, содержащего SO2, с применением конденсатора согласно данному изобретению,на фиг. 3 показаны трубки конденсатора, применяемые в некоторых вариантах данного изобретения,на фиг. 4 показаны трубки, включающие защитные элементы, применяемые в некоторых вариантах данного изобретения, и на фиг. 5 показаны примеры ограничительных элементов, применяемые в некоторых вариантах данного изобретения. Способ согласно предшествующему типу окисления SO2 и последующей конденсации концентрированной серной кислоты, применяющий 2 конденсационные стадии показан на фиг. 1. Принципиальные стадии способа включают окисление SO2 в присутствии первого катализатора в первом каталитическом реакторе 140, конденсацию произведенного SO3 в виде серной кислоты в промежуточном конденсаторе 142, окисление оставшегося SO2 во втором каталитическом реакторе 144 и дальнейшую конденсацию оставшегося и произведенного SO3 в конечном конденсаторе 146 перед тем, как по существу чистый технологический газ может быть выпущен в атмосферу. В этом способе контроль температуры является критическим, поскольку минимальная температура требуется для экзотермического каталитического окисления SO2 в SO3 в 140 и 142, так как существуют высокотемпературные пределы для равновесия между SO2 и SO3, в связи с тем, что определенная доляSO2 не окисляется при высоких температурах. Кроме того, H2SO4, легко образующаяся из Н 2 О и SO3,является очень коррозионной в жидком состоянии, тогда как в газообразном состоянии не является таковой, так что желательно поддерживать технологический газ, содержащий H2SO4, при температуре выше точки росы, до самой конденсации, которая по своей природе требует температуру ниже точки росы, и в связи с этим необходимы коррозионно стойкие материалы, такие как стеклянные трубки. Специфически способ предназначен для температуры напуска в каталитические слои в интервале 370-500 С и для температуры напуска в конденсатор 142 в интервале 5-100 С, предпочтительно 10-70 С, и более предпочтительно 20-50 С, такую как на 30 С выше точки росы серной кислоты. В специфическом варианте способа технологический газ 100 направляют в первый каталитический реактор 140, в котором происходит окисление большей части SO2. Этот первый каталитический реактор может быть оснащен одним каталитическим слоем или несколькими каталитическими слоями, если количество двуокиси серы настолько высоко, то желателен отбор тепла реакции, то есть в теплообменниках 130 и 132, для обеспечения реакции при пониженной температуре, поскольку температура напуска технологического газа 102 в первый конденсатор 142 не ограничивается равновесием между SO2 и SO3. В промежуточном конденсаторе 142 концентрация SO3 на выходе 106 может быть достаточно высокой, для того чтобы появлялась коррозия, если SO3 конденсируется в виде H2SO4. Промежуточный конденсатор 142 конфигурирован для охлаждения технологического газа 102, который поступает в конденсатор с типичной температурой 290 С. Охлаждение типично проводится путем обмена теплом с переносящей тепло средой, такой как воздух 120, которая находится при более низкой температуре по сравнению с технологическим газом. Конденсатор 142 должен быть конфигурирован,чтобы быть совместимым с технологическим газом и конденсатом, причем, может быть коррозионно устойчивым к коррозионному конденсируемому компоненту, то есть его изготавливают из стеклянных трубок или других коррозионно устойчивых материалов, таких как керамические трубки или покрыт облицовочными защитными покрытиями. Типично зона охлаждения 150 представляет собой теплообменник, в котором переносящая тепло среда, такая как воздух, движется противопотоком технологическому газу. Преимущество движения противопотоком состоит в том, что в направлении потока технологического газа температура будет понижаться и, соответственно, возможность конденсации будет возрастать. В связи с этим достигается самый высокий уровень конденсации. Типично конденсатор монтируется вертикально с напуском технологического газа 102 в дне, и собиранием конденсированной жидкости в нижней части 114, однако, в тех случаях, когда технологический газ летит очень быстро, может оказаться предпочтительным, чтобы поток конденсированной жидкости и газа совпадали по направлению, во избежание затопления. Соответственно, предшествующий тип конденсатора эксплуатируется так, что во всех позициях конденсатора условия находятся при температуре росы или близко к точке росы конденсируемого компонента. Это естественный результат при работе с противопотоком, поскольку температура во всех позициях конденсатора (за исключением возможно небольшого расстояния от напуска) будет находиться вблизи условий конденсации, и далее ниже по течению температура всегда будет ниже. Теперь, как показано на фиг. 2, была разработана альтернатива предшествующему типу, включающая конденсатор 142 согласно данному изобретению, в котором за зоной охлаждения технологического газа 150 следует зона подогрева 152, в которой технологический газ нагревают. Для обеспечения успешного нагревания переносящая тепло среда зоны охлаждения должна быть отделена от зоны нагрева. Один из путей для осуществления этого состоит в блокировании потока переносящей тепло среды зоны охлаждения от зоны подогрева. Во-вторых, должен быть обеспечен источник тепла, для зоны подогрева. Возможный путь обеспечения теплом зоны подогрева 152 состоит в переносе нагретой переносящей тепло среды по линии 122 из находящейся выше по потоку секции конденсатора на сторону переносящей тепло среды зоны подогрева технологического газа 152 находящегося ниже по потоку конца конденсатора, и тем самым нагревания технологического газа на стороне технологического газа при конфигурации потоков, таких как, перекрещивающийся поток, совпадающий по направлению поток или противопоток по отношению к технологическому газу. В специфических вариантах изобретения для способа конденсации H2SO4/SO3, сторона технологического газа и сторона переносящей тепло среды могут быть разделены, с одной стороны, прохождением потоком по стеклянным трубкам, для того чтобы обеспечить коррозионную устойчивость. В одном варианте поток переносящей тепло среды может проходить внутри стеклянных трубок,причем, серная кислота конденсируется на внешней стороне трубок. В этой конфигурации поток переносящей тепло среды определяется соединением трубок, и в связи с этим просто контролировать какая секция конденсатора возвращает нагретую переносящую тепло среду. В этой конфигурации подогревающие трубки предпочтительно располагают горизонтально, так как они имеют оптимальную эффективность обмена теплом, генерируя поток с максимальной турбулентностью. Стенки конденсатора в этой конфигурации должны быть изготовлены из высоко коррозионно устойчивых материалом. В альтернативном варианте поток внутри стеклянных трубок представляет собой технологический газ, содержащий конденсируемую H2SO4, так что конденсация происходит внутри трубок и конденсат может собираться в нижней зоне конденсатора, которая может находиться на уровне или ниже впуска газа - то есть вблизи одного из концов конденсатора. В этом случае ограничивающий поток элемент 154 на стороне переносящей тепло среды является выгодным, так как гарантирует, что холодная переносящая тепло среда для охлаждения технологического газа в секции охлаждения 150 удерживается от вхождения на сторону переносящей тепло среды зоны подогрева технологического газа 152. Должно быть выполнено условие, когда нагретая переносящая тепло среда направляется в зону подогрева, чтобы давление с холодной стороны ограничивающего элемента 154 было типично более высоким чем с теплой стороны, и поэтому ограничивающий поток элемент 154 предназначен для предотвращения в существенной мере пропускания среды переносящей тепло, то есть обеспечен прокладками из корозионно устойчивого материала, такого как фторполимеры, включая политетрафторэтилены (ПТФЭ) или перфторалкоксиполимеры (ПФАП), однако такое абсолютное уплотнение не требуется. Альтернативно можно использовать другие источники тепла, чем нагретая переносящее тепло среда, для зоны нагрева 152, главным образом, другие теплые технологические газы, а также могут быть использованы другие способы нагрева, такие как нагрев электрическим током. Для конденсатора, в котором технологический газ проходит внутри стеклянных трубок, ограничивающий поток элемент 154 на стороне переносящей тепло среды может быть сделан как окружающий трубки чехол, в пустотах которого расположены трубки. Специфически окружающий трубки чехол может быть изготовлен из стальной пластины или из слоистой конструкции на основе стальной пластины со стабилизаторами. В том месте, где конденсируемый компонент является коррозионным, пластина может быть сделана из устойчивой к коррозии стали или из другого устойчивого к коррозии материала, или его поверхность может быть защищена подходящим материалом, таким как фторполимеры, включая ПТФЭ или ПФАП. В предшествующем типе специфического способа конденсации SO3, конденсатор типично изготавливают из трубок, сделанных из устойчивых к коррозии материалов, таких как стекло. Трубки типично круглые. Внутри трубок часто устанавливают усиливающий турбулентность элемент, такой как спиральный, для содействия переносу тепла или конденсации, и калибр-пробку, предназначенную для поддержания конденсации конденсируемой жидкости. Согласно данному изобретению для специфических процессов H2SO4/SO3 конденсации, сторона конденсатора, где проходит технологический газ, изготовлена из устойчивого к коррозии материала, типичны стеклянные трубки, однако можно применять трубки или предметы другой геометрии, сделанные из керамики, или могут использоваться покрытые материалы. Трубки типично могут быть круглыми,однако они могут иметь любую подходящую форму. Как показано на фиг. 3 трубки 300 могут иметь конфигурацию с наличием элемента, повышающего турбулентность, такого как спираль 306, установленного для способствования переносу тепла путем формирования турбулентного потока с минимальной потерей давления. Дополнительно трубки могут быть далее конфигурированы с наличием объединяющего капли элемента 302, такого как туманоуловитель, то есть калибр-пробку, предназначенную для поддержания образования капель, и тем самым конденсации конденсируемой жидкости. При введении зоны подогрева в конденсатор трубки предпочтительно конфигурированы с наличием объединяющего капли элемента, расположенного вблизи конца вниз по потоку охлаждающей секции, и трубки могут быть далее конфигурированы с наличием второго повышающего турбулентность элемента 304, 308, расположенного в секции подогрева. При применении конденсатора данного изобретения в способе конденсации, при котором технологический газ движется потоком внутри стеклянных трубок 300, может оказаться выгодной конфигурация, включающая поддерживающие способ элементы, такие как повышающие турбулентность элементы внутри трубок, такие как спирали 304, 306, 308, а также объединяющие капли элементы 302. Эти поддерживающие способ элементы не являются неотъемлемыми для действия данного изобретения, однако их присутствие может вносить вклад в эффективность изобретения. Кроме того, специфические конфигурации конденсатора могут включать элементы для удерживания поддерживающих способ элементов в правильном положении. Такие повышающие процесс конденсации элементы могут также с выгодой применяться в других процессах конденсации. В случае конденсации вызывающих коррозию конденсируемых жидкостей, таких как серная кислота, поддерживающие процесс элементы могут быть с выгодой изготовлены из высоко устойчивых к коррозии материалов, таких как фторполимеры, включая ПТФЭ или ПФАП. Вблизи от выпуска конденсационной зоны конденсаторных трубок может быть установлен объединяющий капли элемент 302. В связи с тем, что, с одной стороны, является важным, чтобы потеря давления в объединяющем капли элементе была низкой, является также важным, чтобы объединяющий капли элемент был способен собирать значительную часть тумана и капель конденсируемого компонента перед зоной подогрева, гарантируя то, что конденсированная жидкость не будет снова нагрета и испарена, а будет собрана в виде капель конденсата. Позиционирование повышающих турбулентность элементов может быть обеспечено защитными элементами в трубке. Эти защитные элементы могут включать один или несколько частичных или пол-6 025201 ных ограничителей по внутреннему диаметру стеклянной трубки, включающих индивидуальные сдвиги 406 стеклянной трубки, как показано на фиг. 4, или плечо 410, сформированное путем уменьшения диаметра стеклянной трубки. Защитные элементы могут быть позиционированы в конце вверх по потоку или вниз по потоку повышающих турбулентность элементов 304, 306, 312, так что положение повышающего турбулентность элемента обеспечивается опиранием повышающего турбулентность элемента на защитный элемент или подвешиванием его на защитном элементе. Может также оказаться полезным ограничение движений объединяющего капли элемента 302 таким образом, чтобы конденсирующийся технологический газ не сдвигал положение объединяющего капли элемента. Как показано на фиг. 3 и фиг. 4 может быть создан один или более сдвигов трубки 306,310, 406, 410, включая образование плеча 310, 410. Кроме того, конденсатор может быть конфигурирован с объединяющим капли элементом 302, опирающимся на дополнительный ограничивающий элемент 306, который контактирует с одним или более сдвигами трубки и который поддерживает объединяющий капли элемент, или, как показано на фиг. 3 А, повышающий турбулентность элемент 304 защищает положение объединяющего капли элемента 302. На фиг. 5 показаны примеры дополнительных ограничительных элементов, включающие кольца, конфигурированные для расположения на одном или более сдвигов, такие как 500 и 502, или в случае плечевой конструкции трубки ограничительные элементы имеют только несколько контактных точек со стенкой трубки, такие как плоско конфигурированный элемент для расположения трубчатой конструкции 504, элемент с перекрещиваним 506, кольцо с выступами 508 или удлиненный элемент 510, вокруг которого может быть расположен объединяющий капли элемент. Общим для всех этих элементов является то, что они ограничивают свободное движение объединяющего капли элемента, поскольку позиция объединяющего капли элемента хорошо определена, и конденсация завершается до того, как капли вступят в зону подогрева. Другое преимущество применения конденсатора данного изобретения состоит в его применении в качестве конечного конденсатора по сравнению с предшествующей батареей. В предшествующем виде,это была общепринятая практика добавления горячего разбавляющего воздуха в этом положении, для того чтобы избежать конденсации H2SO4, однако повторное использование термической энергии переносящей тепло среды в конденсаторе согласно данному изобретению является более эффективным для избегания этих проблем. Примеры Пример 1. Первый пример представляет собой вариант способа согласно предшествующему типу и включает обработку отходящего газа, содержащего H2S, применяемый в способе на WSA-установках (WSA = wetsulfuric acid = мокрая серная кислота), при котором серную кислоту получают из мокрого технологического газа непосредственной конденсацией из газовой фазы. Способ состоит из 3 стадий:A) сжигания, на которой H2S окисляют до SO2,B) конверсии SO2, на которой SO2 реагирует с O2 и превращается в SO3,C) конденсации, на которой SO3 гидратируется до H2SO4 (газ.) и конденсируется в H2SO4 (жидк.). Способ проводится при условиях способа, указанных в табл. 1, согласно фиг. 1, поскольку температура выхода технологического газа из конденсатора находится ниже точки росы серной кислоты необходимы стойкие к коррозии материалы вниз по потоку от конденсатора. Таблица 1ppmv = млн.доля по объему. Технологический газ выходит из конденсатора при температуре 110 С, которая примерно на 18 С ниже точки росы серной кислоты. В связи с этим он содержит жидкие капли серной кислоты, что делает его очень коррозионно способным. Пример 2. Второй пример представляет собой вариант согласно данному изобретению, показан на фиг. 2 и в табл. 2. Здесь условия соответствуют условиям в примере 1, за исключением того, что конденсатор эксплуатируется согласно данному изобретению, то есть с зоной подогрева, так что температура технологического газа на выходе из конденсатора находится выше точки росы серной кислоты, так что нет необходимости в использовании стойких к коррозии материалов ниже по потоку от конденсатора. Таблица 2ppmv = млн.доля по объему. Технологический газ в этом примере покидает конденсатор при температуре 180 С, что примерно на 50 С выше точки росы серной кислоты. В связи с этим газ сухой и не является коррозионно способным. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Конденсатор для получения серной кислоты, имеющий пространство для технологического газа и пространство для теплоносителя, разделенные коррозионно-стойким материалом, указанный конденсатор предназначен для питания горячим технологическим газом, содержащим пары серной кислоты, через впускное отверстие в пространство технологического газа и сконфигурирован для вывода охлажденного технологического газа через выпускное отверстие из пространства технологического газа и для вывода конденсата серной кислоты или олеума в позиции, близкой к одному концу конденсатора, причем указанное пространство для технологического газа разделено на зону охлаждения технологического газа, в которой имеется впускное отверстие для холодного теплоносителя и выпускное отверстие для нагретого теплоносителя, и зону подогрева, расположенную ниже по потоку относительно зоны охлаждения технологического газа, содержащую источник тепла и предназначенную для подогрева технологического газа за счет термической энергии. 2. Конденсатор по п.1, который дополнительно сконфигурирован для использования тепловой энергии от нагретого теплоносителя в указанной зоне подогрева технологического газа. 3. Конденсатор по п.2, который дополнительно сконфигурирован с противоположными направлениями потоков теплоносителя и технологического газа в зоне подогрева. 4. Конденсатор по п.2, который дополнительно сконфигурирован с перекрестными направлениями потоков теплоносителя и технологического газа в зоне подогрева. 5. Конденсатор по любому из пп.1-4, который выполнен с возможностью отделения стеклом пространства для теплоносителя от пространства для технологического газа. 6. Конденсатор по п.5, содержащий одну или более стеклянных трубок, предназначенных для прохождения потока технологического газа внутри стеклянных трубок и потока теплоносителя с наружной стороны стеклянных трубок. 7. Конденсатор по п.5, содержащий одну или более стеклянных трубок, предназначенных для прохождения потока теплоносителя внутри стеклянных трубок и потока технологического газа с наружной стороны стеклянных трубок. 8. Конденсатор по любому из пп.1-7, далее содержащий ограничивающий поток элемент, разделяющий поток теплоносителя в пространстве теплоносителя на зону конденсации и зону подогрева. 9. Способ конденсации серной кислоты и/или олеума из технологического газа, включающий стадии, на которых:(i) вводят технологический газ, содержащий пары H2SO4, в конденсатор для получения серной кислоты по любому из пп.1-8, причем температура указанного технологического газа на впуске выше точки росы серной кислоты;(ii) охлаждают указанный технологический газ до температуры ниже точки росы серной кислоты;(iv) указанный технологический газ на стадии конденсации подогревают выше температуры точки росы серной кислоты. 10. Способ по п.9, в котором температура технологического газа на выходе из стадии конденсации после подогрева на стадии (iv) как минимум на 10 С выше точки росы серной кислоты. 11. Способ получения серной кислоты и/или олеума из технологического газа, включающий стадии на которых:(b) вводят указанный подаваемый технологический газ в первую стадию в SО 2-конверсии, на которой SO2 окисляется до SO3 в одном или нескольких каталитических слоях;(c) охлаждают полученный на стадии (b) технологический газ, содержащий SO3, до температуры на 0-100 С выше точки росы серной кислоты; и(d) конденсируют серную кислоту из технологического газа на первой стадии конденсации способом по пп.9 или 10. 12. Способ получения серной кислоты и/или олеума из технологического газа по п.11, далее включающий стадии, на которых:(e) подогревают поток получаемого после стадии (d) технологического газа;(f) отправляют указанный поток технологического газа на вторую стадию конверсии SO2, на которой оставшийся SO2 окисляют до SO3 в одном или более каталитических слоях;(g) охлаждают технологический газ, полученный на стадии (f), до температуры на 0-100 С выше точки росы серной кислоты и(h) проводят указанный охлажденный технологический газ через конечную стадию конденсации,которую проводят способом по п.9 или 10. 13. Способ по п.11 или 12, в котором окислитель, используемый на стадиях конверсии SO2 в SO3,добавляют в виде богатого О 2 газа, такого как чистый О 2.

МПК / Метки

МПК: F25B 39/04, C01B 17/80, B01D 5/00

Метки: серной, кислоты, конденсатор, получения, способ

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/11-25201-kondensator-i-sposob-polucheniya-sernojj-kisloty.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Конденсатор и способ получения серной кислоты</a>

Похожие патенты