Способ конденсации паров серной кислоты и устройство для его осуществления

 

Топочные газы и т.д. могут содержать SO₂, который предотвращается от выпуска в атмосферу, подвергается окислению до SO₃ и конденсируется с помощью водяного пара до парообразной H₂SO₄ , которая конденсируется в вертикальных стеклянных трубках, охлаждаемых снаружи. Конденсат собирается вблизи нижних частей труб. В процессе охлаждения образуется туман из очень небольших капель H₂SO₄ с тенденцией утечки в атмосферу. Регламентирующие правила в отношении окружающей среды постоянно повышают требования по снижению количества утечки такого тумана. Способ состоит в пропускании газа через аэрозольный фильтр при газонепроницаемом соединении с верхней частью труб. Такой фильтр может быть образован из кислотостойких волокон или нитей, имеющих толщину 0,04 - 0,7 мм, которые могут быть расположены так, чтобы обеспечить падение давления до величины ниже 20 мбар. Кроме того, захваченная фильтром серная кислота должна течь через трубу в противотоке с подаваемым газом. Описываются разные варианты реализации фильтров и фильтрующего материала. Восстановленная серная кислота является высокочистой и высококонцентрированной. 4 ил., 6 табл.

Изобретение касается способа получения серной кислоты в вертикальных трубах из кислотостойкого материала, обычно стекла, при конденсации паров серной кислоты.

Известен способ получения концентрированной серной кислоты из газов, содержащих SO₃ и избыток H₂O, в котором газ охлаждается, серная кислота конденсируется и концентрируется в две стадии в насадочной абсорбционной колонне. На второй стадии подаваемый газ пропускается вверх в противотоке с конденсированной кислотой, концентрация которой тем самым увеличивается. На последующей стадии пары серной кислоты абсорбируются серной кислотой, рециркулирующей через слой насадки. Содержание тумана серной кислоты снижается благодаря специальному регулированию температуры, при которой рециркулируемая кислота удаляется из колонны. В этом способе остаточный кислотный туман удаляется в аэрозольном фильтре, установленном после зоны абсорбции. Фильтр является фильтром "низкой скорости", функционирующий с линейной скоростью ниже 1 м/с и при падении давления выше 20-30 мбар [1].

Известен способ концентрации паров серной кислоты и устройство для его осуществления [2].

В этом способе поток горячего газа, имеющий температуру 240-330^oC и содержащий до 10 об. % на объем SO₃ и 50 об.% H₂O, при этом отношение об.% H₂O/об. % SO₃ > 1, пропускается из отсека в верхнем направлении через кислотостойкие трубы, охлаждаемые снаружи воздухом так, чтобы побудить серную кислоту конденсироваться как пленка жидкости, стекающая вниз по внутренней стенке труб. Охлаждающий воздух пропускается через устройство в противотоке с серной кислотой, содержащей газ, в трубах, т.е. путем пропускания охлаждающего воздуха, введенного по трубопроводу, секционно в направлении вниз из верхней части противотоком после труб через ряд секций, разделенных горизонтальными направляющими пластинами. Чтобы избежать образования больших количеств кислотного тумана в газе, оставляющем трубы, предлагается, чтобы температура (ТА₂) охлаждающего воздуха, оставляющего колонну, отвечала условию T > 125 + 6α+ β+0,2 (Т1 - T_α),^oC, где α- концентрация, об.%, SO₃ + пары H₂SO₄ в газе, подаваемом в колонну; β- концентрация, об.%, водяных паров в том же подаваемом газе; Т₁ - температура того же подаваемого газа, ^oC; T_α- температура точки росы паров серной кислоты в том же подаваемом газе, ^oC.

Часть труб между нижним и верхним трубными листами является зоной конденсации, внутренний диаметр труб обычно составляет 25-30 мм, они выполнены из материала, имеющего теплопроводность по крайней мере 0,5 ккал/(м˙ч˙ ^oC), практически из стекла, имеющего теплопроводность около 1,1 ккал/(м ˙ч˙ ^oC). Охлаждающий воздух поступает через вход, выходящий из труб газ оставляет устройство через совместный отсек и трубу. Охлаждающий газ направляется направляющими пластинами поочередно в поперечном направлении и вниз направления потока на разгрузочные (выпускные) отверстия, которые могут открываться и закрываться в соответствии с потребностью. Т₂ - температура газа, выходящего из трубы.

Способ включает в себя ряд преимуществ, описанных в способе [1]. Наиболее важное преимущество состоит в том, что тепло, выделяемое охлаждением газа, и конденсация серной кислоты используются для предварительного нагревания воздуха или газа, в то время как значительное количество тепла теряется в охлаждающей воде в способе-аналоге [1].

Однако способ [2] имеет и недостатки.

Во-первых, при использовании этого способа невозможно достигнуть концентраций кислотного тумана (мелких капель серной кислоты) ниже примерно 25 ч на млн. H₂SO₄ (109 мг H₂SO₄) Nm³) с трубами, имеющими внутренний диаметр (внутр.д.) около 30 мм или больше, тогда как по причинам конструкции и экономии предпочтительно использовать трубы, имеющие внутренний диаметр 35-40 мми наружный диаметр (наруж.д.) 40-45 мм, особенно на больших промышленных установках. Кроме того, установлено путем повторения измерений, что содержание кислотного тумана после стеклянных труб иногда может быть больше.

Во-вторых, содержание мелких капель серной кислоты в выходящем газе увеличивается, если линейная скорость газа в трубах увеличивается с 5 м/с, например до 8 м/c, в то же время длина труб увеличивается до 6 м у труб, имеющих внутр. д. 36 мм, чтобы получить теплообменную поверхность, необходимую для достижения требуемых величин Т₂ и T. Такое увеличение нагрузки на каждую трубу с внутр. д. 36 мм с 9 Нм³/ч подаваемого газа, например, до 17 Нм³/ч является желательным из-за стоимости колонны, которая во многом зависит только от количества труб в колонне, и следовательно от общей площади поперечного сечения колонны, тогда как дополнительные расходы, связанные с удлинением труб и увеличением загрузки газа в каждую трубу, очень незначительны.

В-третьих, установлено, что содержание кислотного тумана в отходящих газах из труб увеличивается, когда содержание паров серной кислоты в подаваемых газах уменьшается до менее 1 об.% H₂SO₄. При 0,1 об.% H₂SO₄ и ниже основная часть содержания серной кислоты в газе соответственно разгружается с выходящим газом в форме капель, даже если соблюдаются температурные условия. Так как способ согласно [2] является очень важным особенно для десульфуризации топочных газов, то необходимо усовершенствовать его таким образом, чтобы выпускаемые газы содержали мелкие капли серной кислоты в количестве ниже примерно 40 мг H₂SO₄/Н м³(соответствует примерно 9 ч. на млн. H₂SO₄), количество серной кислоты с точки зрения защиты окружающей среды обычно устанавливается как максимальное.

Способ удаления кислотного тумана (мелких капель серной кислоты) после труб, известный из [1] , состоит из фильтрования выходящего газа в аэрозольном фильтре. Остаточное содержание кислотного тумана после конденсации паров серной кислоты в наполненной колонне извлекается в аэрозольном фильтре "низкой скорости". Такие аэрозольные фильтры используются в обычных промышленных установках серной кислоты и необходимы для удаления мелких капель, имеющих размер меньше 1 мкм. Фильтр обычно состоит из витков волокон или нитей, имеющих диаметр меньше 0,05 мм, функционирует с линейной скоростью газа ниже 1 м/с и вызывает падение давления выше 20-30 мбар. Использование такого аэрозольного фильтра для очистки газа труб включает неудобства из-за размера фильтра и дополнительного падения давления, возникающего в нем. Кроме того, кислота, отделенная в фильтре, имеющая концентрацию около 75% H₂SO₄, практически не может снова возвращаться в цикл и распределяться по трубам. Это вызывает два дополнительных серьезных недостатка, во-первых, кислота, выделенная в фильтре, который при обработке отходящих газов (топочных газов) может составлять основную часть производства кислоты, концентрируется до 93-96% H₂SO₄ c помощью отдельной установки, и, во-вторых, трудно поддерживать трубы чистыми от загрязнения, которое в противном случае вымывалось бы серной кислотой, протекающей обратно через трубы.

Цель изобретения состоит в создании способа для устранения указанных недостатков.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 и 3 - варианты выполнения аэрозольных фильтров для использования в способе; на фиг. 4 - графические кривые, представляющие точку росы серной кислоты в отношении газов, содержащих 1 и 2 частиц на млн. соответственно паров серной кислоты, как функция содержания водяных паров в газе.

Установлено, что кислотный туман, т.е. мелкие капли кислоты в газе, на выходе из труб может удаляться до содержания H₂SO₄ ниже 40 мг на Нм³в сравнительно небольшом "высокой скорости" аэрозольном фильтре из нитей или волокон, имеющих диаметр 0,05-0,5 мм, размещенных в каждой трубе, при скоростях газа 2-6 м/с (вычисленные при фактическом давлении и без коррекции в отношении объема, абсорбированного фильтром) при падении давления в фильтре между 2 и 20 мбар (миллибар), часто между 4 и 10, при условии, что соблюдаются следующие температурные уравнения T > T* = T_α- 30-10α , ^oC (1) Т₂ < Т₂*, (2) Т₂ - T < 90^oC, (3) где T_α , Т₂ иα имеют значения, указанные ранее; T и T - cоответственно температура входящего и выходящего охлаждающего воздуха; T* - вычислительная температура, при которой давление паров H₂SO₄соответствует 2 ч. на млн. паров H₂SO₄ в газе, оставляющем трубы. Все температуры выражаются в градусах Цельсия; Т₂* нормально находится в диапазоне от 100 до 125^oC в зависимости от парциального давления H₂O в газе, как показано на фиг.5. Выделенная серная кислота течет обратно в трубу и оставляет ее вблизи нижней части в виде концентрированной серной кислоты.

Если эти условия в отношении входной и выходной температур не удовлетворяются, кислотный туман не может быть удален этими простыми высокоскоростными аэрозольными фильтрами.

Изобретение касается способа конденсации паров серной кислоты и улавливания мелких капель серной кислоты по существу в вертикальных кислотостойких трубах из газов, содержащих 0,01-10 об.% паров серной кислоты и 0-50 об. % паров воды, причем газ, содержащий серную кислоту, проводится в трубы снизу при 0-100^oC выше точки росы серной кислоты в этом газе, и охлаждается во время потока через трубы в направлении вверх до выходной температуры Т₂, которая ниже, чем температура, при которой давление паров серной кислоты составляет около 2 х 10^-6 бар при равновесии с парциальным давлением водяных паров, доминирующим на выходе труб в верхней части, причем трубы охлаждаются снаружи газовой средой, протекающей по существу в противотоке с газом, содержащим серную кислоту, конденсация серной кислоты, протекающей вниз по трубам, происходит в течение охлаждения.

Способ согласно изобретению отличается тем, что нагревание газовой среды от входной температуры T 0-50^oC до выходной температуры Tосуществляют путем удовлетворения уравнений (1) и (3), где T_α- точка росы серной кислоты, газ содержит серную кислоту и пропускается по трубам, α- объемный процент серной кислоты, вычисленный на основании предположения, что SO₃ полностью гидратирован. Кроме того, пропускают газ, оставляющий каждую трубу, через высокоскоростной аэрозольный фильтр при скорости газа 1-7 м/с, фильтр смонтирован в герметичном соединении на верхней части каждой трубы и содержит волокна или нити диаметром 0,05-0,5 мм, при этом нити или волокна присутствуют в количестве, образующем толщину слоя и такую конфигурацию, что падение давления через фильтр будет между 2 и 20 мбар.

Устройства для реализации описанного способа содержит один или больше пучков по существу вертикальных труб из кислотостойкого материала, причем каждая труба имеет вход для газа в нижней части, выход для газа в верхней части и выход для кислоты вблизи нижнего конца, причем трубы проходя в зону охлаждения, имеющую длину, в 120-250 раз большую внутреннего диаметра трубы, и имеют в верхней и нижней частях вход и выход соответственно для газовой охлаждающей среды, пропускаемой в противотоке с газом в трубах. Каждая труба снабжена высокоскоростным фильтром, смонтированным в герметичном соединении с верхней частью трубы. В трубах для устройства согласно изобретению с целью улучшения величины теплопередачи могут быть размещены пряди из кислотостойкого материала, имеющие толщину 2-7 мм и намотанные для образования спирали, имеющей наружный диаметр 90-100% внутреннего диаметра трубы и шаг витков 20-200 мм на виток.

Серия экспериментов для иллюстрации изобретения была проведена на экспериментальной установке, показанной на фиг.1. Установка содержит только одну трубу и имеет производительность до 20 Нм³/ч газа, содержащего серную кислоту, получаемую путем забора воздуха из помещения с помощью воздуходувки 12, нагревания воздуха в электрическом нагревателе 13 и смешивания его с водяным паром и газообразной SO₂ для получения требуемой газовой композиции. Газовая смесь нагревается далее до 420^oC в элекрическом нагревателе 14, после которого она пропускается через каталитический реактор 15, в котором около 96% содержания SO₂ в газе окисляется до SO₃ c помощью катализатора серной кислоты известного типа, содержащего ванадий и калий в качестве активных компонентов. Затем газ охлаждается в теплообменнике 16 примерно до 250^oC (Т₁) перед подачей на конденсатор серной кислоты, состоящий из одной стеклянной трубы 17, имеющей длину 6 м, внутр. д. 36 мм и наруж. д. 40 мм. Сверху длиной 5,4 м стеклянная труба опоясана большей трубой 18, в которую пропускается охлаждающий воздух из воздуходувки 19, принуждая газовый поток в трубе 17 охлаждаться в противотоке с воздушным потоком в наружной трубе. Наружная труба изолирована с помощью минеральной шерсти 100 мм. Охлаждающий воздух может вводиться через один из множества клапанов 20-23, тем самым охлаждаемая зона может регулироваться в отношении 5,4; 4,95; 4,55 или 4,05 м соответсвенно. Условия потока охлаждающего газа адаптированы так, что величина теплообмена (h_v) на наружной стороне трубы та же самая, как и на соответствующей трубе в промышленной установке, на которой охлаждающий воздух пропускается через связку труб в противотоке и поперечном потоке обычно с шестью секциями. Величина передачи составляет 70 Вт/м²/^oC на наружной стороне трубы и 30 Вт/м²/^oC на внутренней стороне, тогда как сопротивление теплообмену в стеклянной стенке незначительно.

Величина теплообмена в трубе улучшается, когда по всей своей длине она содержит спираль, образованную из пряди, имеющую толщину 2-7 мм, наружн. д. , который такой же или немного меньше, как внутр. д. трубы, и соответствующий шаг. Это связано с тем, что спираль увеличивает турбулентность газа, протекающего по трубе, без увеличения количества кислотного тумана и без предотвращения оттока кислоты вниз через трубу. Поэтому спираль открывает возможность увеличения производительности газа в трубе без увеличения длины последней. В экспериментах использовалась спираль, имеющая наруж. д. 35 мм и шаг 120 мм на шток.

В других экспериментах было установлено, что включение других средств для увеличения турбулентности в трубе, например цепь, винт или червяк, имеющий существенно меньший поперечный размер, чем внутренний диаметр трубы, ведет к повышенной утечке кислотного тумана через фильтр 24 в верхней части трубы, поэтому такие средства не используются для улучшения величины теплообмена в трубах.

Эксперименты проводились с двумя разного типа фильтрами 24. Один фильтр показан на фиг.2 и далее именуется фильтром А, тогда как другой показан на фиг.3 и именуется фильтром В.

Фильтр А состоит из цилиндрической стеклянной трубы, например патрона 25, имеющей внутренний диаметр 46 и длину 200 мм. Патрон 25 фильтра в нижней части имеет суженную часть 26, наружный диаметр которой 40 мм, с помощью наружной с плотной посадкой политетрафторэтиленовой муфты 27 она соединяется со стеклянной трубой 17, имеющей такой же наружный диаметр. Падение давления через фильтровальный патрон измеряется с помощью ответвленной трубки (патрубка) 28, ведущей в муфту. Фильтровальная среда 29 помещается в фильтровальный патрон, она состоит из нитей фторполимера, имеющих толщину 0,3 мм и связанных в форме полотна, имеющего ширину около 160 мм; полотно скатывается в рулон для возможности введения в патрон. Этот рулон имеет тот же диаметр, что и внутренний диаметр фильтровального патрона. Нитеобразный материал составляет около 7 об.% рулона. Когда мелкие капли серной кислоты, присутствующие в газе, движутся вверх через рулон, мелкие капли захватываются и агломерируют с образованием крупных капель, которые стекают вниз в противотоке с газом и опускаются далее в стеклянной трубе.

Фильтр В является радиальным фильтром, как показано на фиг.3, и состоит из перфорированного цилиндра 30 из кислотостойкого материала, наружн. д. около 24 и длина перфорированной зоны 40 мм. Слои тканой фильтрующей ткани 31 из волокон или нитей диаметром 0,1 мм обернуты вокруг цилиндра. Зона потока в фильтре может быть уменьшена от максимальной зоны около 30 см², вычисленной в отношении наружной поверхности цилиндра, с помощью снабжения пробкой 32, плотно входящей в цилиндр и регулируемой относительно уровня блокирования ряда перфораций цилиндра, и незакрывания требуемой зоны потока. В₁ и В₂ относятся к зоне потока 26 и 23 см² соответственно, незакрытой в радиальном фильтре. Перфорированный цилиндр смонтирован в корпусе 33, имеющем внутренний диаметр около 52 мм, в нижней части соединен с цилиндром 30 с помощью плотно монтируемого основания 34, через которое выходит патрубок или трубка 35, чтобы отводить отфильтрованную кислоту, причем кислота подается в сторону наружной поверхности фильтра с помощью газового потока.

Падение давления ΔР через фильтр может быть вычислено в соответствии с хорошо известными формулами при условии, что линейная скорость газа V через фильтр, толщина нитей или волокон d и длина l в направлении потока фильтровального слоя (типа А) через число n cлоев фильтровальной ткани (тип В) известны: фильтр А: ΔР = 3 х 10^-3 х V^1,2 х 1/d, мбар (5) фильтр В: ΔР = 3,5 х 10^-5 х V^1,2х n/d, мбар (6)
Способ согласно изобретению иллюстрируется с помощью нескольких примеров.

П р и м е р 1. Типичные экспериментальные результаты с двумя типами фильтров обобщены в табл. 1-6, подаваемый на трубы газ содержал 0,1% H₂SO₄ + 7% H₂O (или 25%), 1% H₂SO₄ + 8% H₂O и 6% H₂SO₄ + 7% H₂O. Концентрации соответствуют номинальной композиции при полной гидратации SO₃ для образования H₂SO₄. Реакция гидратации следующая
SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (пары) которая всегда находится в равновесии в экспериментальных условиях и практически полностью смещается в правую сторону при температурах ниже 250^oC.

Эксперименты с 1-1 по 1-6 в табл.1 и 2 (0,1% H₂SO₄ + 7% H₂O в подаваемом газе) показывают, что содержание мелких капель серной кислоты в газовой фазе до фильтра является почти постоянным и соответствует 60-80% cодержания SO₃ в подаваемом газе, когда T понижается с 194 до 124^oC при постоянных величинах Т₁, Т₂ и T, длина охлаждающей зоны уменьшается с 5,4 до 4,05 м, а поток охлаждающего воздуха в это же время увеличивается, чтобы поддерживать Т₂ постоянной при 100^oC. Фильтр А улавливает 98-99% этих мелких капель до величины T около 160^oC, в то время как содержание H₂SO₄ в выпускаемом газе из фильтра А резко увеличивается с 8-10 ч. на млн. при величинах T таких низких как 170^oC до примерно 40 ч на млн. при T = 151^oC, 200 ч. на млн. при 138^oC и 400 ч. на млн. при T = 124^oC, при этой величине T фильтр не способен удалять практически капли кислоты из газовой фазы. Эксперименты 1-7 и 1-8 показывают, что величина T является критической величиной, которая определяет, может ли быть кислотный туман выделен в фильтре или нет. По ходу этих экспериментов T понижалась до температуры ниже 155^oC в эксперименте 1-8 и Т₁ до 230^oC в эксперименте 1-7 cоответственно. Этот поток охлаждаемого воздуха также принуждает кислотный туман проникать через фильтр. Эксперименты 1-10 показывают, что увеличение газового потока через трубу до 18 Нм³/ч вызывает увеличение содержания кислотного тумана в газе перед фильтром до 90% количества серной кислоты, но фильтр все еще эффективно удаляет мелкие капли. Попытки дальнейшего увеличения газового потока до 22 Нм³/ч оказались безуспешными, потому что в этом случае кислота не могла течь обратно вниз через стеклянную трубу в противотоке с газом. Уменьшение газового потока до 9 Нм³/ч в экспериментах 1-11, 1-12 и 1-13 привело к пониженному содержанию кислотного тумана до фильтра, но к немного более высокому содержанию после фильтра. Эксперимент 1-13 является повторением эксперимента 1-12 лишь за исключением того, что длина зоны фильтра А была удвоена, что вызывало удвоение падения и более чем наполовину содержания кислотного тумана после фильтра. В экспериментах 1-14 и 1-15 Т₂ была повышена до 112^oC путем увеличения T до 50^oC в 1-14 и уменьшения потока охлаждающего воздуха в 1-15. В обоих случаях четкое увеличение содержания кислотного тумана после фильтра продолжалось, что показывает, что максимальная выходная температура газа является другим критерием, требующим его соблюдения, чтобы обеспечить условие, при котором фильтр может эффективно удалять мелкие капли кислоты. Следует отметить, что утечка H₂SO₄ в форме пара составляет только 3 ч. на млн. при 112^oC, т.е. больше 80% утечки кислоты здесь происходит в форме мелких капель кислоты.

На фиг. 5 показана температура росы серной кислоты в отношении газов, содержащих 1 или 2 ч. на млн. паров серной кислоты как функция содержания воды в газе.

Что касается падений давления на фильтре, то следует отметить, что фильтры А и В₁ в диапазоне указанных температур удаляют кислотный туман до 8-10 ч. на млн. H₂SO₄ при падениях давления около 8 мбар, тогда как фильтр В₂, в котором линейная скорость газа составляет 4 м/с в противоположность 2 м/с в В₁, очищает его до 1 ч. на млн. H₂SO₄ при падении давления 18 мбар при тех же условиях работы. Когда эксперимент проводился при указанных температурах лишь небольшое количество жидкости задерживалось в фильтре, падения давления были 10-20% выше падений давления, измеренных, когда фильтр работал при сухих условиях с той же скоростью газа и температуры, но без H₂SO₄ в газе.

В экспериментах 1-17 и 1-18 входная температура T воздуха понижалась до 10 и 0^oC одновременно с сохранением выходной температуры Т₁ при 100^oC, в результате чего разность температур Т₂-T увеличилась с 80 до 90 и 100^oC, содержание кислотного тумана после аэрозольных фильтров четко повышалось и превышало 10 ч на млн. H₂SO₄ при Т₂-T = 100^oC. В экспериментах 1-19 Т₂ была понижена до 80^oC, одновременно сохраняя T = 0^oC (путем увеличения потока охлаждающего воздуха), в результате чего кислотный туман после фильтров А и В₁ падал до 10 ч на млн. Н₂SO₄. Это показывает, что не абсолютна величина T, а разность температур согласно условиям уравнения (3) является важной для способности фильтра удалять кислотный туман.

В табл.3 и 4 показаны результаты экспериментов с подаваемым газом, содержащим 1% H₂SO₄ + 7% H₂O. Во всех измерениях подаваемого газа в количестве 15 Нм³/ч содержание кислотного тумана в газе фильтра было 500-1000 ч. на млн. H₂SO₄. Фильтры А, В₁ и В₂ удаляли мелкие капли кислоты таким же путем, как в экспериментах, приведенных в табл.1 и 2, только с той разницей, что критическая величина T была примерно около 170^oC, соответствующая факту, когда T согласно формуле (1) была вычислена в размере 172^oC.

В табл. 5 приведены результаты экспериментов с подаваемым газом, содержащим 6% SO₃ + 13% H₂O. Из экспериментов с 3-1 по 3-6 видно, что T должна быть выше примерно 175^oC для обеспечения возможности фильтрам А₁ и В₁ удалять содержание кислотного тумана, 500-1000 ч. на млн. перед фильтром до ниже 10 ч. на млн. H₂SO₄. Также видно, что кислотный туман может эффективно удаляться при более низкой линейной скорости и более низком падении давления, чем в случае с подачей газа, содержащего 0,1% H₂SO₄.

Увеличение водяных паров в газе дает возможность проводить операцию при более высокой температуре Т₂ на выходе стеклянной трубы. Это видно из экспериментов 1-21 и 1-22 в табл.1. Увеличение содержания воды в подаваемом газе в этих экспериментах до 25% включает в себя возможность увеличения выходной температуры до 120-125^oC без риска, что содержание серной кислоты в отходящих газах превышает 10 ч. на млн. (в соответствии с условием уравнения [2], точку росы серной кислоты T_α в отношении газа, содержащего 2 ч. на млн. H₂SO₄ в паровой фазе, как видно на фиг.5, а также парциальное давление воды в отходящих газах). Это видно из экспериментов 3-11 и 3-12 в табл. 5, где увеличение содержания воды в подаваемом газе до 25% ведет к присутствию воды до 19% в отходящих газах, что Т₂ может быть увеличена примерно до 120^oC в соответсвии с условием уравнения (2). Аналогично экспериментам 1-17 и 1-18 эксперимент 3-8 показывает, что содержание воды в газе после фильтров увеличивается с увеличением температурной разности Т₂-T, хотя слабее чем с отработанными газами, содержащими количество серной кислоты во входном газе порядка 0,1%.

П р и м е р 2. Эксперименты с нитями толщиной 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 мм в фильтре А в спирально свитой конфигурации дали следующие результаты: в случае нитей толщиной 0,05 мм отфильтрованная кислота не может течь обратно из фильтра вниз в стеклянную трубу со скоростями газа около 1,5 м/с, а скапливается в фильтре, что означает, что он не может использоваться. В случае нитей толщиной 0,1 мм то же самое происходит при скоростях газа 2-3 м/с; в случае нитей толщиной 0,2 мм кислота не может течь обратно при скоростях газа выше примерно 5 м/с. При низких скоростях газа мелкие капли кислоты отфильтровываются до концентрации ниже 5-100 ч на млн. H₂SO₄ при падениях давления ниже 10-20 мбар и ширине 160 мм свитого спиралью (рулоном) из материала из вязаных нитей при условии, что температурные условия, приведенные в уравнениях (1), (2) и (3), выполняются; в случае нитей толщиной 0,5 мм нет риска скопления жидкости в фильтре, но необходимо вставлять две спирали (рулона) шириной 120 мм в патрон фильтра, чтобы достигнуть величины ниже 10 ч. на млн. в отходящих газах, кроме того, содержание кислотного тумана после фильтра сказалось на несколько частей на млн. выше при 0,1% SO₃ и при тех же условиях работы и падениях давления, как показано в табл.1. Из экспериментов можно заключить, что нити толщиной 0,2-0,4 мм являются наиболее соответствующими для цели настоящего изобретения.

П р и м е р 3. Кроме экспериментов, приведенных в табл. 1-6, которые проводились с использованием ткани, в которой волокна имели толщину 0,1 мм, причем эта ткань использовалась в радиальном фильтре. В потоках эксперименты проводились с нитями толщиной 0,05, 0,2 и 0,3 мм. Эксперименты показали, что падение давления на фильтрах из проволочной ткани (сетки) с толщиной волокон 0,05 мм было нестабильным. Особенно в связи с изменениями условий работы падение давления по периодам могло увеличиваться на коэффициент 2-3. Фильтрующая ткань из нитей выше 0,2 мм, необходимая для достижения достаточной степени удаления кислотного тумана в параметрах, приведенных в уравнениях (1), (2) и (3), требовала или линейных скоростей газа в фильтре таких высоких, что падение давления остановилось значительно больше, чем показано в табл. 1-6, или было необходимо использовать более десяти слоев фильтрующей ткани в радиальном фильтре.

Это изобретение промышленно важно для удаления двуокиси серы из процессов обжига и из топочных газов на энергетических установках, а именно средних и больших энергетических установках. Поэтому считается, что изобретение значительно снижает загрязнение воздуха в промышленных зонах. Конкретное преимущество состоит в том, что двуокись серы в подаваемых газах преобрузуется в высоко концентрированную серную кислоту высокой чистоты.

Формула изобретения

1. Способ конденсации паров серной кислоты из газа, содержащего 0,01 - 10 об. % паров серной кислоты и до 50 об.% паров воды, включающий пропускание газа с температурой выше точки росы серной кислоты снизу вверх через вертикальные кислотостойкие трубы, охлаждаемые снаружи воздухом, подаваемым противотоком к газу, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания сернокислотного тумана в отходящих газах, температуру подаваемых газа и воздуха поддерживают на уровне, соответствующем следующим условиям:
T> T_α -30-10 α, °C
T₂-T< 90°C ,
где T - температура входящего воздуха, ^oС;
T - температура выходящего воздуха, ^oС;
T_α - точка росы серной кислоты, ^oС;
T₂ - температура выходящего газа, ^oС;
α - содержание серной кислоты в газе, об.%,
причем газ после выхода из каждой трубы пропускают со скоростью 1 - 7 м/с через аэрозольный фильтр, смонтированный герметично на выходе из каждой трубы и содержащий нити или волокна диаметром 0,05 - 0,5 мм в количестве, обеспечивающем снижение давления на фильтре от 2 до 20 мбар.

2. Устройство для конденсации паров серной кислоты, содержащее корпус, внутри которого размещены один или более пучка труб из кислотостойкого материала, с нижним подводом газа, верхним его выводом и отводом кислоты в нижней их части, камеру охлаждения, размещенную с внешней стороны пучка, длина которой в 120 - 250 раз превышает внутренний диаметр трубы, расположенные в камере охлаждения верхние и нижние впускные и выпускные патрубки соответственно, для газовой и охлаждающей среды, пропускаемой противотоком газу в трубах, и высокоскоростной аэрозольный фильтр, герметично соединенный с верхней частью каждой трубы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, фильтр снабжен вертикальным цилиндрическим кожухом, внутри которого размещена фильтрующая насадка, контактирующая с внутренней стенкой кожуха и выполненная в виде трикотажного материала, изготовленного из кислотостойких волокон, толщина которого равна 0,2 - 0,7 мм, а ширина петли - 1 - 10 мм, при этом материал намотан или сложен в кожухе в виде цилиндрической пробки, высота которой равна 20 - 300 мм, а площадь поперечного сечения соответствует линейной скорости газового потока 2 - 5 м/с, проходящего через фильтр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9