Способ и установка для получения серной кислоты
Изобретения относятся к области химии и могут быть использованы для получения серной кислоты. Газ, содержащий SO2, пропускают, по меньшей мере, через одну стадию контактирования в конвертере до получения SO3. Полученный технологический газ отбирают из конвертера и подают в аппаратуру для рекуперации тепла. В аппаратуру для рекуперации тепла подают предварительно деаэрированную в деаэраторе воду, предпочтительно, при температуре подачи 20-90°С. Из питательной воды образуется водяной пар благодаря теплу технологического газа. Технологический газ подают в абсорбер, в котором SO3 абсорбируют серной кислотой. Температура питательной воды, подаваемой в аппаратуру для рекуперации тепла при получении водяного пара, превышает температуру технологического газа, который поступает в абсорбер. Изобретения позволяют улучшить степень использования тепла во время получения серной кислоты. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл.
Область техники
Изобретение относится к способу и установке для получения серной кислоты в результате проведения каталитического окисления SO2 до получения SO3 в конвертере при использовании, по меньшей мере, одной стадии контактирования, при этом SO3-содержащий технологический газ после его перепускания через, по меньшей мере, одну стадию контактирования, отбирают из конвертера и подают в аппаратуру для рекуперации тепла, в которой из питательной воды образуется водяной пар благодаря теплу технологического газа, и причем после этого технологический газ подают в абсорбер, в котором SO3 абсорбируют в серной кислоте.
Уровень техники
Серную кислоту обычно получают в соответствии с тем, что называют способом двойной абсорбции, описанным в работе Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A 25, pages 635 to 700. Диоксид серы (SO2), получаемый в результате сжигания серы или в качестве отходящего газа из металлургических установок, превращают в триоксид серы (SO3) в четырехстадийном или пятистадийном конвертере при помощи твердого катализатора, например, содержащего в качестве активного компонента пятиокись ванадия. Полученный SO3 отбирают и подают после стадий контактирования в конвертере в промежуточный абсорбер или после последней стадии контактирования в конвертере в конечный абсорбер, в котором газ, содержащий SO3, перепускают в противотоке с концентрированной серной кислотой и абсорбируют в ней.
Установки для получения серной кислоты из элементарной серы, выражаясь с использованием экономических терминов, «страдают» от того, что затраты на материал исходного сырья в виде серы зачастую значительно превосходят доход, который может быть реализован в случае продукта в виде серной кислоты.
Данные установки можно эксплуатировать экономически рентабельно только в результате доведения до максимума/оптимума образования побочных продуктов, таких как водяной пар высокого давления и низкого давления, и, таким образом, получения дополнительного дохода.
В прошлом значительные усилия прилагались к тому, чтобы по возможности наиболее полно использовать тепло, выделяющееся во время окисления (сжигания) элементарной серы при использовании атмосферного кислорода до получения SO2, и тепло, выделяющееся во время каталитического окисления SO2 до получения SO3, в целях получения водяного пара высокого давления. Для получения водяного пара в данном случае подходящим образом соединяют различные элементы аппаратуры, например испарители, экономайзеры (предварительные подогреватели питательной воды для котлоагрегата) и перегреватели водяного пара, при этом основными определяющими факторами являются граничные условия для разработки технологического процесса. Например, необходимо соблюдать предварительно определенные температуры реакции для катализа, и в определенных пределах во внимание также необходимо принимать и желательное качество водяного пара (например, давление и температуру). После этого данный водяной пар известным образом можно преобразовать в электрическую энергию при использовании турбоальтернатора. Если, например, в качестве материала исходного сырья будут использовать элементарную серу, то тогда в зависимости от технологического процесса и полученного качества водяного пара (давления и температуры) для получения водяного пара в общем случае будут использоваться приблизительно 60% от энергии, которая первоначально присутствует в сере. Степень превращения энергии для получения водяного пара высокого давления лимитируют ограниченные опции по охлаждению технологического газа перед промежуточной или конечной абсорбцией. Для предотвращения уменьшения температуры до величины, меньшей точки росы серной кислоты, технологические газы, например, не должны быть охлаждены до температуры, меньшей, чем 130-170°С. Дополнительное ограничение возникает в результате использования в парогенераторах (например, экономайзерах) деаэрированной питательной воды для котлоагрегата (то есть, питательной воды для котлоагрегата, из которой растворенный кислород по существу будет удален), что необходимо для предотвращения коррозии в полости аппаратуры со стороны воды. Так называемое термическое деаэрирование без воздействия давления (обычно 0,1-0,3 бар, все давления выражены по отношению к атмосферному давлению) для питательной воды, которую используют в общем случае, означает то, что температура питательной воды будет составлять приблизительно 102-105°С. Поэтому, выражаясь с использованием термодинамических терминов, едва ли станет возможным значительное экономически оправданное охлаждение газа до температуры, меньшей, чем 130°С, даже без учета коррозии при точке росы.
В ходе реализации последующей части обычно используемого способа получения серной кислоты газы дополнительно охлаждают как во время промежуточной абсорбции, так и во время конечной абсорбции. Данное ощутимое количество энергии, подобное энергии от конденсации SO3 и теплоте, выделяющейся благодаря энергии образования H2SO4 из SO3 и Н2О, и разбавления полученной серной кислоты, следовательно, характеризуется уровнем низкого потенциала и в общем случае удаляется из технологического процесса косвенно при помощи охлаждающей воды.
В прошлом были разработаны различные способы получения также и некоторого количества данного тепла в виде пара низкого давления и, таким образом, общего увеличения экономической рентабельности установки, см. в данной связи патент США 4576813, которым владеет компания Monsanto (также ЕР 0181313 В1), и способ «HEROS», разработанный в компании Lurgi в соответствии с документом DE 3830365 С2. Предпринимались многочисленные попытки по улучшению данных способов, но данные модификации до сих пор имели только ограниченное применение. Можно сделать ссылку на патент компании Monsanto US 4670242 (ЕР 0130967 B1) и на способ компании Outokumpu, соответствующий еще не опубликованной немецкой патентной заявке DE 10 2004 012 293.8. В зависимости от разработанного контура технологического процесса и качества водяного пара низкого давления (в общем случае насыщенного водяного пара при 6-10 бар) общий коэффициент полезного действия можно увеличить от приблизительно 60% вплоть до 80-85%. Однако использование данных способов рекуперации низкопотенциального тепла ограничено ситуациями, в которых имеются доступные потребители водяного пара низкого давления, который характеризуется пониженным качеством. Если этого не будет, то тогда, само собой разумеется, водяной пар низкого давления также можно будет подавать в турбоальтернатор, но в свете низкого давления водяного пара это в общем случае не слишком рентабельно. Следовательно, большинство установок, которые в настоящее время находятся в эксплуатации, не оборудованы такими системами.
Остальное тепло, образующееся при получении серной кислоты и составляющее 15-20%, в общем случае рассеивается в охлаждающую воду и таким образом выводится из активного использования. Небольшое количество данного тепла можно дополнительно рекуперировать при помощи косвенного нагревания свежей «холодной» питательной воды (обычно 20-30°С в виде возвратной воды, например, из конденсатора конденсационных турбины/альтернатора) под действием «горячей» серной кислоты (обычно 80-110°С) перед перепусканием затем данной питательной воды на термическое деаэрирование. Предварительное подогревание до температуры, превышающей, например, 85-90°С, невозможно, поскольку атмосферное термическое деарирование все еще требует определенного увеличения температуры на 10-20°С для того, чтобы данное деаэрирование было бы реализовано эффективно и действенно. Поэтому дополнительная степень рекуперации тепла также будет ограниченной.
Краткое изложение изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в дополнительном улучшении использования тепла при получении серной кислоты.
Изобретение по существу позволяет достичь данной цели благодаря наличию признаков из пунктов 1 и 19 формулы изобретения, когда температура питательной воды, подаваемой в аппаратуру для рекуперации тепла при получении водяного пара, превышает температуру технологического газа, который поступает в абсорбер.
В результате можно увеличить долю более высококачественного водяного пара высокого давления, который получают, и использовать для данной цели тепло, которое обычно используют только для получения водяного пара низкого давления. В то же самое время количество водяного пара можно выдерживать приблизительно постоянным, что, в конечном счете, приводит к получению пониженных тепловых потерь (например, в охлаждающую воду).
При наличии граничных условий, идентичных в других отношениях, в способе, соответствующем изобретению, термическое деаэрирование питательной воды для котлоагрегата проводят, например, при повышенной температуре или повышенном давлении. В результате можно предварительно подогреть «холодную» питательную воду при помощи низкопотенциального тепла до намного более высокой температуры, равной, например, 165°С (в сопоставлении с обычно используемыми 85°С). В свою очередь, это, в конечном счете, сделает возможным получение для питательной воды для котлоагрегата, перепускаемой в установку для получения водяного пара высокого давления, более высокой температуры, равной, например, 175°С. В результате в сопоставлении с тем, что имеет место в обычно используемом способе с питательной водой для котлоагрегата, которая имеет температуру, равную только приблизительно 105°С, при том же самом совокупном доступном количестве тепла можно будет увеличить количество водяного пара высокого давления, которое получают.
Само собой разумеется, что в качестве альтернативы деаэрированию под действием давления эксплуатацию деаэратора также можно продолжить и при атмосферном давлении, но в данном случае на технологической схеме после питательного насоса для котлоагрегата питательную воду необходимо будет нагревать до более высокой входной температуры (в экономайзер) при помощи теплообменников, использующих водяной пар низкого давления. Естественно, что максимальная температура в данном контексте будет составлять величину, несколько меньшую, чем температура, которую можно будет достичь для того же самого давления водяного пара низкого давления во время деаэрирования под действием давления.
Однако это приводит к возникновению термодинамического препятствия, поскольку питательную воду для котлоагрегата с температурой, равной, например, 175°С, больше уже нельзя будет использовать для охлаждения технологических газов до 130-170°С, например, в экономайзере. Поэтому изобретение также относится к возможным способам косвенного обхода данного препятствия и в результате все еще обеспечения описанного выше увеличенного получения водяного пара высокого давления.
В соответствии с предпочтительной конфигурацией изобретения разница температур между питательной водой и технологическим газом, который поступает в абсорбер, находится в диапазоне от 5°С до 100°С, предпочтительно 20-50°С.
В соответствии с изобретением питательную воду подают в часть высокого давления аппаратуры для рекуперации тепла при температуре, превышающей 102°С, предпочтительно находящейся в диапазоне 140-190°С, при этом технологический газ предпочтительно отбирают из конвертера на стадии промежуточного контактирования, подают в промежуточный абсорбер, а после этого подают обратно в конвертер, и причем технологический газ после его перепускания через стадию конечного контактирования в конвертере подают в конечный абсорбер, при этом входная температура газа составляет приблизительно 130-170°С в случае промежуточного абсорбера и приблизительно 120-150°С в случае конечного абсорбера.
Питательную воду перед ее поступлением в аппаратуру для рекуперации тепла подвергают термическому деаэрированию, предпочтительно при температуре подачи 20-90°С, которая после этого в ходе проведения деаэрирования увеличивается, например, до 102-105°С.
В противоположность этому в особенно предпочтительной конфигурации изобретения холодную питательную воду, которую не подвергали деаэрированию, перед ее поступлением на термическое деаэрирование подвергают предварительному подогреванию до более чем 105°С, предпочтительно до 130-190°С, а в особенности до приблизительно 165°С, в случае чего максимальная температура предварительного подогревания питательной воды предпочтительно имеет значение, меньшее температуры насыщения водяного пара на величину в диапазоне приблизительно от 5 до 20°С для того давления, при котором эксплуатируют деаэратор, так что функция термического деаэрирования все еще будет сохраняться.
Предварительное подогревание холодной питательной воды перед ее поступлением на термическое деаэрирование в соответствии с изобретением проводят косвенно при использовании сбросного тепла из части абсорбции и/или части контактирования в установке получения серной кислоты.
В улучшенном варианте реализации изобретения термическое деаэрирование питательной воды осуществляют при давлении, которое превышает атмосферное давление, предпочтительно при 3-10 бар.
В еще одном варианте реализации питательную воду подвергают деаэрированию в атмосферных условиях и перед ее поступлением в аппаратуру для рекуперации тепла ее нагревают в теплообменнике до температуры, превышающей температуру, равную приблизительно 105°С, что получают в ходе проведения деаэрирования.
В данном случае нагревание питательной воды проводят, например, при использовании водяного пара низкого давления, отработанного водяного пара, поступающего со стороны, водяного пара среднего давления (при давлении, меньшем давления водяного пара высокого давления, получаемого в установке) или нагретого масляного теплоносителя, источник которого находится вне установки.
В соответствии с изобретением экономайзеры компонуют таким образом, чтобы, выражаясь с использованием термодинамических терминов, можно было бы осуществить передачу избыточного тепла от технологического процесса, при этом доля избыточного тепла, передачу которого осуществляют, сопоставима с тем, что имеет место для обычно используемой установки, включающей термическое деаэрирование питательной воды, осуществляемое при атмосферном давлении.
Газы, которые поступают из аппаратуры для рекуперации тепла, предпочтительно имеют температуру, составляющую приблизительно 170-350°С, которая равна или превышает (≥171°С) обычно используемые температуры 120-170°С, а дополнительное охлаждение данных газов (и, таким образом, косвенную рекуперацию тепла при получении водяного пара высокого давления) можно использовать для частичного нагревания, например, воздуха, подаваемого на сжигание, для повторного нагревания газов с промежуточной абсорбции и/или для частичного нагревания/предварительного подогревания питательной воды перед ее поступлением на термическое деаэрирование.
В частности, для термического деаэрирования используют водяной пар низкого давления, например насыщенный водяной пар при давлении, равном приблизительно 10 барам.
В качестве питательной воды также можно использовать и деминерализованную воду.
Если в установке, соответствующей изобретению, будет иметься устройство для получения водяного пара низкого давления, то тогда предпочитается, чтобы водяной пар низкого давления, по меньшей мере, частично подавали бы в деаэратор. Давление водяного пара низкого давления в данном случае выдерживают на уровне, который превышает давление в устройстве для термического деаэрирования.
В соответствии с предпочтительной конфигурацией изобретения абсорберы и сушильную колонну для сушки воздуха при помощи серной кислоты соединяют с общей насосной системой для подачи серной кислоты, как это описывается в работе заявителя DE 10 2004 012 293.8.
В данном случае предпочитается, чтобы аппаратура для рекуперации тепла, которая предназначается для охлаждения газа перед промежуточной абсорбцией, имела бы обводную линию для газа.
В случае наличия отдельного горячего абсорбера, он также в соответствии с изобретением имеет обводную линию для газа.
Далее изобретение разъясняется более подробно на основе примеров вариантов реализации и чертежей. Все признаки, описанные и/или проиллюстрированные на чертежах, либо сами по себе, либо в любой желательной комбинации образуют сущность предмета изобретения вне зависимости от того способа, по которому они обобщены в формуле изобретения, или способа, по которому делается ссылка на пункты формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 схематически иллюстрирует обычно используемую установку для получения серной кислоты по способу двойного каталитического контактирования,
Фиг.2 демонстрирует контур воды и водяного пара для установки, продемонстрированной на фиг.1,
Фиг.3 схематически иллюстрирует установку для получения серой кислоты при использовании способа, соответствующего изобретению,
Фиг.4 демонстрирует вариант установки, продемонстрированной на фиг.3,
Фиг.5 демонстрирует дополнительную модификацию установки,
соответствующей изобретению,
Фиг.6 демонстрирует вариант установки, продемонстрированной на фиг.4,
Фиг.7 демонстрирует вариант установки, продемонстрированной на фиг.5,
Фиг.8 демонстрирует дополнительную модификацию установки, соответствующей изобретению,
Фиг.9 демонстрирует установку для сушки и абсорбции, предназначенную для использования вместе с одной из установок, продемонстрированных на фиг.3-8,
Фиг.10 демонстрирует модификацию установки, продемонстрированной на фиг.9,
Фиг.11 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды при получении водяного пара высокого давления и низкого давления в случае установок, продемонстрированных на фиг.3-8, вместе с установкой для сушки и абсорбции, продемонстрированной на фиг.9,
Фиг.12 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды при получении водяного пара высокого давления и низкого давления в случае установок, продемонстрированных на фиг.3-8, вместе с установкой для сушки и абсорбции, продемонстрированной на фиг.10,
Фиг.13 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды при получении водяного пара высокого давления и низкого давления в случае установок, продемонстрированных на фиг.3-8, вместе с установкой для сушки и абсорбции, продемонстрированной на фиг.9, с модифицированным режимом эксплуатации,
Фиг.14 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды при получении водяного пара высокого давления и низкого давления в случае установок, продемонстрированных на фиг.3-8, вместе с обычно используемой установкой для сушки и абсорбции.
Описание предпочтительных примеров изобретения
Пример 1. Фиг.1 демонстрирует обычно используемую установку для получения серной кислоты по способу двойного каталитического контактирования, в которой каждый из экономайзеров ECO1 и ECO2 располагается непосредственно по ходу потока газа на технологической схеме перед конечной абсорбцией и промежуточной абсорбцией соответственно. Выходная температура газа обычно составляет 140°С на выходе из ECO1 и 170°С на выходе из ECO2, при этом два экономайзера соединяются либо последовательно, либо параллельно для полостей аппаратуры со стороны воды, и причем питательная вода для котлоагрегата, подаваемая в установку, имеет температуру, обычно равную 105°С.
Пример 2. Фиг.2 демонстрирует соответствующий обычно используемый контур воды или водяного пара. Предварительный подогреватель, продемонстрированный на входе питательной воды, в данном случае через межтрубное пространство запитывают горячей серной кислотой из части абсорбции, при этом обычно имеет место температура кислоты 60-120°С, а питательную воду нагревают от обычно 20-40°С до приблизительно 85-90°С.
Пример 3. Фиг.3 демонстрирует установку для получения серной кислоты по способу двойного каталитического контактирования, в которой экономайзеры ЕСO1 и ECO2 компонуют таким образом, чтобы их можно было бы запитывать либо последовательно, либо параллельно питательной водой для котлоагрегата, обычно имеющей температуру 175°С, и, следовательно, выходные температуры газа в данной аппаратуре не могут быть меньшими, чем данная температура питательной воды для котлоагрегата, а вместо этого обычно будут равными 200°С и 334°С соответственно. Остаточное тепло газа в данном случае используют для частичного нагревания газа с промежуточной абсорбции в CRE и/или для предварительного подогревания или нагревания деминерализованной воды. Температура газа на технологической схеме перед промежуточной или конечной абсорбцией составляет обычно 160°С в случае водонагревателя и 140°С в случае теплообменника CRE, что поэтому означает то, что количество тепла, передаваемое генераторам водяного пара высокого давления (WHB, 1, ECO2, SHE1, SHE2) в системе контактирования, будет идентично тому, что имеет место в примере 1. Водонагреватель, упомянутый на фиг.3, в данном случае служит для предварительного подогревания «холодной» питательной воды перед термическим деаэрированием или в альтернативном варианте для использования тепла другим образом, например для нагревания воды, поступающей со стороны. В таблице 1 продемонстрированы соответствующие составы газов и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день. (Численные значения, приведенные в строке 1 таблиц 1-8, в каждом случае относятся к позициям, обозначенным соответственным численным значением на соответствующей фигуре).
Пример 4. Фиг.4 демонстрирует установку для получения серной кислоты по способу двойного каталитического контактирования, соответствующую примеру 3, за исключением того, что при параметрах, идентичных в других отношениях, водонагреватель заменяют на теплообменник GHE, который используют для предварительного подогревания определенного количества воздуха, необходимого в установке. Таким образом, компоновка обычно соответствует такой сфере применения, когда, например, сжигание серы проводят при концентрациях SO2 (например, 17-18 об.%, которые превышают концентрацию, подаваемую в систему контактирования (например, 11,8 об.%, и поэтому для разбавления требуется дополнительное количество воздуха, который таким образом предварительно подогревают в GHE, как это описывается выше. Выходная температура газа на стороне SO3 обычно составляет 173°С в случае GHE и 140°С в случае теплообменника CRE, что означает то, что поэтому количество тепла, передаваемое генераторам водяного пара высокого давления (WHB, ECO1, ECO2, SHE1, SHE2) в системе контактирования, приблизительно будет идентично количеству, соответствующему тому, что имеет место в примере 1. В таблице 2 продемонстрированы соответствующие составы газов и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Пример 5. Фиг.5 демонстрируют подробную иллюстрацию для системы получения серной кислоты по способу двойного каталитического контактирования, подобной примеру 4, но при наличии в совокупности 5 уровней контактирования, теплообменника, встроенного в конвертер, и закалочного охлаждения между стадиями контактирования 4 и 5 вместе с вырабатывающим теплообменником, присоединенным на технологической схеме перед внешним CRE. Предварительный подогреватель имеет ту же самую функцию, что и GHE в примере 4. Установка оборудована соответствующими обводными линиями (указанными в виде штриховых линий) для регулирования температур на входе в соответствующие слои катализаторов. Выходные температуры газа на подаче на промежуточную и конечную абсорбцию приблизительно идентичны температурам в примере 4.
Пример 6. Фиг.6 демонстрирует установку для получения серной кислоты по способу двойного каталитического контактирования, соответствующую примеру 4, в которой при параметрах, идентичных в других отношениях, теплообменник (предварительный подогреватель воздуха в примере 5) используют не для предварительного подогревания разбавляющего воздуха, а вместо этого для частичного повторного нагревания газов из промежуточного абсорбера (в данном случае CRE2). Таким образом, данная компоновка обычно соответствует такой сфере применения, когда, например, сжигание серы осуществляют при той же самой или несколько большей концентрации (например, 11-13 об.%, что и концентрация газа, который подают в систему контактирования (например, 11,5 об.%). В данном случае теплообменники CRE1 и CRE2 соединяют параллельно на стороне газообразного SO2. Выходная температура газа на стороне SO3 обычно составляет 170°С в случае CRE2 и 140°С в случае теплообменника CRE1, что означает то, что поэтому количество тепла, передаваемого генераторам водяного пара высокого давления (WHB, ECO1, ECO2, SHE1, SHE2) в системе контактирования, приблизительно будет идентично количеству, соответствующему тому, что имеет место в примере 2.
Пример 7. Фиг.7 демонстрирует альтернативный вариант реализации примера 5, в котором воздух, который предварительно подогревали в воздухонагревателе, полностью перепускают в печь для сжигания в целях сжигания серы. В данном случае выходные температуры газа на подаче на промежуточную и конечную абсорбцию также приблизительно идентичны тому, что имеет место в примере 6.
Пример 8. Фиг.8 демонстрирует еще один вариант реализации примера 5 с 5-стадийной системой контактирования и двумя теплообменниками, расположенными в конвертере для повторного нагревания газов после промежуточного абсорбера, и в дополнение к этому с пароперегревателем SHE2, встроенным в конвертер. Воздух, который подвергли предварительному подогреванию в предварительном подогревателе воздуха, частично перепускают на сжигание серы, а частично используют для дополнительного разбавления газообразных продуктов сгорания. Данный пример образует типичный вариант реализации настоящего изобретения. В таблице 3 продемонстрированы соответствующие составы газов и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Пример 9. Фиг.9 демонстрирует систему сушки и абсорбции, входящую в состав системы контактирования из примеров 3-8, вместе со встроенной системой рекуперации тепла «HEROS» (сокращение от HEat RecOvery System (система рекуперации тепла)) для получения водяного пара низкого давления. В соответствии со способом изобретения все кислотные контуры колонн, то есть сушильной колонны, промежуточного абсорбера и конечного абсорбера, разработаны в виде общего контура с одной и той же концентрацией кислоты и одной и той же температурой подачи кислоты. Только абсорбер HEROS оборудован своим собственным кислотным контуром, при этом температурный уровень здесь значительно превышает то, что имеет место в вышеупомянутом кислотном контуре, говоря конкретно, являясь настолько высоким, что водяной пар низкого давления обычно при 6-10 барах можно будет получать непосредственно в испарителе. Кроме того, проиллюстрирована обводная линия для газа вокруг абсорбера «HEROS», соответствующего патентной заявке DE 10 2004 012 293.8, которая таким образом в особенности в той степени, отображенной на иллюстрации, включается в предмет сущности настоящей заявки. В таблице 4 продемонстрированы температуры, концентрации и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Пример 10. Фиг.10 подобно примеру 9 демонстрирует встраивание системы рекуперации тепла при помощи «HEROS», но в данном случае вместе с компоновкой, которую используют в особенности в случае больших установок, то есть, характеризующихся производительностью, превышающей 3000 т/день, хотя в принципе ее также можно использовать и в случае более мелких установок. Все абсорберы и сушильная колонна разработаны в виде встроенных колонн с насадкой Вентури с намерением улучшить газораспределение. В данном случае также происходит полная рекуперация и тепла, рассеиваемого из сушильной колонны и двух абсорберов SO3. В данном случае только небольшую долю все еще удаляют из системы при помощи охлаждающей воды, то есть только при охлаждении продукта в виде кислоты. Контур установки, соответствующий данному примеру, может относиться к любой системе контактирования, продемонстрированной в примерах 3-8. В таблице 5 продемонстрированы соответствующие температуры, концентрации и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Пример 11. Фиг.11 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды/контур из индивидуальных элементов при получении водяного пара высокого давления и низкого давления, соответствующие обычному расположению при использовании системы контактирования, соответствующей примерам 3-8, и в комбинации с системой сушки и абсорбции, соответствующей примеру 9. Исходной точкой в данном контексте является эксплуатация деаэратора при 9 бар. Деминерализованную воду перед ее поступлением в деаэратор предварительно подогревают в системе сушки и абсорбции, в данном случае до 98°С на выходе из предварительного подогревателя 2. В таблице 6 продемонстрированы соответствующие температуры, концентрации и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Пример 12. Фиг.12 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды/контур из индивидуальных элементов при получении водяного пара высокого давления и низкого давления, соответствующие обычному расположению при использовании системы контактирования, продемонстрированной в примерах 3-8, и в комбинации с системой сушки и абсорбции, соответствующей примеру 10. Исходной точкой в данном контексте является эксплуатация деаэратора при 9 бар. В системе сушки и абсорбции и перед подачей в деаэратор деминерализованную воду в данном случае предварительно подогревают до 166°С на выходе из охладителя кислоты 3. В таблице 7 продемонстрированы соответствующие температуры, концентрации и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Пример 13. Фиг.13 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды/контур из индивидуальных элементов при получении водяного пара высокого давления и низкого давления, соответствующие обычному расположению при использовании системы контактирования, соответствующей примерам 3-8, и в комбинации с системой сушки и абсорбции, соответствующей примеру 9. Исходной точкой в данном контексте являются эксплуатация деаэратора при атмосферных условиях, то есть при приблизительно 0,1 бар и эквивалентно при приблизительно 105°С, и нагревание питательной воды для котлоагрегата при получении водяного пара высокого давления при помощи водяного пара низкого давления в теплообменнике нагревателя водяного пара. Питательную воду для котлоагрегата при получении водяного пара низкого давления предварительно подогревают при помощи горячей кислоты в предварительном подогревателе 2. Никакой таблицы с данными не приводится, поскольку результаты подобны тем, что получаются в примерах 11 или 12.
Пример 14. Фиг.14 демонстрирует компоновку устройств для водяного пара и воды/контур из индивидуальных элементов при получении водяного пара высокого давления и низкого давления, соответствующие обычному расположению при использовании системы контактирования, соответствующей примерам 3-8, и в сочетании с обычно используемой системой сушки и абсорбции без дополнительного получения водяного пара низкого давления HEROS, при этом температура питательной воды, следовательно, обычно составляет 85°С. В данном контексте подобным же образом предполагалось то, что деаэратор эксплуатируют при атмосферных условиях, то есть при приблизительно 0,1 бар и эквивалентно при приблизительно 102°С, а питательную воду для котлоагрегата при получении водяного пара высокого давления нагревают при помощи водяного пара низкого давления, поступающего со стороны, в теплообменнике предварительного подогревателя. В таблице 8 продемонстрированы соответствующие температуры, концентрации и расходы для установки получения серной кислоты с производительностью 3000 т/день.
Перечень обозначений позиций:
CRE Теплообменник для повторного нагревания холодной среды (газово-газовый теплообменник)
ЕСО Экономайзер (предварительный подогреватель питательной воды для котлоагрегата)
GHE Газовый теплообменник (газововоздушный теплообменник)
HRE Теплообменник для повторного нагревания горячей среды (газо-газовый теплообменник)
WHB Котел-утилизатор
SHE Перегреватель
LP Низкое давление
HP Высокое давление
1. Способ получения серной кислоты из технологического газа, содержащего SO2, обеспечивающий каталитическое окисление SO2 в конвертере до получения SO3 при использовании, по меньшей мере, одной стадии контактирования, отличающийся тем, что питательную воду перед ее поступлением в аппаратуру для рекуперации тепла подвергают термическому деаэрированию в деаэраторе, предпочтительно при температуре подачи 20-90°С;
SO3-содержащий технологический газ после его перепускания через, по меньшей мере, одну стадию контактирования, отбирают из конвертера и подают в аппаратуру для рекуперации тепла, в которой из питательной воды образуется водяной пар благодаря теплу технологического газа, и
затем технологический газ подают в абсорбер, в котором SO3 абсорбируют в серной кислоте,
причем температура питательной воды, подаваемой в аппаратуру для рекуперации тепла при получении водяного пара, превышает температуру технологического газа, который поступает в абсорбер.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разница температур между питательной водой и технологическим газом, который поступает в абсорбер, находится в диапазоне от 5 до 100°С, предпочтительно 20-50°С.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что питательную воду подают в аппаратуру для рекуперации тепла при температуре, превышающей 102°С, предпочтительно находящейся в диапазоне 140-190°С.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологический газ отбирают из конвертера на стадии промежуточного контактирования, подают в промежуточный абсорбер, а после этого подают обратно в конвертер, а технологический газ после его перепускания через стадию конечного контактирования в конвертере подают в конечный абсорбер, при этом входная температура газа составляет приблизительно 130-170°С в случае промежуточного абсорбера и приблизительно 120-150°С в случае конечного абсорбера.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что термическое деаэрирование питательной воды осуществляют при давлении, превышающем атмосферное давление, предпочтительно при 3-10 бар.
6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что питательную воду перед ее поступлением на термическое деаэрирование подвергают предварительному подогреванию до более чем 105°С, предпочтительно до 130-190°С, более предпочтительно до приблизительно 165°С.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что максимальная температура предварительного подогревания питательной воды меньше температуры насыщения водяного пара на величину приблизительно от 5 до 20°С для того давления, при котором эксплуатируют деаэратор.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что предварительное подогревание холодной питательной воды перед ее поступлением на термическое деаэрирование проводят косвенно при использовании сбросного тепла из части абсорбции и/или части контактирования в установке получения серной кислоты.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что питательную воду подвергают деаэрированию в атмосферных условиях и перед ее поступлением в аппаратуру для рекуперации тепла ее нагревают в теплообменнике до температуры, превышающей температуру, равную приблизительно 105°С, которую получают в ходе проведения деаэрирования.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что перед термическим деаэрированием нагревание питательной воды проводят при использовании водяного пара низкого давления, отработанного водяного пара, поступающего со стороны, водяного пара среднего давления (при давлении, меньшем давления водяного пара высокого давления, получаемого в установке) или нагретого масляного теплоносителя, источник которого находится вне установки.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что газы, которые поступают из аппаратуры для рекуперации тепла, имеют температуру, составляющую приблизительно 170-350°С.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что газы, которые поступают из аппаратуры для рекуперации тепла, используют для частичного нагревания воздуха, подаваемого на сжигание, для повторного нагревания газов с промежуточной абсорбции и/или для частичного нагревания/предварительного подогревания питательной воды перед ее поступлением на термическое деаэрирование.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что для термического деаэрирования используют водяной пар низкого давления, например, насыщенный водяной пар при давлении, равном приблизительно 10 барам.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорберы и сушильную колонну для сушки воздуха при помощи серной кислоты эксплуатируют с использованием общего кислотного контура при одной и той же концентрации.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что установку для получения серной кислоты эксплуатируют при наличии отдельного горячего абсорбера, при этом данный горячий абсорбер оборудован обводной линией для газа.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что аппаратура для рекуперации тепла, которая предназначается для охлаждения газа перед промежуточной абсорбцией, имеет обводную линию для газа.
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что использованной питательной водой является деминерализованная вода.
18. Установка для получения серной кислоты для осуществления способа по одному из предшествующих пунктов, включающая
конвертер для каталитического окисления SO2 до получения SO3 при использовании, по меньшей мере, одной стадии контактирования,
по меньшей мере, один абсорбер, в который SO3-содержащий технологический газ подают после стадии контактирования в конвертере для абсорбции SO3 в серной кислоте,
аппаратуру для рекуперации тепла, в которой технологический газ отдает некоторое количество своего тепла питательной воде для получения водяного пара, и
отличающаяся тем, что содержит деаэратор для деаэрирования питательной воды перед ее введением в аппаратуру для рекуперации тепла, предпочтительно при температуре подачи 20-90°C, при этом температура питательной воды, которую подают в аппаратуру для рекуперации тепла, превышает температуру технологического газа, подаваемого в абсорбер.
19. Установка по п.18, отличающаяся тем, что промежуточный абсорбер, в который SO3-содержащий технологический газ подают после промежуточной стадии контактирования в конвертере, и конечный абсорбер, в который SO3-содержащий технологический газ подают после последней стадии контактирования в конвертере.
20. Установка по п.18 или 19, отличающаяся тем, что имеет устройство для получения водяного пара низкого давления, из которого, по меньшей мере, некоторое количество водяного пара низкого давления подают в деаэратор.
21. Установка по п.18, отличающаяся тем, что аппаратура для рекуперации тепла, которая предназначается для охлаждения газа перед промежуточной абсорбцией, имеет обводную линию для газа.
22. Установка по п.18, отличающаяся тем, что имеет отдельный горячий абсорбер, который оборудован обводной линией для газа.
23. Установка по п.18, отличающаяся тем, что абсорберы и сушильную колонну для сушки воздуха при помощи серной кислоты соединяют с общей насосной системой для подачи серной кислоты.
