Способ производства серной кислоты или олеума

Способ производства серной кислоты или олеума

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к производству минеральных кислот, особенно к способу производства концентрированной серной кислоты или олеума.

Как известно, в течение многих лет концентрированная серная кислота производилась из сильных SO₂-газов, содержащих до 50 об.% SO₂ с превращением до 99.9% или более SO₂ с помощью двухстадийного каталитического превращения SO₂ с промежуточной абсорбцией SO₃ или конденсацией H₂SO₄ как на промежуточной, так и на конечной стадии абсорбции или конденсации. В принципе, SO₃ в газовой фазе переходит в жидкую фазу путем абсорбции SO₃ в жидкой фазе, в то время как пары H₂SO₄ переходят в жидкую фазу путем конденсации, при которой газ охлаждается до температуры ниже точки росы H₂SO₄ либо с помощью прямого контакта с циркулирующей кислотой, применяемой в качестве хладагента, либо при попадании на пленочные конденсаторы, в которых газ охлаждается до температуры ниже своей точки росы, и кислота конденсируется на поверхностях охлаждаемых воздухом стеклянных трубок. В известных способах, за исключением описанного в нашем патенте США №7,361,326, обе стадии абсорбции или конденсации имеют место в набивных колоннах или в газоочистителях других типов, охлаждаемых циркулирующей серной кислотой, охлаждаемой охлаждающей водой в кислотных холодильниках. Большое количество тепла, выделяемого в абсорбционных или конденсационных колоннах, обычно теряется на охлаждение воды.

В некоторых патентах, таких как патент США №5,130,112, описано как использовать часть или всю теплоту охлаждения циркулирующей кислоты для выработки пара низкого давления или нагревания воды, но такие теплообменники должны изготавливаться из весьма устойчивых к кислоте сплавов, которые являются дорогостоящими и устойчивыми к коррозии только при эксплуатации при температурах ниже 220-240°С и при концентрациях кислоты выше 98,5-99 масс.% H₂SO₄.

В патенте Германии DE 19522927 В4 описан способ, в котором газ с молярным отношением H₂O/SO₃ в диапазоне 0,9-1,1 охлаждается в промежуточном конденсаторе от температуры выше точки росы H₂SO₄ до температуры ниже 160°С в теплообменнике, в котором газ и конденсат охлаждаются путем прохождения вниз через связку бойлерных труб, через которые питающая бойлер вода и/или кипящая вода проходит вверх в связках труб, противотоком к газу и конденсату. Применимость такой системы сильно ограничена доступностью сплавов для бойлерных труб с достаточно высокой кислотоустойчивостью.

В нашем патенте US Pat. No 7,361,326 заявляется способ двойной конденсации для производства концентрированной серной кислоты из сырьевых газов с содержанием SO₂ до 30% и отношением H₂O/SO₂ выше около 1. На первой стадии способа большая часть SO₂ превращается в SО₃, после чего газ поступает в промежуточный конденсатор, в котором пары SО₃ и H₂SO₄ конденсируются как концентрированная серная кислота, либо в набивной колонне, охлаждаемой циркулирующей кислотой, либо в вертикальных охлаждаемых воздухом трубах с либо восходящим, либо нисходящим потоком газа в трубках. Последнее указанно как вариант, позволяющий избежать захлебывания при высоких скоростях газа, но указывают такой недостаток, как низкая концентрация производимой серной кислоты (70-80% веса), что требует последующей стадии концентрирования, такого как применение набивной колонны для достижения требуемой концентрации серной кислоты 98 масс.% и выше. Газ, выходящий из промежуточного конденсатора, проходит через вторую стадию превращения SO₂ и далее к последней стадии влажной конденсации при добавлении частиц. Данный патент не связан с утилизацией тепла, выделяемого в промежуточном конденсаторе, которое во всех примерах патента поступает в циркулирующую серную кислоту и уходит в охлаждающую воду.

Поэтому целью данного изобретения является преодоление недостатков известных в области техники способов, в частности обеспечение усовершенствованного способа двойной конденсации для производства весьма концентрированной серной кислоты с превращением SO₂ до 99,95% и с улучшенной утилизацией тепла, выделяемого в промежуточном конденсаторе, более конкретно с возвращением до 96% всего тепла, выделяемого в способе получения очень горячего пара высокого давления для выработки электроэнергии с минимальным риском коррозии теплообменников и конденсаторов серной кислоты.

Эта и другие задачи решаются посредством настоящего изобретения.

Таким образом, мы представляем способ производства серной кислоты и/или олеума, состоящий из этапов:

(a) производства сырьевого газа, содержащего 5-50 мол.% SO₂ и молярную концентрацию H₂O, составляющую 50-150% от молярной концентрации SO₂;

(b) прохождения сырьевого газа через стадию первого превращения SO₂, на которой SO₂ окисляется до SO₃ в одном или более слоях катализатора;

(c) охлаждения содержащего SO₃ газа из указанной стадии первого превращения SO₂ до температуры 0-100°С выше точки росы серной кислоты в газе;

(d) прохождения газа на стадию промежуточной конденсации серной кислоты, где содержащий SO₃ газ охлаждается, и серная кислота конденсируется в охлаждаемых воздухом трубках, в которых газ SO₃ движется вниз, тогда как охлаждающий воздух противотоком движется кверху промежуточного конденсатора, и в которых указанный воздух подается из контура рециркуляции воздуха, соединенного с указанным промежуточным конденсатором, и отвода от дна промежуточного конденсатора потока конденсированной серной кислоты или олеума, а также газового потока, содержащего непревращенный SO₂ и неконденсированные SO₃ и H₂SO₄;

(e) подачи воды и кислорода в газовый поток из промежуточного конденсатора, содержащего непревращенный SO₂ и неконденсированные SO₃ и H₂SO₄ путем добавления к этому газовому потоку воздуха, отведенного от указанного контура рециркуляции воздуха, где контур рециркуляции воздуха содержит:

(е1) охлаждение воздуха;

(е2) добавление воды в воздух путем испарения воды в увлажнителе;

(е3) подачу воздуха в контур рециркуляции воздуха;

(е4) нагрев воздуха этапов (е2) и (е3) пропусканием воздуха через промежуточный конденсатор;

(е5) отвод части воздуха, который был нагрет в соответствии с этапом (е4), и добавление этого воздуха к указанному газовому потоку из промежуточного конденсатора, содержащего непревращенный SO₂ и неконденсированные SO₃ и H₂SO₄;

(f) повторный нагрев полученного газового потока из этапа (е) и подачу этого газа на стадию второго превращения SO₂, в которой оставшийся SO₂ окисляется до SO₃ в одном или более слоях катализатора, охлаждение газа до температуры на 0-100°С выше точки росы H₂SO₄ в нем и последующую подачу газа на конечную стадию конденсации, на которой оставшаяся серная кислота конденсируется за счет охлаждения указанного газа в конечном конденсаторе, содержащем охлаждаемые воздухом вертикальные стеклянные трубы, в которых газ движется вверх, а воздух противотоком вниз, и отвод из указанного конечного конденсатора потока серной кислоты;

(g) подачу в газ, перед или после его охлаждения до температуры на 0-100°С выше точки росы H₂SO₄ в нем соответствии со стадией (f), твердых частиц в количестве 10¹⁰-10¹³ на Нм³ из расчета на объемный процент SO₃, вычисленном при предположении, что SO₃ не гидратируется до H₂SO₄.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения, на этапе промежуточной конденсации стадии (d), содержащий SO₃ газ охлаждался с помощью: i) пропускания газа через вертикальные охлаждаемые воздухом трубки, в которых газ SO₃ проходит внутри трубок, тогда как охлаждающий воздух движется противотоком вверх по внетрубной зоне промежуточного конденсатора, или ii) пропускания газа по внешней стороне горизонтальных стеклянных трубок в противотоке с поперечным течением при прохождении воздуха внутри указанных трубок.

Предпочтительно, чтобы вертикальные охлаждаемые воздухом стеклянные трубки были оборудованы внутренними стеклянными спиралями для повышения коэффициента теплопередачи и увеличения выпадения конденсата на стенках трубок.

На этапе (е4) контура рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора воздух предпочтительно нагревают до температуры на 0-15°С ниже точки росы H₂SO₄ во входящем газе SO₃, когда температура указанного газового потока выше указанной точки на около 30°С. Мы обнаружили, что содержание тумана H₂SO₄ в газе, отводимом от промежуточного конденсатора, будет увеличиваться при нагреве воздуха до температур выше указанного диапазона 0-15°С, в частности в диапазоне 16-25°С ниже точки росы H₂SO₄ во входящем газе.

Контур рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора может, кроме того, содержать отвод от контура горячего влажного воздуха, применяемого для производства или подготовки сырьевого газа. Это особенно выгодно для способа, поскольку горячий воздух, содержащий воду из контура рециркуляции воздуха, непосредственно интегрируется в способ. Поэтому в одном из вариантов выполнения изобретения производство сырьевого газа стадии (а) содержит отвод от контура рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора потока горячего воздуха, содержащего воду, и контакт этого потока с потоком, содержащим серу, где указанный серосодержащий поток выбирается из сырья, содержащего элементарную серу, и топочного газа, полученного при мокрой очистке газа, содержащего SO₂, получаемого при обжиге сульфидов металлов или при термической регенерации отработанной серной кислоты или сульфатов. Таким образом, серосодержащий поток может представлять собой сырье, содержащее элементарную серу, которое подвергается сжиганию и в котором воздух для горения состоит из указанного влажного воздуха (горячего воздуха, содержащего воду) из контура рециркуляции воздуха. Альтернативно, серосодержащим газом может являться топочный газ, содержащий SO₂ после водной очистки газов SO₂, получаемых при обжиге сульфидов металлов или при термальной регенерации отработанной серной кислоты или сульфатов; такие газы обычно классифицируются как сильные газы из-за наличия SO₂ в концентрациях выше 5 об.%, обычно 6-30 об.% или даже до 50 об.%. Соответственно, влажный воздух из контура рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора служит для регулировки содержания воды в сырьевом газе, чтобы получить требуемое молярное отношение H₂O/SO₃ в газе, поступающем в промежуточный конденсатор, как это будет описано ниже. Содержание воды в таком влажном воздухе, забранном из контура рециркуляции воздуха, может находиться в диапазоне от 5 до 25 об.%, в зависимости от применения; оно может составлять около 7 или 12 об.% при производстве сырьевого газа сжиганием элементарной серы, или 21 об.% объема при производстве сырьевого газа из высококонцентрированного газа SO₂ после водной очистки.

Серосодержащим потоком, применяемым в производстве сырьевого газа стадии (а), может также являться газ, содержащий H₂S, например, газ с содержанием H₂S выше 80 об.%, желательно 90 об.% или выше, который подвергается сжиганию, и в котором воздух для сгорания содержит воздух, отведенный на стадии последней конденсации, т.е. воздух, который был нагрет при его прохождении этапа последней конденсации стадии (f).

Воздух, добавленный в контур рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора в (е3), может, кроме того, содержать добавление охлажденного охлаждающего воздуха, отведенного от конечного конденсатора до увлажнителя, предпочтительно с осуществлением способа при отношении H₂O/SO₂ сырьевого газа в диапазоне 0,9-1,2 (Фиг.2 и 4), и/или добавление непосредственно окружающего воздуха в промежуточный конденсатор (Фиг.3) или до промежуточного конденсатора (с внешней стороны промежуточного конденсатора) для поддержания баланса воздуха в способе (Фиг.1, 2 и 5).

При добавлении воздуха в контур рециркуляции воздуха из внешнего источника, такого как добавочный воздух в контур, желательно снаружи промежуточного конденсатора, можно сохранять воздушный баланс способа там, где это становится необходимым, в частности, для конкретных вариантов выполнения способа, применяемого для производства серной кислоты с помощью сжигания серы (Фиг.2), и способа, применяемого для сжигания газа H₂S с избытком воды (Фиг.5), как описано ниже. Воздух может также быть добавлен в контур рециркуляции воздуха из конечного конденсатора. Предпочтительно, чтобы этот воздух, нагретый во время прохождения через конечный конденсатор, затем был охлажден перед поступлением в указанный контур рециркуляции воздуха. Это особенно выгодно там, где способ применяется для производства серной кислоты с помощью сжигания серы (Фиг.2), где весь воздух для способа подается как охлаждающий воздух из конечного конденсатора и как добавочный воздух из внешнего источника, такого как окружающий воздух, добавляемый в контур с внешней стороны промежуточного конденсатора, и там, где способ применяется для обработки сильного газа SO₂ после водной очистки (Фиг.4), при которой весь воздух для способа подается как охлаждающий воздух из конечного конденсатора; избыток воздуха при желании может выбрасываться в атмосферу перед поступлением в контур рециркуляции воздуха. Охлаждение в промежуточном конденсаторе также может быть достигнуто путем полной замены подачи воздуха из конечного конденсатора воздухом из внешнего источника, такого как окружающий воздух, поданный в воздушный контур путем прохождения окружающего воздуха внутри промежуточного конденсатора, а не добавления окружающего воздуха в контур снаружи промежуточного конденсатора (Фиг.3).

Поэтому контур рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора (в данном документе называемый просто как «воздушный контур» или «контур»), включает следующие этапы:

- охлаждение воздуха;

- добавление воды в контур путем выпаривания воды в увлажнителе;

- подача воздуха в контур, желательно путем добавления воздуха из охлажденного воздуха конечного конденсатора и/или в виде окружающего воздуха, добавленного непосредственно в контур выше по ходу потока до промежуточного конденсатора (Фиг.1, 2 и 5) или внутрь (Фиг.3) промежуточного конденсатора;

- отвод части воздуха, который был нагрет при прохождении через промежуточный конденсатор, и добавление этого воздуха в газовый поток из промежуточного конденсатора, содержащий непревращенный SO₂ и неконденсированный SO₃ и H₂SO₄ и,

- при желании, отвод из контура потока горячего воздуха, содержащего воду, и контакт с этим потоком серосодержащего потока для производства сырьевого газа.

Увлажнитель представляет собой испаритель воды, установленный в контуре охлаждающего воздуха, что делает возможным утилизацию образованного низкотемпературное тепла в способе производства пара, таким образом, увеличивая термическую эффективность способа.

Содержание Н₂O на стадии (а) соответствует номинальному молярному отношению Н₂O к SO₃ (Ψ) в диапазоне 0,6-1,6 в газе, проходящем в промежуточный конденсатор, вычисленному при предположении, что SO₃ не гидратируется до H₂SO₄. Указанное номинальное отношение Н₂O/SO₃ равно молярному отношению H₂O/SO₂ сырьевого газа для первой стадии превращения SO₂, поделенному на степень превращения SO₂, достигнутую на первой стадии превращения SO₂.

Регулировка количества Н₂O в сырьевом газе на стадии (а), как описано выше, применяется для обеспечения правильного молярного отношения Н₂O/SO₃ выше по ходу потока до промежуточного конденсатора для производства концентрированной серной кислоты или олеума в этом конденсаторе. В одном варианте выполнения изобретения газ, полученный в результате стадии (с) выше по ходу потока до промежуточного конденсатора серной кислоты, имеет молярное отношение H₂O/SO₃ в диапазоне 1.0-1.15, вычисленное при предположении, что SO₃ не гидратируется до H₂SO₄, т.е. вычисленное при предположении, что вся H₂SO₄ диссоциировала на Н₂O и SO₃ Такое молярное отношение обеспечивает конденсацию серной кислоты с концентрацией 98-100 масс.% в промежуточном конденсаторе.

В другом варианте выполнения изобретения газ, полученный в результате стадии (с) выше по ходу потока до промежуточного конденсатора серной кислоты, подается с молярным отношением Н₂O/SO₃ в диапазоне 0,5-0,9, предпочтительно 0,6-0,8, вычисленным при предположении, что SO₃ не гидратируется до H₂SO₄. Это обеспечивает конденсацию олеума с содержанием SO₃ до около 30 масс.% из промежуточного конденсатора.

Еще в одном варианте газ, полученный на стадии (с) выше по ходу потока до промежуточного конденсатора, имеет молярное отношение Н₂О/SO₃ в диапазоне 1,15-1,50 для газа, поступающего в промежуточный конденсатор, вычисленном при предположении, что SO₃ не гидратируется до H₂SO₄ и что при подготовке сырьевого газа в газ не добавлялась дополнительная Н₂O. Это более специфично соответствует варианту выполнения способа, когда серосодержащий поток, применяемый в производстве сырьевого газа на стадии (а), представляет собой газ, содержащий H₂S, который подвергается сгоранию и в котором воздух для сгорания состоит из горячего воздуха из последнего стадии конденсации.

Предпочтительно, верхний трубный слой промежуточного конденсатора работает при температурах выше точки росы серной кислоты (точки росы кислоты) входящего газа, как, например, по меньшей мере на 20°С, предпочтительно по меньшей мере на 30°С, и, таким образом, при сухих условиях. Это позволяет избежать коррозии конденсатора под воздействием горячей серной кислоты в любой концентрации и значительно снижает затраты, поскольку трубный слой может быть сделан из углеродистой стали или других дешевых материалов.

Добавление частиц в газ предпочтительно выполнять в соответствии с нашими патентами US 5,198,206, US 6,090,364 или US 7,361.326.

На стадии (f) этапа конечной конденсации газ предпочтительно желательно охладить в стеклянных трубах атмосферным воздухом, подаваемым в поперечном потоке вниз на внетрубную зону конденсатора, при этом газ движется внутри труб. Чистый газ забирается с верха конденсатора, а конденсированная серная кислота - со дна конденсатора, как описано, например, в нашем патенте US 5,198,206.

После охлаждения воздуха из конечного конденсатора в воздушном охладителе воздух добавляется в контур рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора только с сырьевым газом с Ψ=0,9-1,5, таким как у сырьевых газов, подготовленных для производства высококонцентрированной серной кислоты посредством сжигания серы, как показано на Фиг.2, или из высококонцентрированных газов SO₂, как показано на Фиг.4. Если требуется производство олеума, как правило, с Ψ=0,6-0,7, в контур рециркуляции добавляется только атмосферный воздух, а весь воздух из воздушного охладителя конечного конденсатора выпускается. Для того чтобы повысить эффективность охлаждения указанного атмосферного воздуха, указанный атмосферный воздух подается отдельно в промежуточный конденсатор в отдельную зону охлаждения воздуха ниже входа воздуха контура рециркуляции и добавляется к последнему внутри промежуточного конденсатора, как показано на Фиг.3.

Для производства олеума с более чем 20% SO₃ в промежуточном конденсаторе газ и конденсат должны быть охлаждены до температур ниже, чем это обычно возможно с помощью атмосферного воздуха, чтобы достигнуть существенной абсорбции SO₃ в кислоте. Соответственно, в следующем варианте выполнения изобретения поток газа и конденсированной серной кислоты, покидающий нижний конец охлаждаемых воздухом стеклянных трубок промежуточного конденсатора, дополнительно охлаждается при прохождении потока газа и конденсата через связку трубок, расположенную ниже по ходу потока после стеклянных трубок, и охлаждается предпочтительно охлаждающей водой. Связка трубок предпочтительно устанавливается внутри промежуточного конденсатора ниже стеклянных трубок. Поскольку в жидкости (кислотный концентрат) абсорбируется больше SO₃, то возможно производить олеум с концентрациями до 30 масс.%.

Еще в одном варианте выполнения изобретения сырьевой газ стадии (b) перед проходом через указанную первую стадию превращения SO₂ содержит 8-20 об.% SO₂, из которых 92-98% превращается в SO₃ за 2-4 слоя катализатора, тогда как оставшийся SO₂ превращается в SO₃ на около 90-99% или более за один слой катализатора на второй стадии преобразования.

Далее изобретение иллюстрируется более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На Фиг.1 показан один общий вариант выполнения способа по изобретению.

На Фиг.2 показан конкретный вариант выполнения способа, показанного на Фиг.1, для производства серной кислоты при сжигании серы.

На Фиг.3 показан конкретный вариант выполнения способа, показанного на Фиг.1, для производства серной кислоты и олеума при сжигании серы, но в котором горячий воздух из конечного конденсатора не добавляется в контур рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора.

На Фиг.4 показан конкретный вариант выполнения способа, показанного на Фиг.1, для производства серной кислоты из топочного газа, содержащего SO₂ после мокрой очистки газа.

На Фиг.5 показан другой вариант выполнения изобретения для производства серной кислоты с помощью сжигания газа H₂S, содержащего избыток воды.

На Фиг.6 представлена схема конкретного варианта выполнения промежуточного конденсатора с воздушным потоком внутри трубок и газом, содержащим SO₃, снаружи трубок в нисходящем потоке.

Основные стадии одного общего варианта выполнения изобретения показаны на Фиг.1. Способ состоит из стадий прохождения сырьевого газа для способа по линии 10 на стадию первого каталитического преобразования 11, на которой, как правило, 92-98% SO₂ превращается в SO₃ в соответствии с реакцией SO₂+½O₂=SO₃, как правило, за три слоя катализатора с внутренним охлаждением. Сырьевой газ может быть получен при сжигании серы или серных компонентов, как показано на Фиг.2, 3 и 5, или при мокрой очистке отходящих газов с высокой концентрацией SO₂, как показано на Фиг.4.

Способ, как показано на Фиг.1, применяемый для производства концентрированной серной кислоты, с возможным объединением с производством олеума, из сырьевых газов с 6-40 об.% SOx, как правило, полученных с помощью сжигания серы и/или серных компонентов или из сырья сильного газа SO₂, получаемого при обжиге минералов или при регенерации отработанной кислоты после мокрой очистки сильного газа SO₂. Н₂O, содержащаяся в горячем воздухе, отводимом по линии 35 из контура рециркуляции охлаждающего воздуха промежуточного конденсатора 14, добавляется в секцию производства сырьевого газа 1, чтобы установить молярное отношение H₂O/SOx на входе в промежуточный конденсатор в интервале 1,0-1,15 или 1,0-1,2 при производстве концентрированной серной кислоты или 0,5-0,90 для конденсации олеума 17 в промежуточном конденсаторе 14. Сырьевой газ поступает на стадию первого охлаждения SO₂ в каталитическом реакторе 11, в котором 92-98% SO₂ в сырьевом газе превращается в SO₃, как правило, за три слоя катализатора с внутренним охлаждением. Газ, теперь содержащий SO₂ и SO₃ (SOx), охлаждается в теплообменнике 12 до газа 13 с температурой на около 30°С выше точки росы его H₂SO₄ или, как правило, 300-330°С до промежуточного конденсатора 14, в котором газ дополнительно охлаждается до 100-180°С, и H₂SO₄ конденсируется нисходящим потоком газа в охлаждаемых воздухом стеклянных трубках. При производстве олеума с содержанием SO₃, например, 25 масс.% газ дополнительно охлаждается до около 40°С, предпочтительно в охладителе газа, размещенном ниже стеклянных трубок, чтобы повысить абсорбцию SO₃ в конденсированной H₂SO₄. Газ, выходящий из конденсатора по линии 16, затем нагревается в теплообменнике 18, и дополнительный воздух и избыток Н₂O из контура рециркуляции воздуха добавляются по линии 36 в газ, выходящий из конденсатора, до второй стадии превращения SO₂ 20, где SO₃ образуется в соответствии с уравнением SO₂+½O₂=SO₃, после чего газ охлаждается в охладителе газа 22 и оставшиеся SO₃ и H₂SO₄ конденсируются по линии 23 в конечном конденсаторе серной кислоты 24, в котором газ поднимается по охлаждаемым воздухом стеклянным трубкам вверх, что приводит к потоку чистого газа 26 и потоку серной кислоты 42. Воздух, применяемый для охлаждения промежуточного абсорбера 14, рециклизуется с помощью возвратного вентилятора 39 в контуре рециркуляции воздуха, содержащем отвод из контура по линии 35 горячего воздуха, применяемого для приготовления сырьевого газа, отвод по линии 36 воздуха, добавленного в газ до второй стадии превращения SO₂, охлаждение воздуха путем пропускания через охладитель воздуха 38, добавление по линии 29 воздуха из конечного конденсатора 24, добавление воды 50 с помощью увлажнителя (например, испарителя) 31, в котором вода, применяемая для способа и для увеличения эффективности теплообмена воздушной стороны, испаряется, и, наконец, добавление воздуха в качестве добавочного воздуха 32 в контур рециркуляции воздуха, обеспечивая воздушный баланс способа. Воздух, применяемый для охлаждения конечного конденсатора 24, сначала проходит через вентилятор 25 выше по ходу потока до конечного конденсатора и уходит по линии 27, где он затем охлаждается в теплообменнике 28. Избыток воздуха отводится по линии 40. Поток 52 может быть добавлен к линии 36.

До 99.9% SOx в сырьевом газе обычно возвращается в виде концентрированной серной кислоты или олеума при очень высоком энергетическом выходе, и до 96% всего тепла способа возвращается в виде перегретого пара высокого давления для выработки электроэнергии.

Горячий влажный воздух, отведенный по линии 35 из контура рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора 14, применяется при производстве 1 сырьевого газа линии 10 для того, чтобы обеспечить количество кислорода, необходимое для достижения требуемого превращения SO₂ на стадии 11 первого окисления/превращения SO₂, и чтобы обеспечить количество воды, необходимое для достижения требуемого молярного отношения Н₂O/SO₃ (Ψ) газа 13, входящего в промежуточный конденсатор 14, где концентрации Н₂O и SO₃ являются номинальными концентрациями, вычисленными при предположении, что H₂SO₄ в газе полностью диссоциировала на Н₂O и SO₃.

Как описано выше, термины «молярное отношение Н₂O/SO₃» и Ψ (идентичны и служат для определения требуемого молярного отношения Н₂O к SO₃ в газе 13, входящем в промежуточный конденсатор 14. Например, в способе, приведенном на Фиг.2, и соответствующих данных Таблицы 1 отношение H₂O/SO₂ газа 10, входящего в SO₂-реактор 11, равно 11,8/11,276=1,0465, тогда как номинальное отношение Н₂O/SO₃ газа, входящего в промежуточный конденсатор 14, равно Ψ=1,0465/0,965=1,0866, поскольку 96,5% превращения SO₂ достигается на стадии 11 первого окисления SO₂.

Содержащий SO₃ газ охлаждается в восходящем теплообменнике 12 выше по ходу потока до промежуточного конденсатора 14 часто до температуры выше на 30°С точки росы (T_d) газа, который, как правило, имеет температуру 270-292°С. Температура газа 13 после теплообменника 12 равна 310°С. Как описано выше, это дает возможность сохранять верхний трубный слой сухим и, следовательно, его можно изготавливать из углеродистой стали и других дешевых материалов.

В промежуточном конденсаторе серной кислоты 14 газ охлаждается, и серная кислота конденсируется в вертикальных охлаждаемых воздухом стеклянных трубках, в которых газ SO₃ движется вниз внутри трубок, тогда как охлаждающий воздух, введенный по линии 33, движется в противотоке с поперечным течением вверх с внешней стороны конденсатора. Газовый поток, содержащий непревращенный SO₂ и неконденсированные SO₃ и H₂SO₄, отводится по линии 16, тогда как по линии 17 со дна конденсатора отводится конденсированная кислота.

Теперь кратко вернемся к Фиг.6: показана схема конкретного варианта промежуточного конденсатора 14 с воздушным потоком внутри трубок и газом, содержащим SO₃, снаружи трубок в нисходящем потоке. Газ 13 из первой стадии превращения SO₂ поступает в верхнюю часть конденсатора и отводится в виде отходящего газа 16 от дна при производстве конденсированной серной кислоты 17. Охлаждающий воздух 33 из контура рециркуляции воздуха, входящий на дно, нагревается при прохождении внутри стеклянных трубок 14a и выходит сверху как воздушный поток 34.

Концентрация кислоты, отводимой от промежуточного конденсатора, зависит от трех следующих параметров:

- номинального отношения H₂O/SO₃ ψ газа, входящего в промежуточный конденсатор, как определено выше,

- температуры на линии 16, на которой газ и конденсат охлаждаются в промежуточном конденсаторе, и

- номинального парциального давления SO₃ в указанном входящем газе, вычисленного при предположении, что вся H₂SO₄ диссоциировала на H₂O+SO₃. Корреляция с номинальным 12% SO₃ в газе при абсолютном давлении 1,1 атм в таблице 1 охватывает диапазон рабочих условий и концентраций конденсированной серной кислоты и олеума важна для практического применения способа. При ψ=1,06 концентрация конденсата постоянна при азеотропной концентрации H₂SO₄ 99,09% независимо от температуры. При ψ>1,06 концентрация кислоты понижается с увеличением ψ и уменьшением температуры, тогда как при ψ<1,06 концентрация кислоты уменьшается с увеличением температуры. При ψ=1,5 94% концентрированной серной кислоты конденсируется при температуре на выходе из конденсатора 180°C. В принципе у способа нет верхнего предела относительно Ψ, однако практический верхний предел Ψ, возможно, около 1,6, что соответствует 93-93,5% концентрации концентрированной серной кислоты.

Обычно 0,5-1% конденсированной кислоты или олеума будет конденсироваться в виде аэрозоля (субмикронные капли), проходящего на стадию второго превращения SO₂ способа. Мы обнаружили, что образование такого аэрозоля сильно увеличивается, когда разница между точкой росы H₂SO₄ и температурой охлаждающего воздуха увеличивается за пределы диапазона 20-30°С в верхней части промежуточного конденсатора.

При производстве олеума, как видно из таблицы 1, газ должен быть охлажден до гораздо более низких температур, чем при производстве серной кислоты, чтобы достигнуть достаточной абсорбции SO₃ в серной кислоте. Поэтому при производстве олеума с 25% SO₃, газ и конденсат должны быть охлаждены до 40°С. Это достигается, наиболее преимущественно, как показано на Фиг.3, с помощью конечного охлаждения газа и конденсированной кислоты в охлаждаемом водой теплообменнике, расположенном в пространстве ниже нижнего трубного слоя охлаждаемых воздухом стеклянных трубок. Охлаждение будет еще более облегчено при полной замене подачи воздуха из конечного конденсатора на атмосферный воздух, подаваемый в воздушный контур путем прохождения атмосферного воздуха внутри промежуточного конденсатора, как показано на Фиг.3.

Количество воды, добавляемое в контур рециркуляции воздуха в увлажнителе 31, регулируется таким образом, чтобы (1) содержание Н₂O в воздухе, отводимом от контура рециркуляции воздуха для подготовки сырьевого газа, давало требуемое значение Ψ газа, проходящего в промежуточный конденсатор, и (2) количество воды, необходимое для получения минимум 1.6% Н₂O в газе, отводимом от конечного конденсатора, подается с воздухом из контура, подаваемым в газ, отводимый от промежуточного конденсатора и проходящий на стадию второго превращения SO₂ способа. В частности, количество воды, добавляемое к потоку газа, отводимому от промежуточного конденсатора в соответствии со стадией (е), соответствует чистому воздуху, отводимому от конечного конденсатора, содержащему 2-2,5 масс.%.

Два важных преимущества достигаются за счет испарения воды в контуре рециркуляции воздуха способа по изобретению.

Во-первых, тепло для испарения воды подается от охлаждения входящего в промежуточный конденсатор воздуха до температуры около 70°С, снижая, таким образом, нагрузку и обеспечивая более высокую температуру выходящего воздуха охладителей воздуха, которые применяются для предварительного нагрева воды, питающей бойлер, и поэтому являются узкими местами в максимальной утилизации тепла способа в паровом цикле выработки электроэнергии. Во-вторых, высокое содержание Н₂O в воздухе снижает удельный вес и увеличивает теплоемкость и теплопроводность воздуха, увеличивая, таким образом, коэффициент теплопередачи и снижая падение давления на воздушной стороне стеклянных трубок конденсатора.

Добавление H₂O при производстве сырьевого газа обычно нежелательно, когда сырьевой газ вырабатывается при сжигании газа H₂S, содержащего дополнительные соединения водорода, которые дают значения Ψ выше 1,1-1,15 без добавления дополнительной Н₂O в воздух для сгорания в секции производства сырьевого газа. В таких случаях вода не может быть добавлена в контур рециркуляции охлаждающего воздуха, если горячий воздух, отводимый от контура, применяется как воздух для сгорания при получении газа SO₂. Альтернативно, как видно из Фиг.5, только горячий воздух, отводимый непосредственно из конечного конденсатора, применяется вместо этого при производстве сырьевого газа. Только воздух на линии 36 для конечной стадии превращения SO₂ все же забирается из контура рециркуляции воздуха промежуточного конденсатора. Воздух в контуре промежуточного конденсатора все еще поддерживается сильно обогащенным Н₂O в способе по изобретению по двум причинам: для того чтобы подавать дополнительную Н₂O, необходимую для второй стадии превращения SO₂ способа и для увеличения теплоемкости и снижения удельного веса охлаждающего воздуха, как показано на Фиг.5, где 25% H₂O в рециркулирующем воздухе снижают падение давления в контуре рециркуляции на 25% по сравнению с ситуацией с 2% Н₂O в воздухе. Выходящий газ промежуточного конденсатора в линии 16 нагревается по линии 18, и дополнительный воздух с избытком H₂O добавляется к газу перед второй стадией превращения SO₂ в каталитическом конвертере или каталитической секции 20, за чем следует охлаждение газа в газоохладителе 22 и конденсация оставшихся SO₃ и H₂SO₄ в конечном конденсаторе серной кислоты 24 с помощью подачи газа вверх в охлаждаемые воздухом стеклянные трубки в соответствии с известной технологией.

Таблица 1Рабочие условия промежуточного конденсатора
12% номинальная концентрация SO3 на входе в конденсатор. Абсолютное давление 1.1 атм
Отношение Н2O/SO3, Ψ	Точка росы кислоты в газе на входе в конденсатор, °С	Температура на выходе из конденсатора, Т16, °С	Фракция конденсированного SO3+H2SO4	Концентрация конденсата	Об.% в выходящем газе (16)
1.0	278.4	120	99.5%	99.90% H2SO4	0.084	0.000

1.0	278.4	140	98.7%	99.80% Н2SО4	0.200	0.000
1.05	279.3	<50	100%	99.09% H2SO4	0	0
1.05	279.3	120	99.9%	99.09% H2SO4	0.0145	0.003
1.05	279.3	140	99.7%	99.09% H2SO4	0.051	0.018
1.05	279.3	160	99.0%	99.07% H2SO4	0.163	0.032
1.10	280.2	120	99.9%	98.22% H2SO4	0.013	0.025
1.10	280.2	140	99.8%	98.25% Н2SO4	0.030	0.053
1.10	280.2	160	99.4%	98.32% H2SO4	0.097	0.134
1.10	280.2	180	98.1%	98.