生产硫酸水溶液的系统和方法与流程

本发明涉及用于生产硫酸的方法和系统。本发明涉及用于生产硫酸水溶液的方法和系统。本发明涉及用于从三氧化硫和水生产硫酸的方法和系统。本发明涉及制浆厂，其在使用中产生二氧化硫作为副产物，并且涉及用于从二氧化硫生产硫酸的系统。

背景技术：

从专利se510171中已知从含二氧化硫(so2)的气体生产硫酸(h2so4)的方法。在该方法中，so2被催化氧化成三氧化硫(so3)。通过使so3与水(h2o)或硫酸水溶液接触，可以强化液体，即可以增加其硫酸浓度。然而，在催化氧化过程中，so3的温度很高，通常超过450℃。此外，so3和h2so4都是化学上非常活泼的。因此，设备中使用的材料需要既耐热又耐腐蚀。这种材料非常昂贵。由于资源通常是有限的，这限制了设备的尺寸，因此，对于给定的资源，h2so4生产能力可能保持低于期望值。

而且，硫酸的腐蚀性质取决于其强度。硫酸在约20w-％至85w-％的强度范围内具有极强的腐蚀性。然而，当强度甚至更高(例如93w-％或更高)时，h2so4的腐蚀性质不那么强烈。这是为什么传统的生产设备包括强化塔(其被配置为将硫酸强化到至少93w-％的强度)的一个原因。然而，如果选择的材料仅能承受基本上纯的h2so4，则该工艺需要以不产生较弱硫酸的方式运行。否则会发生腐蚀问题，这可能导致强h2so4泄漏，造成健康和环境问题。工艺可能很难以这种方式运行，由此这样的工艺相当危险。此外，在涉及硫酸的许多化学过程中，仅需要较弱的硫酸(即，硫酸水溶液)，由此不需要这种强化塔，条件是该系统被配置为处理硫酸水溶液。由于硫酸水溶液的腐蚀性，用于已知系统的合适材料是昂贵的。

此外，即使使用耐腐蚀材料，材料在使用过程中也会在一定程度上磨损或腐蚀。因此，这种系统可能会发生泄漏和/或可能需要不断的维护。维护会增加运行成本，且泄漏会带来安全和环境风险。

技术实现要素：

本申请公开了用于生产硫酸水溶液的方法。该方法允许使用较便宜的材料，这些材料在使用中仍然耐用。还公开了相应的系统。通过这种方式，可以降低安全和环境风险，同时保持低投资成本。此外，设备的配置方式使得可以容易地更换腐蚀部件。此外，系统的某个部分可以被配置为承受大部分腐蚀，并且这种牺牲部件也可以容易地更换。

在该方法和系统中，在将含有so3的气体引入到冷凝塔(在其中产生硫酸h2so4(和/或hso4^-和/或so4^2-))中之前，将其在预冷却单元中预冷却。由于预冷却，冷凝塔的温度可以保持在低水平，从而可以在其中使用更便宜的材料。此外，可以将仍然需要耐热和耐腐蚀材料的预冷却单元制造得比冷凝塔小得多，实际上保持了低的整体材料成本。此外，当与释放一些含so2的气体的制浆厂一起应用时，剩余的so2可以在洗涤器中回收，作为可用在制浆厂中的反应产物。在权利要求中更具体地公开了本发明。

附图的简要说明

图1a示意性地示出了用于生产硫酸的系统和方法，该系统以侧视图示出，

图1b以俯视图示意性地示出了用于生产硫酸的系统，

图2示意性地示出了用于生产硫酸的系统和方法，

图3更详细地示出了预冷却单元，

图4以详细的侧视图示出了图3的部分iv的内部结构，且

图5示出了系统，该系统被配置为在洗涤器中从烟道气中回收剩余的so2作为可用于制浆厂中的反应产物。

发明详述

图1a示出了用于生产硫酸水溶液的系统100的实施方案。在图中，sz表示竖直方向。方向sx和sy二者彼此垂直并且是水平的。系统100连接到源，该源被配置为产生一些含三氧化硫so3的气体。图中示出了用于该气体的入口212。系统100被配置为接收[i]水h2o和[ii]含三氧化硫so3的气体。接收的水可以是基本上纯的水的形式或者是含水的硫酸水溶液的形式。此外，系统100被配置为使水h2o与三氧化硫so3反应以产生硫酸h2so4。特别地，该系统被配置为产生硫酸水溶液。

在本说明书中，术语“硫酸水溶液”是指硫酸的水溶液，其中硫酸含量至多为80w-％。如下所述，在典型的方法中，硫酸水溶液的强度至多为70w-％。在给定的温度下，硫酸水溶液的强度与其密度和ph相关，这可以被用作硫酸水溶液强度的证据。在替代术语中，术语“硫酸水溶液”是指可以通过仅混合水h2o和硫酸h2so4而制备的液体，其中h2so4的重量百分比为至多80或至多70。如技术人员所知，h2so4的水溶液将导致以下反应：

和

在这两个反应中，平衡强烈地偏向右侧。在整个说明书中，术语“硫酸水溶液”和“h2so4水溶液”是指包含至少h2o、h3o⁺和hso4^-或so4^2-的水溶液。如上述反应所示，硫酸水溶液可以不含h2so4或hso4^-或so4^2-。

仅生产硫酸水溶液的目的是双重的。首先，当在仅需要硫酸水溶液的方法中仅需要硫酸时，与生产基本上纯的h2so4并在该方法中将其稀释相比，可以以资源有效的方式生产硫酸水溶液。其次，当不需要强硫酸时，也不需要强化塔。这有助于保持低投资成本。

在该方法和系统中，在so3与水的放热反应中产生硫酸。水可以包含在硫酸水溶液中。在形式上，反应可以写成

参考图1a，系统100包括预冷却单元200，其被配置为将含三氧化硫so3的气体预冷却。预冷却单元200包括用于接收含三氧化硫的气体的第一入口212，用于接收冷却的硫酸水溶液或冷却的水(即，不含hso4^-或so4^2-的水)的第二入口214。预冷却单元200包括第一喷嘴220，其被配置为将冷却的硫酸水溶液和/或冷却的水喷雾到含三氧化硫的气体上以冷却含三氧化硫的气体。同时，如上文所述，水与so3反应。当水与三氧化硫反应时，一些三氧化硫形成硫酸。以这种方式，硫酸水溶液在预冷却单元200中强化到一定程度；或者，一些水在预冷却单元200中转化为硫酸水溶液。预冷却单元200还包括用于排出硫酸水溶液和含三氧化硫的气体的出口216。

参考图1a，在相应的方法中，接收含三氧化硫的气体，使得在第一入口212处，含三氧化硫的气体的温度为至少300℃。通常，so3在催化氧化过程中产生，其中温度可能升至450℃以上，例如460℃至480℃。然而，气体可以在被传送到预冷却单元200的同时冷却。通常，当接收在预冷却单元200中(即，在入口212处)时，含三氧化硫的气体包含0.1vol-％至3vol-％，例如0.2vol-％至2vol-％的三氧化硫。很明显，当so3与水反应时，so3含量降低。因此，在图1a中由“烟道”表示的经处理的气体(processedgas)可以基本上不含so3。在含三氧化硫的气体还含有二氧化硫的情况下，经处理的气体(“烟道”)可以包含二氧化硫。

如果需要，可以用例如包括碱如naoh的洗涤溶液在洗涤器700中进一步洗涤经处理的气体(即“烟道”)，以从烟道中除去基本上所有的硫(图5)。这可能发生在例如当烟道在环境限制高的地方释放到大气中时。如将在下面详细讨论的，这可能特别地发生在含三氧化硫的气体还含有二氧化硫时。

在预冷却单元200中，通过将冷却的液体(例如，硫酸水溶液和/或水)喷雾到含三氧化硫的气体上，将含三氧化硫的气体冷却到至多120℃，优选至多100℃的温度。该温度是指预冷却单元200的出口216处的气体的温度。如上文所述，至少一些三氧化硫通过与水(任选的硫酸水溶液的水)反应而形成硫酸，从而产生硫酸水溶液或更强的硫酸水溶液。

系统100还包括第一换热器410。第一换热器410包括用于热硫酸水溶液和/或水的第一入口412，用于冷却的硫酸水溶液和/或冷却的水的第一出口414，用于冷却剂(即，冷却介质)的第二入口416和用于冷却剂的第二出口416。该系统还包括管道450，管道450被配置为将冷却的硫酸水溶液和/或冷却的水从第一换热器410的第一出口414输送到预冷却单元200的第二入口214。显然，从预冷却单元200的第二入口214，硫酸水溶液和/或水在管道中被输送到第一喷嘴220。

当该工艺开始时，并且任选地也在后续，将水h2o供给到用于制备硫酸水溶液的工艺中。在图2中，液态水被指定为h2o(l)，以区别于蒸汽，即气态水h2o(g)。因此，在该工艺开始时，从第一换热器210输送到预冷却单元200的液体可以不含硫酸或基本上不含硫酸。然而，当该工艺被驱动一段时间时，水被反应以形成硫酸水溶液。此外，在该方法中，来自冷凝塔300的硫酸水溶液和任选的一些补充水(h2o(l)，例如通过阀465)经由换热器410供给到预冷却单元200。如果含有so3的气体还含有足够量的蒸汽(h2o(g))，则在该工艺开始后不需要这种补充水。

相应地，该方法包括将水和/或硫酸水溶液冷却，从而产生冷却的水和/或冷却的硫酸水溶液。如上文所述，冷却在第一换热器410中完成。优选地，水和/或硫酸水溶液以这样的方式冷却，使得换热器410的第一出口414处的水和/或硫酸水溶液的温度为至多80℃。

系统100包括冷凝塔300。冷凝塔300包括壁310或多个壁310，其限定用于强化硫酸水溶液的反应室312。壁310可以是冷凝塔300的外壁。冷凝塔300包括入口302，用于从预冷却单元200的出口216接收硫酸水溶液和含三氧化硫的气体。如图1a所示，系统100包括管道290，其被配置为将硫酸水溶液和含三氧化硫的气体从预冷却单元200的出口216输送到冷凝塔300。冷凝塔300包括用于通过喷雾使反应室312内的硫酸水溶液循环以强化硫酸水溶液的装置320。装置320可以包括第二喷嘴326、被配置为将硫酸水溶液输送到第二喷嘴326的管道324以及被配置为将硫酸水溶液泵送到管道324的泵322。可以从例如反应室312的底部泵送硫酸水溶液。

系统100包括泵装置(322，402)，其被配置为[i]经由第一换热器410将硫酸水溶液从冷凝塔300泵送到第一喷嘴220，和[ii]将硫酸水溶液从冷凝塔300泵送到第二喷嘴326。在图1和5中，泵322被配置为经由管道324将来自冷凝塔300的硫酸水溶液泵送到第二喷嘴326。此外，在图1和5的实施方案中，相同的泵322被配置为经由第一换热器410将硫酸水溶液从冷凝塔300泵送到第一喷嘴220。然而，如图2所示，该系统可包括另一泵402，其被配置为经由第一换热器410将硫酸水溶液从冷凝塔300泵送到第一喷嘴220。任一种泵装置都可以与本发明的任何实施方案结合使用。该系统还包括管道405，其被配置为将来自冷凝塔300的硫酸水溶液输送到第一换热器410。相应地，方法的一个实施方案包括经由第一换热器410将来自冷凝塔300的硫酸水溶液输送到第一喷嘴220。

相应地，该方法包括将[i]冷却的含三氧化硫的气体和[ii]冷却的水和/或硫酸水溶液从预冷却单元200输送到冷凝塔300。该方法还包括在冷凝塔300中通过使硫酸水溶液在冷凝塔300中循环并通过将硫酸水溶液喷雾到含三氧化硫的气体上来强化硫酸水溶液。以这种方式，硫酸生成为硫酸水溶液。特别地，通过适当地选择预冷却装置200和冷凝塔300内的流动速度，例如，通过适当地选择预冷却装置200和冷凝塔300的横截面积，可以在冷凝塔300中发生so3与h2o的大部分反应。

该方法具有的有益效果是，由于含三氧化硫的气体的温度在冷凝塔300之前被冷却，因此冷凝塔300的材料不需要非常耐热。特别地，一些塑料可以适用于冷凝塔300的一个或多个壁310的材料。在该系统的一个实施方案中，冷凝塔300的壁310或多个壁310包括塑料材料。优选地，壁310包括在其厚度方向上延伸穿过壁310的部分，并且该部分由塑料材料和任选的纤维增强材料构成。相应地，在该方法的一个实施方案中，一种或多种气体仅以这样的方式输送到冷凝塔300中，使得该一种或多种气体的温度在冷凝塔300的入口处至多为120℃。

在整个本说明书中，术语“塑料”是指合成或半合成的有机化合物，其是可延展的并且可以被模制成固体物体。该术语可以指包含有机聚合物(或包含多种有机聚合物)的材料，其也可以包含其他物质。该术语可以指包含有机聚合物的合成材料。

至于塑料材料，优选地，壁310包括可焊接的塑料材料。可焊接材料可以通过焊接容易地连接到其他可焊接材料。因此，利用这种材料，制造冷凝塔300变得更容易。然而，塑料材料应该具有合理的耐热和耐腐蚀性。塑料材料可以耐热至少130℃。因此，优选地，塑料材料包括氟化塑料材料，即使一些其他塑料材料也具有足够程度的耐热性。在一个实施方案中，冷凝塔300的壁310或多个壁310包括塑料材料。在一个实施方案中，冷凝塔300的壁310或多个壁310包括氟化塑料材料。在一个实施方案中，冷凝塔300的壁310或多个壁310还包括增强材料。在一个实施方案中，增强材料是合成纤维增强材料。合成纤维增强材料的实例包括玻璃纤维、碳纤维、对位芳族聚酰胺合成纤维和/或芳族聚酰胺纤维。优选地，合成纤维材料耐热至少130℃。在一个实施方案中，冷凝塔300的壁310或多个壁310除了纤维增强材料之外还包括至少10w-％的可焊接的塑料材料。可焊接的塑料材料可以耐热至少130℃。塑料材料可以是氟化塑料材料。

如图1a和1b所示，系统100包括管道290，其被配置为将含so3的气体和h2so4水溶液从预冷却单元200输送到冷凝塔300。由于含so3的气体和h2so4水溶液已经在管道290之前被冷却，因此在一个实施方案中，管道290也包括塑料材料。在一个实施方案中，上文针对冷凝塔300的一个或多个壁310的材料所述的内容也适用于管道290的材料。

关于进入冷凝塔300的含so3的气体的温度，需要指出的是，通常含so3的气体还包含蒸汽。因此，当含so3的气体的温度和上面讨论的一样低时，不能产生强硫酸，因为含so3的气体的蒸汽变得冷凝。如果需要更强的酸，则不能使用预冷却装置，并且对于强化塔的材料要求将明显更严格，因为强化塔需要在高温下接收so3，以避免水和/或稀h2so4的冷凝。

在该方法的一个实施方案中，以这样的方式生产硫酸水溶液，使得硫酸水溶液的硫酸浓度不超过80w-％。这允许选择用于冷凝塔300的简单材料。如下文所示，从so3产生更强的h2so4通常需要比上述温度更高的温度。

相应地，系统不包括将被配置为将硫酸水溶液强化至大于80w-％的强度的强化塔。如上文所述，由于本发明解决了与腐蚀有关的问题，因此通常不需要强化塔。省略这样的塔降低了投资成本，因为如上文所述，由于强化所涉及的高温，塑料材料不能用于强化塔。

如图1a所证实的，h2so4的浓度可以通过供给到该工艺的水h2o(l)的速率和从该工艺中取出的硫酸水溶液(h2o+h2so4)的速率来控制。三氧化硫so3供给到该工艺中的速率和含有so3的气体的蒸汽浓度影响水和硫酸水溶液的速率。在一个实施方案中，将水h2o(l)供给到该工艺中，并从该工艺中取出硫酸h2so4水溶液，其方式使得硫酸水溶液的硫酸浓度不超过80w-％。

为了控制硫酸h2so4水溶液的强度，系统100可以包括第一调节器460，例如阀460，其被配置为调节来自该工艺的硫酸h2so4水溶液的流量。参考图1a，第一调节器460可以被配置为调节从系统100流出的硫酸h2so4水溶液的流量。参考图2，第一调节器460可以被配置为调节系统内(例如到该系统的制浆厂600)的硫酸h2so4水溶液的流量。参考图1a，第一调节器460可以被配置为调节从冷凝塔300取出而不将其直接返回至冷凝塔300或预热单元200的这种硫酸h2so4水溶液的流量。

为了控制硫酸h2so4水溶液的强度，系统100可以包括第二调节器465，例如阀465，其被配置为调节进入该工艺的水的流量。参考图1a，第二调节器465可以被配置为调节进入预冷却单元200的额外水的流量。替代地或另外地，可以将水供给到冷凝塔300中，由此第二调节器465可以被配置为调节进入冷凝塔300的额外水的流量，如图1a中的虚线所示。取决于所添加的水的温度，在第一交换器410之前(如图1a所示)供给水可能是有益的，由此水也将被冷却；和/或在第一交换器410之后(图1a中未示出)供给水(即水或在一些其他温度下的其他水)，由此该部分水不会在第一换热器410中被冷却。

此外，系统100可以包括传感器470，其被配置为给出指示硫酸水溶液的强度的信息。传感器470可以被配置为测量硫酸水溶液的电导率、电阻率、密度(即，比质量)和摩尔浓度(例如，通过滴定)中的至少一种。已知的是，电阻率(和电导率)与ph相关。该系统可以包括处理单元475，其被配置为从传感器470接收指示硫酸水溶液的强度的信息，并且通过使用该信息来控制第一调节器460和第二调节器465中的至少一个。

在一个典型的方法中，含有so3的气体还含有蒸汽，其量使得在该工艺开始后不需要将水加入到工艺中。此外，在这种情况下，从该方法中除去的硫酸水溶液的摩尔量与所冷凝的蒸汽的摩尔量基本上相同。通常，含有so3的气体的蒸汽与so3之比使得硫酸水溶液的最终强度在60w-％至75w-％的范围内，此时在工艺开始之后不通过例如第二阀465向该工艺供给额外的水。如上文所述，可以通过向该工艺供给一些水或蒸汽来控制(即，降低)强度。

在一个实施方案中，该系统包括传感器，其被配置为提供关于冷凝塔300内的硫酸水溶液的表面水平的信息。如果表面水平升高到极限以上，则可以从该工艺中除去硫酸水溶液。可以从该工艺中除去硫酸水溶液，达到其量使得冷凝塔300内的硫酸水溶液的表面水平低于极限或另一极限。在该方法的相应实施方案中，当该工艺开始时，水仅在最初被供给到冷凝塔300。

因为so3与h2o的反应是放热的，所以如果不进行进一步冷却，则冷凝塔300内的硫酸水溶液会升温。当在冷凝塔300中使用塑料材料时，这可能引起与安全性有关的问题。

因此，系统100的一个实施方案包括第二换热器420。第二换热器420包括用于热的硫酸水溶液的第一入口422、用于冷却的硫酸水溶液的第一出口424、用于冷却剂(即，冷却介质)的第二入口426和用于冷却剂的第二出口428。在该实施方案中，泵322是被配置为将硫酸水溶液泵送到第二换热器420的第一入口422的泵。此外，管道324被配置为将冷却的硫酸水溶液从第二换热器420的第一出口424输送到第二喷嘴326；且管道430被配置为将来自冷凝塔300的反应室312的硫酸水溶液输送到第二换热器420的第一入口422。当存在时，第二换热器420可以被认为是用于通过喷雾使硫酸水溶液在反应室312内循环以强化硫酸水溶液的装置320的一部分。

该方法的相应实施方案包括在将硫酸水溶液喷雾到冷凝塔300中的含三氧化硫的气体之前将其冷却。特别地，该方法的相应实施方案包括在[i]从冷凝塔300中取出硫酸水溶液和[ii]将其喷雾到冷凝塔300中的含三氧化硫的气体上之间冷却硫酸水溶液。如上文所述，将硫酸水溶液在第二换热器420中冷却，并通过管道430和324从冷凝塔300输送到第二喷嘴326。

为了防止硫酸水溶液的液滴从冷凝塔300逸出，在一个实施方案中，冷凝塔300包括第一液滴分离器330。第一液滴分离器被设置在冷凝塔300的反应室312的上方或反应室312的上部。液滴分离器330被配置为捕获通过第二喷嘴326喷雾的硫酸水溶液的一些液滴，以防止这些与烟道气一起流出冷凝塔300。

参考图2，在一个实施方案中，含三氧化硫so3的气体在转化器500中产生，该转化器500被配置为[i]接收含有至少一些二氧化硫so2的一些气体和[ii]通过使so2与氧气o2反应而将至少一些so2转化(即，氧化)为so3。在形式上，氧化反应可以写成

氧化反应优选使用催化剂例如五氧化二钒v2o5和/或铂pt来催化。

转化器500包括用于接收二氧化硫so2和氧气o2的入口装置502。入口装置502可以包括用于接收含so2但不含o2的气体的第一入口和用于接收含o2的其他气体的第二入口。入口装置502可以仅包括用于接收含so2和o2的气体的第一入口。入口装置502可以包括用于接收包含so2(任选地还包含o2)的气体的第一入口和用于接收包含o2(任选地不含so2)的其他气体的第二入口。转化器500包括用于含三氧化硫so3的气体的出口504。转化器500包括催化剂510，例如v2o5和/或pt，用于将至少一些二氧化硫so2和氧气o2转化为三氧化硫so3。系统100包括管道440，其被配置为将含三氧化硫so3的气体从转化器500的出口504输送到预冷却单元200的第一入口212。

相应的方法包括接收二氧化硫so2和氧气o2，它们二者都包含在一些气体或多种气体中。该方法包括在转化器500中将至少一些二氧化硫so2催化氧化成三氧化硫so3，从而产生含三氧化硫so3的气体。该方法包括将含三氧化硫so3的气体输送到预冷却单元200。一个实施方案包括使用v2o5和/或pt将so2催化氧化成so3。

氧化反应对温度有些敏感。典型的催化剂在高于400℃的温度下表现良好。然而，该反应在低温下有利于so3的形成。因此，在该方法的一个实施方案中，将转化器500中的反应温度调节至350℃至480℃，例如400℃至480℃。反应温度是指转化器500内在沿着转化器500内的气体的流动路径在入口装置502和出口504之间的中间的点处的温度。可以通过使用来自锅炉610的蒸汽h2o(g)来调节转化器500中的温度或转化器500的温度。优选地，来自锅炉610的一些蒸汽被供给到转化器500，用于调节转化器500内的温度。如图2所示，可以将蒸汽与含so2的气体混合，然后将它们供给到转化器500。优选地，以这样的方式将蒸汽添加到含so2的气体中，使得在转化器500的入口装置502处的含so2的气体的温度为400℃(给出一个或两个有效数字)，例如370℃至430℃。如上文所述，使用过量的蒸汽降低了通过该工艺可获得的h2so4的强度。因此，如果使用的话，蒸汽的温度应该很高。另外地或替代地，可以使用其他装置(例如，加热器，例如燃烧器)来控制温度。

氧化反应的平衡还取决于氧气与二氧化硫的比例。通常，o2与so2的摩尔比大于3，例如至少5。

相应的系统100包括用于调节转化器500的温度的装置。这种装置可包括加热器，其被配置为加热含有so2的气体和/或转化器500。相应的系统100可以包括被配置为产生蒸汽的锅炉610和用于输送蒸汽和使蒸汽与含so2的气体接触的管道612。系统100可以包括控制单元614，其被配置为以这样的方式控制蒸汽的量，使得转化器500中的反应温度在上述界限内。

由于氧化反应是放热的，因此气体的温度在转化器500中升高。通常，转化器500的出口504处的气体温度为460℃至480℃。

即使适当地选择催化剂、处理温度和摩尔比，转化器500的转化效率也不一定是100％。通常，转化效率为至少90％，即至少90v-％的so2被转化为so3。更典型地，转化效率在93％至98％的范围内。因此，图2中由“烟道”所示的气体可以含有例如，至多3000ppm的so2，或更通常至多1500ppm的so2。如将在下面结合图5更详细地讨论的，烟道可以用洗涤器700洗涤。

在一个实施方案中，用泵或多个泵480a、480b来增强含so3的气体的循环(参见图5)。泵480a可以被设置在预冷却单元200的上游，例如催化反应器500的上游。这种泵480a被设置成增加含so3的气体和/或含so2的气体的压力，从而将气体驱向冷凝塔300。泵480b可以被设置在冷凝塔300的下游，例如在洗涤器700的下游。这种泵被设置成降低烟道的压力，从而将含有so3的气体和/或含有so2的气体抽吸向冷凝塔300。

当使用泵(480a或480b)或多个泵(480a和480b)时，不需要使用额外的载气来输送含有so2或so3的气体。因此，硫酸水溶液的可获得的强度相当高。例如，在使用中压蒸汽来输送含有so2或so3的气体的情况下，蒸汽将稀释硫酸水溶液。

在例如专利wo2010/019079中公开了在这种系统中合适的泵和泵配置的实例。该文献公开了液体环式泵(其中的1a和1b)，相当于上面讨论的泵480a、480b。这种泵解决方案通过引用结合到本实施方案中。

在一个实施方案中，系统100还包括制浆厂600。制浆厂600是指将木屑或其他植物纤维源转化为纤维板的装置。纤维板可以运送到造纸厂用于进一步处理。制浆厂600可以是牛皮纸(kraft)制浆厂(即，硫酸盐制浆厂)或亚硫酸盐制浆厂。在一个实施方案中，制浆厂600是硫酸盐制浆厂。前述锅炉610可以是制浆厂600例如硫酸盐制浆厂600的一部分。

作为副产物，制浆厂600被配置为产生至少一些含二氧化硫so2的气体。系统100包括管道602，其被配置为将来自制浆厂600的含二氧化硫的气体输送到转化器500的入口装置502。在这样的系统中，益处有三重。首先，可以从制浆厂600中安全地除去具有刺激性气味的二氧化硫，从而减少环境不利因素。其次，通过使用so2，可以制备硫酸水溶液。第三，由于制浆厂600需要一些稀硫酸进行操作，因此生产的硫酸水溶液可以用于制浆厂600中。为此，系统100的一个实施方案包括管道604，用于将硫酸水溶液从冷凝塔300输送到制浆厂600。

相应的方法包括从制浆厂600的液体循环中分离一些含二氧化硫的气体，并将含二氧化硫的气体输送到转化器500。关于硫酸盐制浆厂的液体循环的细节，参见专利se510171。一个实施方案包括将至少一些所产生的硫酸水溶液输送到制浆厂。一个实施方案包括将至少一些所产生的硫酸水溶液输送到同一制浆厂600，从该制浆厂600中将含有so2的气体(其在转化器500中转化为so3并且在冷凝塔300中转化为h2so4)接收到转化器500中。

如上文所述，预冷却单元200中的温度很高。此外，so3和h2so4二者都具有很强的腐蚀性。因此，预冷却单元200的材料的耐腐蚀性和耐热性要求高。因此，预冷却单元200的材料是昂贵的。仅由于这个原因，预冷却单元200应该相对较小，即小于冷凝塔300。此外，当预冷却单元200与冷凝塔300相比较小时，h2so4的形成可以从主要在预冷却单元200中转移到冷凝塔300中。这有助于选择用于预冷却单元200的材料，因为在其中将产生较少的h2so4。

由于这些原因并参考图1b，在一个实施方案中，预冷却单元200在具有与预冷却单元200内的气体流动方向平行的表面法线的平面上具有第一横截面面积a200。横截面面积a200是指被限定含so3的气体的流动的预冷却单元200的一个或多个这种壁所限定的前述平面的面积。相应地，第一横截面面积a200是指预冷却单元200的流动通道的面积，含so3的气体被配置为在该流动通道中流动。在预冷却单元200内，气体流动方向平行于预冷却单元200中含有so3的气体的流动速度v1的方向。速度v1在图1a中由相应的箭头示出。

冷凝塔300在具有与冷凝塔300内的气体流动方向平行的表面法线的平面上具有第二横截面面积a300。第二横截面面积a300是指被限定含so3的气体的流动的冷凝塔300的一个或多个壁所限定的前述平面的面积。这种壁可以是壁310，或者流动可以被限定反应室312的附加壁进一步限定。相应地，第二横截面面积a300是指冷凝塔300的流动通道的面积，含so3的气体被配置为在该流动通道中流动。在冷凝塔300内，气体流动方向平行于冷凝塔300中含有so3的气体的流动速度v2的方向。速度v2在图1a中由相应的箭头示出。

为了在冷凝塔300中产生大量h2so4，含三氧化硫的气体在预冷却单元200中的流动速度应该大于在冷凝塔300中的流动速度。因此，在一个实施方案中，第二横截面面积a300大于第一横截面面积a200(即，a300>a200)。在一个实施方案中，第二横截面面积a300是第一横截面面积a200的至少两倍或至少三倍(即，a300≥2×a200或a300≥3×a200)。如图1b所示，横截面可以是圆形的。在一个实施方案中，预冷却单元200的横截面的直径为0.3m至2.4m。在一个实施方案中，冷凝塔300的横截面的直径为至少1.5m，例如1.5m至8m。在预冷却单元200不是圆形的情况下，前述值适用于有效直径2×√(a200/π)。在冷凝塔300不是圆形的情况下，前述值适用于有效直径2×√(a300/π)。

当使用这样的系统100时，即在该方法的一个实施方案中，含三氧化硫的气体在预冷却单元200中具有第一流动速度v1(参见图1a)，并且含三氧化硫的气体在冷凝塔300中具有第二流动速度v2(参见图1a)。在一个实施方案中，第二流动速度v2的量级小于第一流动速度v1的量级(即，v2<v1)。优选地，第二流动速度的量级是第一流动速度的量级的至多一半或至多三分之一(即，v2≤v1/2或v2≤v1/3)。使用术语量级，因为速度通常是矢量。

参考图3，由于预冷却单元200内的腐蚀性条件，优选地，系统100的预冷却单元200的至少一部分是可更换的。例如，整个预冷却单元200可以通过第一可打开锁定装置233(例如，螺母和螺栓)连接到管道290。预冷却单元200可以包括凸缘230，其被设置为利用第一可打开紧固装置233连接到管道290。预冷却单元200的形状可以适于与第一可打开紧固装置233结合起作用。例如，预冷却单元200(例如，其凸缘230)可以限定用于螺母和螺栓233的孔232，该螺母和螺栓233用作可打开的紧固装置233。

作为图3的解决方案的替代或补充，管道290可以以类似的可打开的方式连接到冷凝塔300。相应地，预热单元200可以包括管道290。因此，在一个实施方案中，预冷却单元200通过第一可打开的紧固装置233连接到冷凝塔300。更具体地，在一个实施方案中，预冷却单元200通过第一可打开的紧固装置233直接连接到冷凝塔300(未示出)。

然而，已经注意到，预冷却单元200内最具有腐蚀性的点是其中硫酸水溶液在预冷却单元200内侧的壁上冷凝的那些点。已经发现，预冷却单元的大部分内部可以制成耐酸的，使得预冷却单元200的仅小的腐蚀性部分偶尔需要更换以进行维护。被设计成在使用期间腐蚀的部分将被称为牺牲盖240(参见图3和4)。

参考图4，在一个实施方案中，预冷却单元200包括框架260，例如预冷却单元200的外壁260。图4更详细地示出了图3的部分iv。框架260可以由具有适当的耐热性的材料制成。框架260不需要是耐酸的，条件是它被充分保护，以不接触预冷却单元200内的h2so4水溶液。为了使框架260与h2so4水溶液隔离，预冷却单元200包括侧向围绕预冷却单元200的反应室202的第一内壁252。第一内壁252由耐酸材料制成，优选地由耐酸砖制成。

为了更好的耐酸性，在一个实施方案中，预冷却单元200包括侧向围绕第一内壁252的第二内壁254。第二内壁254由耐酸材料制成，优选地由耐酸砖制成。预冷却单元200在第一内壁252和第二内壁254之间可以包括砂浆。

当第一内壁252由无酸砖制成时，第一内壁252的厚度优选为80mm至150mm，例如90mm至110mm，例如100mm。当第二内壁254由无酸砖制成时，第二内壁254的厚度优选为80mm至150mm，例如90mm至110mm，例如100mm。这些厚度也可适用于其他合适的耐酸材料。

为了使一个或多个内壁252、254与外壁260热隔离，并且以这种方式帮助维持反应室202内的适当反应温度，预冷却单元200包括侧向围绕预冷却单元200的反应室202并且由预冷却单元200的外壁260侧向围绕的隔热内壁256。优选地，隔热内壁256侧向围绕第一内壁252和如果存在的第二内壁254。

为了使隔热内壁256合理地隔热，隔热内壁256的材料在10°的温度下可以具有至多0.1w/m·k，优选至多0.05w/m·k的热导率κ。隔热内壁256可以由泡沫玻璃制成。在一个实施方案中，隔热内壁256由泡沫玻璃制成，并且隔热内壁256的厚度t256为60mm至160mm，例如70mm至100mm，例如80mm；使得它具有合适的隔热性能。优选地，在10℃的温度下计算的热导率κ与厚度t256的比例(κ/t256)为至多5w/m²·k，更优选至多1w/m²·k。预冷却单元200在壁252和256之间和/或在壁254和256之间可以包括砂浆。

为了进一步保护外壁260免受腐蚀，外壁260可以在其内侧包括第一衬里258。第一衬里258可以是例如耐热聚合物衬里，例如橡胶衬里。第一衬里258的耐热性可以是例如至少100℃。应当注意，由于外壁260与环境接触并且可以合理地传导热量，因此在使用中，第二衬里258的温度可以合理地低。此外，由其他壁(252、254、256)提供的隔热将有助于保持第一衬里258的温度合理地低。预冷却单元200在第一衬里258和隔热内壁256之间可以包括砂浆。

通常，难以制造具有任意形状的耐酸砖壁。因此，预冷却单元200的反应室202的顶板可能很难以耐酸的方式与反应室隔离。为了简化构造，在一个实施方案中，预冷却单元200包括牺牲盖240。牺牲盖240被配置为在使用期间腐蚀，并且因此被设置成易于更换。

如图3所示，牺牲盖240通过第二可打开的紧固装置243例如螺母和螺栓、钩或扣钩连接到框架260。牺牲盖240的形状适合于第二可打开的紧固装置243的形状。例如，如图3所示，牺牲盖240限定孔242，该孔242用于通过螺母和螺栓243将牺牲盖240紧固到预冷却单元的框架260(也参见图4)。

如图4所示，牺牲盖240与反应室202仅很弱地热绝缘。因此，牺牲盖240包括耐热至少500℃的材料241。优选地，牺牲盖的在牺牲盖240的厚度方向上延伸穿过牺牲盖240的所有这些部分包括耐热至少500℃的材料241。优选地，牺牲盖240包括金属层，例如钢，例如耐酸钢。如上文所述，该层可以是耐热的。

此外，牺牲盖240包括第二衬里244。第二衬里244不需要完全覆盖材料241的一侧。第二衬里的目的是保护层241的至少一部分不接触硫酸水溶液。因此，第二衬里244被设置在预冷却单元200的内部和材料241之间。换句话说，第二衬里244面向预冷却单元200的内部。第二衬里244应该耐热至少硫酸水溶液的沸点。在一个实施方案中，第二衬里244耐热至少230℃，优选至少300℃。在一个实施方案中，第二衬里244包括塑料材料。在一个实施方案中，第二衬里244包括氟化塑料材料。在一个实施方案中，第二衬里244由塑料材料构成。在一个实施方案中，第二衬里244由氟化塑料材料构成。

如图4所示，在一个实施方案中，牺牲盖240包括金属层241，该金属层241部分地涂覆有耐热至少240℃的第二衬里244。第二衬里244可以由例如氟化塑料(例如聚四氟乙烯(即，特氟龙))制成，或者由具有适当高的耐热性的非氟化塑料(例如，一些聚酰胺，例如尼龙66或聚对二甲苯)制成。

此外，在一个实施方案中，预冷却单元200包括冷却通道248，其被设置成与牺牲盖240接触。冷却通道248被设置成以导热方式与牺牲盖240接触。在使用中，一些液体冷却剂可以在冷却通道248中流动。预冷却单元200包括用于该冷却剂的入口248a和用于该冷却剂的出口248b(参见图3)，冷却剂可以通过该入口248a和该出口248b在通道248内循环。冷却通道248被设置成以这样的导热方式与牺牲盖240接触，使得在使用时，在[i]冷却通道248内流动的液体和[ii]牺牲盖240的一部分之间的温度差为至多50℃。

优选地，冷却通道248被设置在牺牲盖240的相对于第二衬里244的相对侧上。此外，优选地，冷却通道248被设置在牺牲盖240上，达到使得与牺牲盖240的表面法线n平行的直线l穿过冷却通道248和第二衬里244这两者的位置。这样做的技术效果是，当在冷却通道248中流动的冷却剂在通道248自身附近局部地冷却牺牲盖240时，硫酸水溶液将在冷却通道248所在的点处冷凝；然而，在盖240的另一侧上冷凝。因此，硫酸水溶液将在包括第二衬里244的点处冷凝，这保护材料241免于在该点处腐蚀。如图4所示，第二衬里244也可以被设置在较冷的位置处。因此，第二衬里244也可以被设置在侧向方向上比冷却通道248更远离反应室202的中心的所有位置。如图中所示，通常表面法线n平行于牺牲盖240的厚度。

然而，如图4所示，在比冷却通道248更靠近反应室202中心的侧向方向上的一些这样的位置处，不一定存在第二衬里。在实践中，初始均匀的第二衬里244可能在这些位置处燃烧或熔化。然而，当第二衬里244耐受高于硫酸水溶液的沸点的温度时，在这些位置处，牺牲盖240的金属层241仅暴露于气态硫酸，其比硫酸水溶液的腐蚀性小。以这种方式，即使衬里没有均匀地施加到牺牲盖240上，也可以利用衬里244改善牺牲盖240的耐腐蚀性。

如图4所示，最优选地，冷却通道248的至少一部分、至少一些第二衬里244和至少部分的绝热内壁256被设置在与牺牲盖240的表面法线n平行的同一直线l上；例如，在与牺牲盖240的厚度方向平行的同一直线l上。这有助于控制硫酸水溶液发生冷凝的位置，因为绝热内壁256也在预冷却单元200内施加高温度梯度。

由于预冷却单元200可以是可更换的，因此显然，即使没有系统100的其余部分，也可以出售预冷却单元200。以这种方式，预冷却单元200可以被视为独立于系统的其他组件的实施方案。

参考图5，特别是当含有so3的气体还含有so2(例如，由于转化器500中的不完全催化反应)时，该系统可以包括洗涤器700。在图5中，管道340被配置为将烟道从冷凝塔300输送到洗涤器。洗涤器700被配置为从烟道中移除至少一些so2。这种so2去除过程被称为烟道气脱硫。

与制浆厂相关，一种极其可用的洗涤器类型是亚硫酸氢盐洗涤器。在亚硫酸氢盐洗涤器中，二氧化硫与碱性水溶液反应，从而产生一些亚硫酸氢盐。例如，naoh的水溶液可以用于洗涤so2，产生亚硫酸钠na2so3和/或亚硫酸氢钠nahso3，这取决于洗涤液的碱度。如果洗涤液的ph为约10或更高，则通过so2与naoh的反应基本上仅产生na2so3和水。

其他可能的碱包括氢氧化钾koh和氨水nh3(aq)。在洗涤器700中使用它们产生相应的亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐。

如技术人员所知，在制浆厂中使用这种亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐。更准确地说，在硫酸盐制浆厂(即，牛皮纸制浆厂)和亚硫酸盐制浆厂中都需要这种亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐；即使亚硫酸盐制浆厂使用较大量的亚硫酸盐。例如，在硫酸盐制浆厂中，在洗涤含有二氧化氯clo2的排出气体的工艺中可以使用亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐。以这种方式，洗涤器700的反应产物可用于制浆厂600，而不管其类型如何。一种系统包括通道752，用于将一些反应产物从洗涤器700输送到制浆厂600。这种装置可以包括为此目的而配置的管道752。反应产物可以包含亚硫酸盐和亚硫酸氢盐中的至少一种。反应产物可以包含亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵(nh4)2so3和亚硫酸氢铵nh4hso3中的至少一种。

图5还示出了一种典型的洗涤器700的结构，该洗涤器700是湿式洗涤器，例如亚硫酸氢盐洗涤器。洗涤器700包括喷嘴710，用于将洗涤溶液喷雾到烟道气上。洗涤溶液可以包含水和前述添加剂；如由相应的箭头所示，可以将其供给到洗涤器700或洗涤溶液的循环。此外，如果需要，可以将一些氧化性气体供给到洗涤器。当用喷嘴710喷雾时，大部分洗涤液落到洗涤器700的底部。为了防止液滴从洗涤器700中逸出，洗涤器700可以包括第二液滴分离器730。第二液滴分离器730也捕获大部分小液滴，当形成较大液滴时，这些小液滴落到洗涤器700的底部。洗涤器700包括泵740和管道742，用于将洗涤溶液从洗涤器700的底部循环到喷嘴710。洗涤器700可以包括填充床720，用于改善烟道气和洗涤溶液之间的接触。

相应的方法包括从冷凝塔300中除去的烟道(即，剩余的气体)中除去至少一些so2。可以在洗涤器700中除去so2。可以在湿式洗涤器700中除去so2。可以使用碱性洗涤溶液在亚硫酸氢盐洗涤器700中除去so2。

洗涤器700包括出口750，用于排出至少一些液体反应产物。一个实施方案包括通道752，例如管道752，其被配置为将至少一些固体和/或液体反应产物从出口750输送到制浆厂600。另一个通道754可以用于将另一部分反应产物输送到例如废物处理厂，例如如果洗涤器是两级洗涤器。