用于硫酸冷凝的高流动能力冷凝器管的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为201210197743. 3、申请日为2012年6月15日、名称为〃用于硫 酸冷凝的高流动能力冷凝器管"的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于硫酸的具有增加的气体流动能力的冷凝器。
【背景技术】
[0003] 该冷凝器对于净化含硫的烟道气体和排出气体来说是尤其有用的，其中所述硫作 为三氧化硫存在并且作为硫酸被去除，所述硫酸借助三氧化硫/含水气体的冷凝而形成。 该工艺被称为湿气硫酸工艺，即WSA。
[0004] WSA工艺已经证明了其在工业中的价值，例如炼油、冶金、石化生产、炼焦、煤气化、 非铁培烧炉和熔炼炉、发电厂、以及粘胶纤维的生产。
[0005] 已知的是，通过下述方式从烟气体或排出气体中去除硫：将硫化物氧化为三氧化 硫，并接着在气体中存在水的情况下冷却所述三氧化硫以形成硫酸，随后对所形成的硫酸 进行冷凝和浓缩。可以从与三氧化硫相比缺乏水(不足每摩尔三氧化硫1摩尔水)的气体来 生产发烟硫酸，或者可以通过在所产生的硫酸中随后吸收三氧化硫来生产发烟硫酸。
[0006] 在专利US 5, 198, 206中，公开了一种通过向生产气体添加颗粒来实现的脱硫工 艺，并且在US 5, 108, 731中，公开了一种在对硫酸雾进行冷凝的冷凝管中使用的除雾器。 在所示出的实验数据中，这些管长达6 m，并且构造用于评估在4.05 m、4.45 m、4.95 m和 5.4 m的冷却区域长度的效应。在冷却区域的长度是5.4 m的情况下，发现可在管后获得低 于10 ppm的范围内的令人满意的H2S04水平。此外，除雾器的使用也被发现能够从流出口 有效地去除酸雾。
[0007] 在根据现有技术的工艺中，冷凝器的生产能力被认为是冷凝器中所提供的管的数 量的函数。在两倍的管数量的情况下，通流面积将加倍，并且因此相关联的流动能力也加 倍。
[0008] 向WSA设备提供额外的管当然是昂贵的，并且也是占用空间的，因此需要确定的 是，能够提供增加的生产能力而几乎不需要增加所需空间或者根本不增加所需空间的装 置。
[0009] 玻璃管冷凝器的生产能力的限制因素是热交换能力，即多少气体能够在冷凝器中 被有效地冷却。在现有技术中，根据是否充分地去除三氧化硫和硫酸来估计管长度。
[0010] 管长度还能够被用于增加管的流动能力（或通流能力)，这是因为管长度的增加也 将增加管的表面面积，并且因此增加了热传递面积。因此，在较高的流率的情况下，能够获 得相同的热传递接触时间，并且因此预期的是，每管增加生产气体的能力与管长度成比例。 然而，在增加玻璃管的长度的情况下，也会增加与玻璃管的生产和处理相关的挑战，并且因 此，用于硫酸冷凝器的玻璃管仅被生产成具有与5. 45 m或6. 45 m的有效冷却区域对应的 6 m和7 m的长度。
【发明内容】
[0011] 对用于增加气体流动能力（或通流能力）同时确保与该气体有充足热交换的可用 装置的分析现在已经令人惊奇地揭示了：对于热交换而言，增加冷凝器玻璃管长度的效果 要明显强于通过单独增加管的表面面积所预期的效果。增加的面积允许管内的增加的流 率，从而需要在管外侧上的增加的流率以提供足够的冷却空气。这些因素的组合效应令人 惊奇地在于：当管长度例如从7 m增加至8.25 m (增加18%)并且对应地有效冷却区域从 6.45 m增加至7.7 m (增加19%)的情况下，热气体的流动能力增加了 32-58%，这比预期的 按比例增加要增加得多得多。
[0012] 增加长度所具有的该超比例效应的效果在于，能够减少用于WSA设备(例如，用于 从粘胶生产中去除H 2S的WSA设备)的管的数量，而不会对脱硫具有负面影响。这允许减少 冷凝器的占地面积，并且还可以与更低的生产成本相关。
[0013] 如本文所使用的那样，冷凝器管的气体流动能力（或通流能力）应当被理解为管中 的生产气体的质量流率，其允许充分地冷却生产气体。
[0014] 如本文所使用的那样，生产气体应被理解为包括了三氧化硫和水的气体。
[0015] 如本文所使用的那样，冷却介质应被理解为用于热传递而不存在明显化学反应的 介质，例如空气。在该工艺的不同位置中，冷却介质也可涉及到化学反应。
[0016] 如本文所使用的那样，冷却区域应被理解为管的被构造成用于在操作期间使其外 表面与冷却介质接触的部段。
[0017] 如本文所使用的那样，以气体形式的三氧化硫的浓度被表述为在假定了所有六价 硫都作为三氧化硫存在的情况下的摩尔百分比，并且因此其包括三氧化硫以及水合成气态 硫酸的三氧化硫。
[0018] 本发明提供了一种用于冷凝被包含在生产气体中的硫酸蒸汽的冷凝器，所述冷凝 器包括耐酸材料的管，该管构造成具有靠近一端的生产气体入口、靠近另一端的生产气体 出口、以及靠近底端的酸出口，所述管构造成延伸穿过冷却区域，并且所述冷却区域构造成 具有冷却介质入口和冷却介质出口，以便使气态冷却介质相对于该生产气体对流地经过， 其特征在于，所述管的长度为7.5 m至12 m，耐酸材料的管构造成具有靠近一端的生产气 体入口、靠近另一端的生产气体出口、以及靠近底端的酸出口，所述管构造成延伸穿过冷却 区域，并且所述冷却区域构造成具有冷却介质入口和冷却介质出口，以便使气态冷却介质 与该生产气体对流地穿过，其特征在于，所述管的长度为7.5 m至12 m、优选地为8 m至11 m、甚至更优选地长度为8 m至9 m，具有的相关益处包括由于增加长度而增加了热交换，从 而使得能够增加气体流量，同时避免了应对过大长度的挑战。
[0019] 在本发明的实施方式中，还包括高速气溶胶过滤器，所述高速气溶胶过滤器安装 成在冷却区域的靠近生产气体出口的一端中与冷凝器管大致紧密连接，所述过滤器包括直 径为0.05 mm至0.5 mm的纤维或细丝，所述纤维或细丝具有的量、层厚和构造达到这样的 程度，即：确保在1-7米/秒的气体速度的情况下通过该过滤器的压降将在2 mbar和20 mbar之间，相关益处在于，酸雾通过与气溶胶过滤器接触而冷凝为微滴。
[0020] 在又一实施方式中，本发明还包括在所述管内的紊流发生装置，例如，螺旋件、玻 璃凹陷部或玻璃凸起部，相关益处在于，增加的紊流增加了在管的内表面处的热传递。
[0021] 在又一实施方式中，本发明还构造成具有靠近生产气体出口的再加热区域，相关 益处在于，在冷凝器下游提供了温度高于硫酸露点的生产气体，并且因此基本不存在腐蚀 性的液态硫酸。
[0022] 在又一实施方式中，本发明还构造成：通过将生产气体入口构造成靠近管的底端， 从而使得在冷凝器中，冷凝的硫酸相对于生产气体对流地流动，相关益处在于，由于对流的 流动从而具有高的硫酸浓度。
[0023] 在又一实施方式中，本发明构造成：通过将生产气体入口构造成靠近管的顶端，从 而使得在冷凝器中，冷凝的硫酸相对于生产气体同向地流动，相关益处在于，降低了在冷凝 器管和除雾器中溢流的风险。
[0024] 在本发明的又一实施方式中，冷凝器包括多个冷凝器管，这些冷凝器管在它们之 间具有的距离为管直径的至少1/3,相关益处在于，在冷凝器的冷却介质侧上具有较低的压 降。
[0025] 在又一实施方式中，本发明涉及一种利用了串联的两个硫酸冷凝器并且具有中间 的二氧化硫氧化步骤的工艺，相关益处在于，处理具有超高浓度的三氧化硫的生产气体，或 者具有超低的二氧化硫排放。
[0026] 在又一实施方式中，本发明涉及一种利用了串联的两个硫酸冷凝器的工艺，其中， 第一冷凝器在与三氧化硫相比缺水(小于每摩尔三氧化硫1摩尔水）的情况下操作，下游的 第二冷凝器在与三氧化硫相比水过盈(每摩尔三氧化硫1摩尔水以上）的情况下操作，相关 益处在于，能够在上游的第一冷凝器中产生发烟硫酸。
[0027] 在一个实施方式中，冷凝器管的直径能够从20 mm至70 mm变化、优选