BR112014002711B1

BR112014002711B1 - trocador de calor gás/ gás

Info

Publication number: BR112014002711B1
Application number: BR112014002711-0A
Authority: BR
Inventors: Karl-Heinz Daum; Hannes Storch; Wolfram Schalk
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2020-12-08
Also published as: AU2012292997B2; BR112014002711A8; AP2014007490A0; AU2012292997A1; MY167447A; BR112014002711B8; PL2742303T3; AR087513A1; CA2841920A1; CN103733011A; CN103733011B; MX337045B; CL2014000329A1; EP2742303B1; CA2841920C; MA35426B1; WO2013020854A3; TN2014000019A1; SA112330761B1; WO2013020854A2

Abstract

TROCADOR DE CALOR GÁS/GÁS. A presente invenção refere-se a um trocador de calor, em particular, um trocador de calor para uso em grupo de contato de uma planta de ácido sulfúrico, que inclui uma câmara (2) onde um feixe de tubos (12) é disposto em um anel circular, em que entre o feixe de tubos (12) e a carcaça de câmara (13) envolvendo o feixe de tubos (12) um espaço de gás (15) é formado, e uma abertura de alimentação de gás (6) é provida na carcaça de câmara (13) para introduzir um gás no espaço (15) substancialmente radialmente em relação ao feixe de tubos (12) e uma abertura de alimentação de gás que liga o espaço interno (16) envolvido pelo feixe (12) substancialmente na direção axial. É conseguido um fluxo de aproximação uniforme do feixe de tubos (12), através do que o centro (ZR) do feixe de tubos (12) é deslocado com respeito ao centro (Zk) da carcaça de câmara (13) na direção oposta à abertura de alimentação de gás (6).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um trocador de calor, emparticular, u, trocador de calor para uso em um grupo de contato de uma planta de ácido sulfúrico com uma câmara na qual um feixe de tubos é disposto em um anel circular, onde entre o feixe de tubos e a carcaça da câmara que envolve feixe de tubos um espaço de gás é formado, uma abertura de alimentação de gás provida na carcaça da câmara para introduzir um gás no espaço de gás, substancialmente radialmente em relação ao feixe de tubos, e uma abertura de saída de gás que é ligada ao espaço interno encerrado pelo feixe de tubos na direção substancialmente axial.

[0002] Dentro do grupo de contato de plantas de ácido sulfúrico,trocadores de calor de feixe de tubos usualmente são empregados instalados em uma configuração vertical, de modo que possivelmente o condensado ácido sulfúrico possa fluir para uma bandeja removível na base, para evitar a corrosão. Em geral, o gás SO2 flui no lado da carcaça e o gás SO2/ SO3 flui no lado do tubo. Em geral, plantas comerciais acima de 1500 tato MH, trocadores de calor de disco e rosca são usados (cf Winnacker/Kuchler, Chemische Technik: Prozesse und Produkte, editado por Roland Dittmeyer et al Vol 3: Anorganische Grundstoffe Zwischenprodukte, p 96 f Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2005).

[0003] O gás SO2 frio é geralmente guiado em contra-fluxo com ogás contendo SO3 a ser resfriado. Descobriu-se que o condensado de ácido sulfúrico provoca uma corrosão intensa, em particular, na primeira câmara do trocador de calor, requerendo o uso de materiais alta liga e aço inoxidável, que são mais dispendiosos. Para reduzir os custos, o trocador de calor foi dividido em duas partes, de modo que, no caso de corrosão excessiva, não precisa ser trocado o trocador de calor inteiro, mas apenas a região exposta ao gás frio, onde a corrosão é particularmente intensa. Embora, inicialmente assumindo uma divisão uniforme da região de transferência de calor, o depositante desta recentemente vem empregando trocadores de calor em que na seção de troca de calor (primeira câmara) apenas uma parte menor de toda a superfície de troca de calor foi provida. Ademais, ao invés de um arranjo, no qual dois trocadores de calor verticalmente orientados são dispostos, um ao lado do outro, e criando um problema com respeito à drenagem, agora se utilizou um arranjo no qual a câmara à qual o gás SO2 é suprido é disposta horizontalmente. A partir desta primeira câmara, o condensado de ácido sulfúrico pode ser retirado pelo fundo simplesmente. O gás contendo SO2, então, é transferido para a seção vertical adjacente, tendo uma grande superfície de transferência de calor. Descobriu-se, no entanto, que no caso de fluxo de aproximação radial do feixe de tubos na seção horizontal do trocador de calor, pode ocorrer um fluxo de gás não uniforme em consequência da diminuição da transferência de calor.

[0004] Por conseguinte, trata-se do objetivo da presente invençãoprover uma transferência de calor uniforme, evitando, tanto quanto possível, cair abaixo da temperatura ponto de orvalho do ácido sulfúrico.

[0005] O objetivo é substancialmente provido com o aspecto dareivindicação 1 em que o centro do feixe de tubos é deslocado com respeito ao centro da carcaça de câmara na direção oposta à abertura de alimentação de gás.

[0006] Em um trocador de calor convencional, o feixe de tubosdisposto em anel circular é disposto concêntrico em relação à câmara formada substancialmente cilindricamente como o trocador de calor. A presente invenção, no entanto, sai desta concentricidade, e o feixe de tubos é deslocado em relação à carcaça de câmara de modo que o espaço de gás formado entre o feixe de tubos e a carcaça de câmara se estreita de uma largura máxima junto à abertura de alimentação de gás para o lado oposto do feixe de tubos. Durante o fluxo de aproximação do gás suprido ao trocador de calor, a pressão no espaço de gás aumenta mais e mais devido ao alargamento até máximo no lado voltado oposto à abertura de alimentação de gás. O aumento na pressão durante a impingência do gás sobre o feixe de tubos na região da abertura de alimentação de gás, então, pode ser compensado de modo que o gás passa através do feixe de tubos ao longo de toda a circunferência do feixe de tubos, e entra no espaço de gás envolvido pelo citado feixe de tubos com velocidade uniforme. Uma transferência de calor uniforme pode ser garantida em todas as regiões do feixe de tubos.

[0007] De acordo com a presente invenção, uma distribuição degás uniforme em particular, será obtida, quando o centro do feixe de tubos estiver deslocado com respeito ao centro da carcaça de câmara, 30%a 70%, preferivelmente cerca de 50% de largura do espaço de gás cêntrico. O termo “espaço de gás cêntrico”, usado nesta, se refere ao espaço de gás provido com um arranjo concêntrico do feixe de tubos com respeito à carcaça de câmara. Com um desenho cilíndrico da câmara, o feixe de tubos, neste caso, teria uma distância uniforme da parede da câmara ao longo de sua circunferência. O espaço de gás também teria uma largura uniforme. A partir desta posição, o feixe de tubos agora se desloca cerca de 30% a 70% da largura do espaço de gás. Se, ao invés de uma câmara cilíndrica, for usada uma câmara poligonal ou outra forma de câmara, uma distância mínima à parede da câmara será decisiva para deslocar o feixe de tubos. Câmaras poligonais, no entanto, são desvantajosas com respeito à distribuição de fluxo.

[0008] De acordo com uma configuração preferida da presente invenção, a abertura de alimentação de gás tem uma seção transversal oval, onde o diâmetro máximo da abertura de alimentação de gás preferivelmente chega a 70% a 95%, mais preferivelmente 85% a 90% da distância das placas de tubo, definindo o feixe de tubos na direção axial. Assim, a abertura de alimentação de gás se estende ao longo de todo o comprimento do feixe de tubos.

[0009] De acordo com a invenção, o eixo principal da câmara éorientado substancialmente horizontalmente, de modo a prover uma fácil drenagem do acúmulo de ácido sulfúrico na região inferior. Com este propósito, a saída de drenagem é provida na região inferior da câmara, de acordo com a invenção.

[00010] De acordo com um aspecto preferido da presente invenção, a primeira câmara do trocador de calor inclui apenas cerca de 10a 30% preferivelmente 15% a 20% de toda a superfície do trocador de calor. Em consequência, o aumento de temperatura do SO2 pode ser limitado a cerca de 5-30K, preferivelmente 15 a 20 K, de modo a evitar em grande extensão que a temperatura do ácido sulfúrico caia abaixo da temperatura de ponto de orvalho. Correspondentemente, é provida uma condensação minimizada do ácido sulfúrico.

[00011] De acordo com um desenvolvimento da presente invenção, uma seção de troca de calor vertical é ligada à câmara, onde uma pluralidade de tubos é disposta em uma direção substancialmente vertical. De acordo com a presente invenção, a seção de troca de calor vertical inclui 70% a 90% da superfície de troca de calor do trocador de calor. Nesta região, há apenas um risco mínimo de corrosão devido a temperaturas mais altas, por conseguinte, a seção de troca de calor poder ser feita a partir de materiais mais baratos.

[00012] Objetivos, componentes e aspectos adicionais e possíveis aplicações da presente invenção poderão ser apreendidos da descrição que se segue de uma configuração exemplar em conexão com os desenhos anexos. Todos os componentes e aspectos descritos e/ou ilustrados compõem a matéria inventiva per se ou em qualquer combinação, independente de sua inclusão nas reivindicações e sua referência.

[00013] Nos desenhos:A Figura 1 é esquematicamente mostra uma seção através de um trocador de calor, de acordo com a presente invenção; eA Figura 2 mostra esquematicamente uma seção através da primeira câmara do trocador de calor.

[00014] O trocador de calor gás/ gás de acordo com a presente invenção compreende uma câmara substancialmente horizontal 2 que, por um tubo de descarga de gás 3 ligado a uma abertura de alimentação de gás, é conectada com a seção de troca de calor vertical 4. A câmara horizontal 2 e a seção de troca de calor 4 são afixadas à base via correspondentes suportes 5.

[00015] Quando o trocador de calor 1 é empregado em um grupo de contato de uma planta de ácido sulfúrico, o gás contendo SO2 frio é suprido à câmara horizontal 2 via uma abertura de alimentação de gás 6. Na câmara 2, é provido um trocador de calor de disco e rosca 7. A câmara 2 é fechada por tampas 8, 9 onde a tampa 9, voltada para a seção de troca de calor vertical 4, é penetrada pelo tubo descarga de gás 3.

[00016] A seção de troca de calor vertical 4 também é formada como trocador de calor disco e rosca, como mostrado esquematicamente na Figura 1. O gás, suprido centralmente pelo tubo de descarga de gás 3, é radialmente defletido para fora, e passa através do feixe de tubos 10, como indicado esquematicamente, através do qual flui o gás contendo SO3 a ser resfriado. Atrás do disco 11, o gás contendo SO2 de novo é defletido para dentro, onde de novo passa através de um feixe de tubos 10. Este desenho de trocador de calor vertical 4 é comum, e, por conseguinte, não será discutido em detalhes.

[00017] Na Figura 2, a construção da primeira câmara de troca de calor 2 é mostrada em detalhes. Na câmara substancialmente cilíndrica 2, é provido um feixe de tubos 12, em forma de anel circular, formado por uma pluralidade de tubos 14 que se estende paralela à carcaça de câmara 13 da câmara 2. Entre a carcaça de câmara 13 e o feixe de tubos 12, é provido um espaço de gás 15. No interior do feixe de tubos em forma de anel 12, um espaço interno 16 é provido que desaparece no tubo de descarga de gás 3. Na direção axial, o feixe de tubos 12 é definido por placas (discos) de tubo 17 como indicado na Figura 1. Uma vez as placas de tubo 17 dispostas verticalmente, o condensado de ácido sulfúrico formado pode descer, evitando o acúmulo de condensado de ácido sulfúrico nas placas de tubo, que provoca corrosão. Na região inferior da câmara 12, é provida pelo menos uma saída de drenagem 18, para retirar o acúmulo de condensado de ácido sulfúrico.

[00018] A abertura de alimentação de gás 6 tem forma oval, onde o maior diâmetro da abertura oval de alimentação de gás 6 chega a cerca de 70% a 95% da distância das placas de tubo 17, i.e. da extensão do feixe de tubos 12. Em consequência, o gás contendo SO2, suprido através da abertura de alimentação de gás 6, é introduzido no espaço de gás 15, substancialmente ao longo do toda a extensão do feixe de tubos 10.

[00019] Como mostrado mais claramente na Figura 2, o feixe de tubos 12 é deslocado com respeito à carcaça de câmara 13. De acordo com a presente invenção, o deslocamento aqui é escolhido de modo que o centro ZR do feixe de tubos se desloque com respeito ao centro ZK da câmara 2 de 30% a 70% da largura B do espaço de gás cêntrico (determinado com um feixe de tubos ficticiamenteconcentricamente disposto na câmara 2).

[00020] Quando o gás contendo SO2 é introduzido na câmara 2 pela abertura de alimentação de gás 6, o gás contendo SO2 é espalhado no espaço 15 e flui subsequentemente radialmente entre os tubos 14 do feixe de tubos 12 para o espaço interno 16. Devido ao arranjo deslocado do feixe de tubos com respeito à carcaça de câmara 13, um fluxo radial uniforme do gás é provido ao longo de toda a circunferência do feixe de tubos 12. Em consequência, é provida uma transferência de calor uniforme ao longo de toda a circunferência do feixe de tubos, e, por conseguinte, provendo uma troca de calor mais efetiva.

[00021] O gás contendo SO2, que entra no espaço interno 16, aquecido pelo trocador de calor com o gás que flui no feixe de tubos 12, é introduzido na seção vertical do trocador de calor 4 através do tubo de descarga, 3 e, em seguida, é aquecido no contra-fluxo com o gás contendo SO3, principalmente sendo introduzido por cima na seção de trocador de calor vertical 4.Lista de Números de Referência1 Trocador de calor2 Câmara3 Tubo de descarga de gás4 seção de troca de calor vertical5 Suporte6 Abertura de alimentação de gás7 Tampa de trocador de calor8 , 9 disco e rosca10 Feixe de tubos11 Discos12 Feixe de tubos13 Carcaça de câmara14 Tubos15 Espaço de gás16 Espaço interno17 Placas de tubo18 Saída de drenagemA Eixo principal da câmara 2B Largura do espaço de gás 15ZK Centro da câmara 2ZR Centro do feixe de tubos 12

Claims

1. Trocador de calor (1), em particular, para uso em um grupo de contato de uma planta de ácido sulfúrico, tendo uma câmara (2) em que um feixe de tubos (12) é disposto em um anel circular, em que entre o feixe de tubos (12) e a carcaça da câmara (13), que envolve o feixe de tubos (12), um espaço de gás (15) é formado, tendo uma abertura de alimentação de gás (6) provida na carcaça da câmara (13) para introduzir um gás no espaço de gás (15), substancialmente radialmente em relação ao feixe de tubos (12), e tendo a abertura de saída de gás que liga o espaço interno (16) envolvido pelo feixe de tubos (12) na direção substancialmente axial, caracterizado pelo fato de o centro (Zr) do feixe de tubos (12) ser deslocado com respeito ao centro (Zk) da carcaça de câmara (13) em uma direção oposta à abertura de alimentação de gás (6).

2. Trocador de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o centro do feixe de tubos (12) ser deslocado em relação ao centro (Zk) da carcaça de câmara (13) de 30% a 70% da largura (B) do espaço de gás cêntrico (15).

3. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a abertura de alimentação de gás (6) ter uma seção transversal oval.

4. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o diâmetro máximo da abertura de alimentação de gás (6) chegar a 70% a 95% da distância das placas de tubo (17) limitando o feixe de tubos (12) na direção axial.

5. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o eixo principal (A) da câmara (2) ser orientado substancialmente horizontalmente.

6. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a saída de drenagem (18) ser provida na câmara (2).

7. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a câmara (2) do trocador de calor (1) incluir cerca de 10% a 30% da superfície de troca de calor do trocador de calor (1).

8. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de subsequentemente à abertura de alimentação de gás da câmara (2), ser provida uma seção de troca de calor (4) em que uma pluralidade de tubos é disposta substancialmente na direção vertical.

9. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a seção de troca de calor vertical (4) incluir cerca de 70% a 90% da superfície de troca de calor do trocador de calor (1).