CN109381926B - 用于去除气溶胶液滴的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于去除气溶胶的方法，所述方法包括以下步骤：使包含气溶胶的工艺气接触惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气，和使第一经除雾的工艺气接触聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气，其中所述第一惯性除雾器比所述聚结除雾器更开放，其中更开放定义为具有更高的空隙分数或更低的密度。这样的方法的相关益处提供大体积液体从惯性除雾器中的高效去除，同时避免除雾器系统的液泛。本公开还涉及采用这样的除雾器对的用于硫酸制备的工艺装置。
Description
技术领域
本公开涉及用于去除气溶胶的方法，所述方法包括两种除雾器，即开放的惯性除雾器和较不开放的聚结除雾器。更具体地，所述方法涉及这样的用于去除硫酸雾的方法和用于硫酸的冷凝的工艺装置以及用于硫酸的制备的工艺装置。
本公开还涉及用于去除气溶胶的装置，所述装置包括两种除雾器，即开放的惯性除雾器和较不开放的聚结除雾器。更具体地，所述装置涉及这样的用于去除硫酸雾的方法和用于硫酸的冷凝的工艺装置以及用于硫酸的制备的工艺装置。
背景技术
在化学过程中，气溶胶的去除是常见的单元操作。气溶胶液滴足够小和轻从而能够被工艺气一起带出。在这样的过程中的常规作法是，通过将小气溶胶液滴引导至聚结除雾器而将它们转化为较大的液滴，这将迫使液滴聚集至使它们在例如开放的惯性除雾器中更易于收集的尺寸和质量。当气溶胶液滴在气体中的量高时，将在除雾器中收集高体积的液体，这可能导致液体的向下流动阻挡气体的向上流动。该现象被称为液泛，并且可能对于除雾器的操作是有严重问题的。
尤其当除雾器密实时，液泛将在除雾器中在较低的液体负载和/或气体速度下出现，因为减少的除雾器空隙还导致在除雾器内部较小的用于冷凝液体向下流动的体积和较高的向上的气体速度，并且因此一般特别注意将除雾器操作在低于所谓的液泛极限之下。
我们现在发现，如果在较不开放的聚结除雾器中更完全地去除液滴之前在开放的惯性除雾器中捕获液滴，可以获得提高的除雾器效率。因此，在除雾器的开始部分捕获的向下流动的液体将具有较小的由除雾器材料阻挡的横截面面积。这具有以下后果：最后的聚结除雾器可以甚至更密实，因为已经去除了大部分液体。
本公开的一个重要应用是从气流中去除硫酸。硫酸可以通过SO3的水合，然后例如通过众所周知的WSA过程冷凝H2SO4来制备。在该过程中，冷凝器和除雾器必须仔细设计以平衡对于硫酸的完全收率和酸雾的高效去除的需求。这要求将除雾器设计为在高气溶胶水平可操作，同时避免液泛，并且同时提供小颗粒的高效捕获。
JP2011020026公开了一种用于通过用浓硫酸干燥从气流中去除水分的方法。该方法设计用于在除雾器被单质硫的沉淀阻塞时除雾器的冲刷和交换的组合，并且为了该目的，第一除雾器比第二除雾器更开放。该专利不涉及过量冷凝液体造成的液泛的问题。
US2006207234涉及油过滤器的设计，其中过滤器表面采用表面张力设计以优化过滤器功能。其中没有提到液泛是所关注问题，并且没有对避免液泛的策略的具体描述。
EP2708274涉及废气氧化过滤器的设计，其中出现除雾器的加热以促进油和粒状物质的氧化。尽管该专利描述了形成水膜的风险，但是其不认为液泛是问题。
以上引用的现有技术没有详细说明包含气溶胶的气体中气溶胶的量，但是根据所给出的实施例的本质估计，在所有情况下，其低于1000ppm重量，并且因此与其中除雾器的液泛是风险的方法无关。
发明内容
为了本申请的目的，气溶胶应解释为气体中含有的小液滴，其中由液滴周围的气体施加的拖曳力基本上与液滴的重力平衡。一般地，气溶胶液滴直径将低于25μm。
为了本申请的目的，除雾器应解释为对于流动开放的材料，其使得去除液滴并且降低离开除雾器的气体中的气溶胶浓度。
为了本申请的目的，惯性除雾器应解释为具有由液滴惯性的机制主导的使得气溶胶浓度降低的空隙和结构的除雾器，所述液滴惯性的机制即，液滴撞击除雾器材料的表面并且形成液膜，其最终将通过重力排出。
为了本申请的目的，聚结除雾器应解释为具有由通过增加液滴尺寸的机制主导的使得气溶胶浓度降低的空隙和结构的除雾器。
因为除雾器机制与方法中的气溶胶的量和热条件相关，所以确定除雾器是惯性除雾器还是聚结除雾器应取决于方法的具体条件。然而，惯性除雾器将总是比聚结除雾器更开放，所述更开放由空隙分数或密度中的至少一个所确定。
为了本申请的目的，在一组条件下的气体中的可冷凝物含量应解释为冷凝后的液体的体积(或质量)与冷凝前的气体的体积(或质量)的比。
本公开涉及一种用于去除气溶胶的方法，所述方法包括以下步骤：使包含气溶胶的工艺气接触惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气，和使第一经除雾的工艺气接触聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气，其中，所述第一惯性除雾器比所述聚结除雾器更开放，其中更开放定义为具有更高的空隙分数或更低的密度。这样的方法的相关益处提供大体积液体从惯性除雾器中的高效去除，同时避免除雾器系统的液泛。
本公开还涉及一种用于去除气溶胶的装置，所述装置包括惯性除雾器和聚结除雾器，其中使包含气溶胶的工艺气接触所述惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气，和使第一经除雾的工艺气接触所述聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气，其中，所述第一惯性除雾器比所述聚结除雾器更开放，其中更开放定义为具有更高的空隙分数或更低的密度。这样的装置的相关益处提供大体积液体从惯性除雾器中的高效去除，同时避免除雾器系统的液泛。
在概括性实施方案中，本公开涉及一种用于去除气溶胶的方法，所述方法包括以下步骤：使包含气溶胶的工艺气接触惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气，和使所述第一经除雾的工艺气接触聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气，其中，所述第一惯性除雾器比所述聚结除雾器更开放，所述更开放定义为具有更高的空隙分数或更低的密度，并且进入所述除雾器的所述工艺气具有大于5,000ppm重量、10,000ppm重量或20,000ppm重量的气溶胶含量。这样的方法的相关益处是提供大体积液体从惯性除雾器中的高效去除，同时避免除雾器系统的液泛。本公开还应涵盖其中使用至少两个除雾器的方法，只要这些除雾器中的两个以如上所述的配置使用即可。
在概括性实施方案中，本公开还涉及一种用于去除气溶胶的装置，所述装置包括：惯性除雾器和聚结除雾器；其中包含气溶胶的工艺气接触所述惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气；其中所述第一经除雾的工艺气接触所述聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气；其中，所述第一惯性除雾器比所述聚结除雾器更开放，所述更开放定义为具有更高的空隙分数或更低的密度，并且进入所述除雾器的所述工艺气具有大于5,000ppm重量、10,000ppm重量或20,000ppm重量的气溶胶含量。这样的装置的相关益处是提供大体积液体从惯性除雾器中的高效去除，同时避免除雾器系统的液泛。本公开还应涵盖其中具有至少两个除雾器的装置，只要这些除雾器中的两个以如上所述的配置即可。
在另一实施方案中，所述惯性除雾器具有大于0.90的空隙分数，并且具有小于0.99、0.96或0.94的空隙分数。其益处是提供在惯性除雾器中的高效去除，避免聚结除雾器的液泛。
在另一实施方案中，所述聚结除雾器具有大于0.60、0.75或0.82的空隙分数，并且具有小于0.90的空隙分数。其益处是提供在聚结除雾器中的非常高效的去除。
在另一实施方案中，所述惯性除雾器具有大于30kg/m3、60kg/m3或80kg/m3的密度，并且具有小于100kg/m3、120kg/m3或160kg/m3的密度。其益处是提供在惯性除雾器中的高效去除，同时避免聚结除雾器的液泛。
在另一实施方案中，所述聚结除雾器具有大于170kg/m3、180kg/m3或200kg/m3的密度，并且具有小于300kg/m3、350kg/m3或500kg/m3的密度。其益处是提供在聚结除雾器中的非常高效的去除。
在另一实施方案中，聚结除雾器的空隙分数与惯性除雾器的空隙分数的比大于0.6、0.75或0.80，并且小于0.99、0.96或0.92。其益处是提供惯性除雾器中的大量去除和未收集的气溶胶从聚结除雾器的最小释放之间的良好平衡。
在另一实施方案中，至少一个除雾器由随机取向的材料制成。其益处是随机取向的材料如玻璃棉是廉价的并且非常开放。
在另一实施方案中，至少一个除雾器由结构化的材料如针织或织造的丝或线制成。其益处是结构化的材料在最小的压降和最大的排液性的情况下提供明确的去除。
在另一实施方案中，所述惯性除雾器和所述聚结除雾器作为单一元件提供。其益处是具有靠近工艺气入口的开放结构和靠近工艺气出口的密实结构的这样的单一元件在冷凝器中操作和安装简单。
在另一实施方案中，所述惯性除雾器具有大于20mm、40mm、60mm的在气流方向上的尺寸，并且具有小于150mm、200mm或250mm的在气流方向上的尺寸。其益处是这样的方法或装置提供在惯性除雾器中的高效去除，同时避免聚结除雾器的液泛。
在另一实施方案中，所述聚结除雾器具有大于20mm、30mm或40mm的在气流方向上的尺寸，并且具有小于60mm、80mm或120mm的在气流方向上的尺寸。其益处是这样的方法或装置提供在惯性除雾器中的高效去除，同时避免聚结除雾器的液泛。
在另一实施方案中，惯性除雾器在气流方向上的尺寸和聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于0.5、1.0或1.5，并且小于10.0、5.0或2.0。其益处是这样的方法或装置提供惯性除雾器中的大量去除和未收集的雾从聚结除雾器的最小释放之间的良好平衡。
在另一实施方案中，进入除雾器的气体的表观速度大于1.0m/s、2.0m/s或3.0m/s，并且小于7.0m/s、8.0m/s或10m/s。其益处是这样的方法或装置提供在惯性除雾器中的高效去除，同时避免聚结除雾器的液泛。
在另一实施方案中，进入除雾器的工艺气与离开除雾器的工艺气的温度差小于5℃。其益处是这样的方法或装置是除雾器通过收集冷凝过程下游的冷凝的气溶胶而运行，而不是通过在除雾器中冷凝、反应或蒸发来运行。
在另一实施方案中，工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于50重量％、60重量％或70重量％，并且低于99重量％、95重量％或90重量％。其益处是该区间提供充足的硫酸用于硫酸的有成本效益的制备。
在另一实施方案中，至少一个除雾器由无机材料如玻璃棉或聚合物材料如包括乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的氟化物类聚合物制成。其益处是这样的材料对于腐蚀性液体如硫酸在60℃至140℃或200℃的温度的去除方面有成本效益且直接稳健。
在另一实施方案中，除雾器设置在耐热且耐酸的垂直管如玻璃管中，其中工艺气在所述管的内部流动，并且冷却介质如冷却空气在所述管的外部流动。其益处是这样的方法或装置非常适合于制备具有适当的硫酸浓度的浓硫酸，因为在沉积期间水从硫酸液滴的蒸发。
在另一实施方案中，进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于60℃、80℃或90℃，并且低于120℃、160℃或200℃。其益处是在该温度范围内的工艺气包含适当量的硫酸蒸气的冷凝并且提供适当浓度的浓硫酸。
本公开的另一方面涉及一种硫酸蒸气冷凝器，所述硫酸冷凝器包括具有工艺气入口和工艺气出口的工艺气罩体、液体出口、以及具有冷却介质入口和冷却介质出口的冷却介质罩体，并且其中所述液体出口邻近所述工艺气入口并且限定相对于工艺气流的上游位置，所述硫酸冷凝器还包括惯性除雾器和聚结除雾器，其中所述惯性除雾器和所述聚结除雾器设置在所述工艺气罩体中，所述惯性除雾器设置在所述聚结除雾器的上游并且所述惯性除雾器的空隙分数高于所述聚结除雾器的空隙分数。其益处是这样的冷凝器能够冷凝大量的硫酸，同时避免酸雾释放到环境中。一般地，除雾器设置在垂直冷凝器的上端，使得上游的惯性除雾器低于聚结除雾器，但是除雾器也可以设置在发生冷凝的段的下游，使得上游的惯性除雾器不低于下游的聚结除雾器。在这样的配置中，可以靠近除雾器设置额外的(较小的)液体出口。
在另一实施方案中，所述工艺气罩体是管。其益处是基于基本上垂直的工艺气管的硫酸蒸气冷凝器使得可以将许多这样的冷凝器在单个冷却介质罩体内部并联运行。
在另一实施方案中，所述冷却介质罩体包括管。其益处是基于一个或多个基本上水平的冷却介质管的硫酸蒸气冷凝器可以在不需要长管的情况下构造高的冷凝器。
为了优化可冷凝物的收率并且使排放最小化，对高效去除方法的需求是明显的。在冷凝硫酸蒸气的过程中，排放的重要来源是在硫酸蒸气的冷凝的过程中形成的气溶胶。气溶胶是包含小液滴的气体，所述小液滴因为由周围气体施加的拖曳力超过重力而不沉降。如果液滴尺寸增大，则较大的液滴可能随着重力变得大于拖曳力而沉降。
冷凝器是容纳热工艺气和冷换热介质的换热器，所述热工艺气和冷换热介质热连通但是不流体连通。通过换热，工艺气冷却并且加热换热介质。热工艺气含有一定量的可冷凝物种。随着工艺气冷却到低于可冷凝物种的露点，其将在冷却表面上冷凝并且可以在冷凝器的底部收集。因此，典型的冷凝器将是具有在底部侧的工艺气入口、在顶部的工艺气出口、与工艺气逆流的在顶部的换热介质入口和在底部的换热介质出口的垂直设计，但是换热介质也可以基本上与工艺气流错流，即，流动的主要方向可以从冷凝器的一侧到另一侧基本上水平。工艺气和换热介质将如在其他换热器中那样分离。
冷凝器的实际设计通常将涉及在管中流动的工艺气或换热介质。如果工艺气在管中流动，则这些管必须基本上垂直，以允许从冷凝器底部取出冷凝物。多个工艺气管将在换热介质罩体内部。在冷凝器的顶部，冷凝器管的出口段将例如通过管板与换热介质分离。每一个工艺气管一般将是圆柱形，直径为40mm至50mm，并且很少小于10mm或大于100mm。如果换热介质在管中流动，则多个换热介质管将在工艺气罩体内部，并且工艺气罩体将基本上是垂直的，并且换热介质管一般将是基本上水平的管。在该情况下，工艺气罩体可以具有任何横截面形状，如矩形、方形或环形。横截面可以是数米。一般地，80％的可冷凝物含量可以在换热器的冷却表面上直接冷凝，但是剩余20％可以形成气溶胶，其将被气流一起带出。
因此，除非适当操作，否则存在这些难以去除的气溶胶液滴将排放到环境中的风险。
为了确保气溶胶的最小排放，通常使用除雾器。在除雾器中，建立过程以使气溶胶液滴在聚结除雾器中聚结为较大的液滴，其将被收集。聚结除雾器将设计有密实的结构，因为气溶胶的扩散将造成与除雾器材料的更多碰撞，并且由此更多的细气溶胶液滴聚结。然而，快速的、通常湍流的气流的拖曳力可以将较大的液滴夹带至下游过程。为了避免这种夹带，常规作法是在聚结除雾器的下游提供惯性除雾器，由此收集较大的液滴。
伴随提高的环境要求，对减少气溶胶排放的需求已经造成对更密实的聚结除雾器的需求，以避免最细气溶胶的排放。然而，这确实具有增加的压降和除雾器中增加的液泛的风险的后果。
我们现在发现，一种获得非常高效的除雾器系统的高效方式是在聚结除雾器之前提供惯性除雾器。与惯用作法相反的该设计将具有在聚结除雾器之前去除大部分液滴的效果，这减少了进入聚结除雾器的液体的量并且由此减少了液泛的风险。
涉及包含开放的惯性除雾器和其后面的密实的聚结除雾器的除雾器系统可以设置为两个单独的元件，或者单个元件，所述单个元件可以通过针织具有两种不同密度的开放结构来制备。
这样的除雾器系统利用以下事实：在具有向上的气流的冷凝器中，液滴尺寸分布包括高份额的较大液滴，但是所述较大液滴仍足够小以使拖曳力超过重力。通过迫使气溶胶在惯性除雾器中与开放材料碰撞，最大的液滴将被收集并且仅最小的液滴将被工艺气携带到下游的聚结除雾器。
这意味着在聚结除雾器中存在较低体积的液体，所述聚结除雾器因此将能够在液泛发生之前接受较高的气体速度。
除雾器的材料可以是有机聚合物或矿物，取决于所需的耐热性和耐化学性，如矿物棉，例如由玻璃、岩石、二氧化硅、氧化铝或硼硅酸盐玻璃制成，或聚合物，包括宽范围的有机聚合物，或如果化学耐久性重要，氟-有机聚合物，如聚四氟乙烯PTFE，或聚(乙烯-四氟乙烯)即ETFE。
除雾器在液滴尺度上的形貌可以是随机的或结构化的。除雾器可以由具有0.2μm至0.1mm的典型丝纤维直径的非结构化矿物纤维的塞制成，或者除雾器可以由具有0.2μm至3mm的典型丝纤维直径的非结构化聚合物纤维的塞制成。为了提高除雾器参数的可预测性，除雾器也可以具有结构化的形貌。结构化的除雾器可以通过针织或织造由纤维或可能地由单丝制成的线来制作。该线可以由单一类型的纤维或数种纤维的组合制成。结构化的除雾器甚至可以通过系统地或随机地缠绕线来获得，提供靠近线的密实结构和在线之间的开放结构。
在针织过程中，除雾器可以连续地针织为具有不同结构。例如，与气体的第一接触可以具有开放结构，之后是密实结构。也可能在除雾器中具有超过两种不同密度。
还可以将除雾器直接在开放的网眼或网结构中成型，并且该结构还可以是3D打印的，以提供对除雾器结构的完全控制。
在通过管提供冷凝器中的工艺气罩体的情况下，除雾器可以便利地由针织片制成，所述针织片被卷起以装配在圆柱形管的内部。这样的针织除雾器还可以针织为具有三个维度。
在通过在工艺气罩体内部的管提供换热介质罩体的情况下，工艺气罩体除雾器必须覆盖冷凝器出口的全部区域，并且因此一般将作为除雾器材料的垫提供。该垫可以是单个惯性除雾器层之后是单个聚结除雾器层，但是该垫也可以是各类型的多层，并且最佳的去除可以通过两个以上各自包括惯性除雾器层和之后的聚结除雾器层的除雾器对获得。不同类型的除雾器可以设置为彼此直接接触，或者它们可以通过空隙彼此分开。
用于除雾器的材料必须与冷凝的液体和操作温度相容。重要的冷凝器应用涉及通过H2SO4蒸气的冷凝制备硫酸。在该情况下，硫酸的排放极限限定对硫酸气溶胶的非常高效的去除和控制的需求，并且对于该应用，需要在60℃至140℃或甚至至200℃的温度耐硫酸的材料。为了去除硫酸，对于除雾器优选的是基于玻璃和矿物的材料或氟基聚合物。
一种备选的用于从气体中收回有害化合物、如从工艺气中收回二氧化硫的方法，其涉及用洗涤液如水、弱酸、氢氧化钠或过氧化氢洗涤气体。在这样的方法中，将工艺气引导至接触洗涤液，并且有害气体如二氧化硫溶解于洗涤液中。这样的方法简单，并且洗涤液可以独立于提供工艺气的化学过程操作，并且被传输至不同位置。然而，这样的方法可能导致在洗涤器上形成雾，其必须通过适当的除雾器如当前公开的除雾器去除。
根据本公开的两层除雾器还可以用于从天然气中去除或分离水和烃，以及在食品和饮料工业中用于保护下游环境。
本文中的实施例集中于设置在垂直管中的除雾器，其中惯性除雾器低于聚结除雾器，并且收集的气溶胶液体与包含气溶胶的气体相反地流动。然而，该方法也可以以其他配置实施，其中包含气溶胶的气体在聚结除雾器之前接触惯性除雾器，例如其中管是基本上水平的，并且液体基本上以与气流垂直的方向流动。在这样的配置中，可以靠近除雾器设置额外的液体出口。
附图说明
图1示出了包括管内带有工艺气的冷凝器的硫酸装置。
图2示出了在管内带有换热介质的冷凝器。
图3示出了具有单层除雾器的冷凝器管。
图4示出了具有两层除雾器的冷凝器管。
具体实施方案
如图1所示的用于从工艺气中去除SO2的方法以及相关的硫酸的制备是由现有技术已知的。在该方法中，在足以引发SO2至SO3的催化氧化的温度如大约370-420℃将含有SO2的进料气体2提供至催化反应器4，在所述催化反应器4中SO2至SO3的氧化在适当的硫酸催化剂的存在下进行。这样的硫酸催化剂的范围是本领域技术人员已知的。一种可能的催化剂是负载在二氧化硅载体材料上并且用碱金属助催化的氧化钒。优选的碱金属是钾、钠和/或铯。
为了避免将SO2/SO3平衡朝SO2推动，同时享有来自在高温的高反应速率的益处，通常在具有中间换热器的两或三个床中进行氧化，之后是另外的换热器。
在催化反应器的出口处，氧化的工艺气6是可用的。该氧化的工艺气含有水蒸气，所述水蒸气随着温度降低与SO3水合以形成气态硫酸H2SO4。将氧化的和(部分)水合的工艺气引导至具有由垂直玻璃管10形成的工艺气罩体的冷凝单元8，其中通过与冷换热介质如在换热介质入口12中提供并且从换热介质出口14回收的大气空气的换热将温度降低至低于硫酸的露点。硫酸冷凝并且可以在冷凝单元的底部的液体出口16处以浓缩形式收集。在垂直玻璃管10的冷端，在管中提供除雾器18。经除雾的工艺气20被引导至排放管22。
图2示出了备选的冷凝器。此处，将氧化的和(部分)水合的工艺气6引导至冷凝单元8，其中工艺气罩体包围由水平玻璃管30形成的加热介质罩体。通过与冷换热介质如在换热介质入口12提供且从换热介质出口14回收的大气空气的换热将工艺气的温度降低至低于可冷凝液体的露点。液体冷凝并且可以在冷凝单元的底部的液体出口16处以浓缩形式收集。靠近冷凝单元的工艺气出口，提供根据本公开的两层除雾器垫32。经除雾的工艺气20被引导至排放管。
图3示出了根据现有技术的实施方案的除雾器，其中工艺气罩体是管状的，例如对应于图1的除雾器18。
工艺气向上流动通过管52的窄段并且在到达除雾器罩体时变宽。管的变宽用于多个目的，即，降低在除雾器中的气体速度以避免液泛，确保除雾器固定在罩体内的特定位置处并且提供管板中用于玻璃管52的固定点。
含有液滴的工艺气在管54的宽段中以1至7m/s的典型垂直表观速度向上流动。在管54的宽段中设置惯性除雾器56。当液滴遇到除雾器56时，收集具有高惯性的液滴。最小的液滴将沿气路通过除雾器并且将以低得多的效率被收集。
在已经选择具有更密实结构的除雾器时，将收集最小的液滴，但是这将带来增加的液泛风险、增加的压力损失以及在除雾器的出口处由液泛夹带液滴的风险。
图4示出了本公开的实施方案的除雾器，其中工艺气罩体是管状的，类似于图3。
工艺气向上流动通过管52的窄段并且在到达除雾器罩体时变宽。管的变宽用于多个目的，即，降低除雾器中的气体速度以避免液泛，确保除雾器固定在罩体内的特定位置处并且提供管板中用于玻璃管52的固定点。
含有液滴的工艺气在管54的宽段中以1至7m/s的典型垂直表观速度向上流动。
在管54的宽段中在聚结除雾器58下方设置惯性除雾器56。当液滴遇到开放的惯性除雾器时，大部分大液滴被收集，在除雾器材料上形成液膜，并且将从除雾器中排出。最小的气溶胶液滴随着气体来到上方的更密实的聚结除雾器58，其中它们被高效地收集，形成液膜，并且排出至下方的开放除雾器。聚结过滤器的液体负载低，并且因此避免了除雾器的液泛。
实施例
提供三个实施例以说明本发明的效果。
表1示出了对于作为100％重量/重量H2SO4计算的具有50,000ppm重量的冷凝器外的硫酸气溶胶浓度的气体，在除雾器的入口处的液滴尺寸分布的估计。
表1
根据现有技术的第一实施例示出了设计为仅去除中等量的尺寸低于1μm的液滴的除雾器，对应于设计为将酸雾去除至低于50ppm重量的冷凝器，其基于空隙分数为90％的惯性除雾器。
根据现有技术的第二实施例示出了设计为去除大量的尺寸低于1μm的液滴的除雾器，其基于空隙分数为86％的聚结除雾器。因为高液体负载，该除雾器由于液滴夹带非常可能发生液泛，这可能导致液体被带出。
根据本公开的第三实施例示出了设计为去除大量的尺寸低于1μm的液滴的除雾器，其基于空隙分数为90％的惯性除雾器，之后是空隙分数为86％的聚结除雾器。该解决方案提供高效的气溶胶去除，同时降低压降和除雾器液泛的风险。
空隙分数通过以下方式测量：测定在20℃的温度将具有已知体积V的除雾器浸入用水Vw部分填充的250ml标度量筒中得到的水替换体积。在记录新的水位VL前将样品静置10min。随后将空隙计算为
密度是指除雾器在操作期间在其所安装的位置中的密度，即，除雾器的质量除以由除雾器占据的工艺气罩体的体积。
表2
从这三个实施例清楚的是，与单独的密实除雾器相比，可以通过运行根据本发明的具有双重除雾器的冷凝器来实现提高的去除效率，并具有更低的压降。除了增加的压降之外，实施例2将带来增加的液泛风险，因为实际上所有硫酸液滴被收集在密实的聚结除雾器中。
Claims (62)
1.一种用于去除气溶胶的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将包含可冷凝物的工艺气冷却到低于所述可冷凝物的露点，提供包含气溶胶的工艺气，
b.使包含气溶胶的工艺气接触惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气，和
c.使所述第一经除雾的工艺气接触聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气，
其中
d.所述惯性除雾器比所述聚结除雾器更开放，所述更开放定义为具有更高的空隙分数或更低的密度，
e. 并且进入除雾器的所述工艺气具有大于5,000 ppm重量的气溶胶含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中进入除雾器的所述工艺气具有大于10,000 ppm重量的气溶胶含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中进入除雾器的所述工艺气具有大于20,000 ppm重量的气溶胶含量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器具有大于0.90并且小于0.99的空隙分数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器具有大于0.90并且小于0.96的空隙分数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器具有大于0.90并且小于0.94的空隙分数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚结除雾器具有大于0.60并且小于0.90的空隙分数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚结除雾器具有大于0.75并且小于0.90的空隙分数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚结除雾器具有大于0.82并且小于0.90的空隙分数。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器具有大于30 kg/m3并且小于160kg/m3的密度。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器具有大于60 kg/m3并且小于120kg/m3的密度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器具有大于80 kg/m3并且小于100kg/m3的密度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚结除雾器具有大于170 kg/m3并且小于500kg/m3的密度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚结除雾器具有大于180 kg/m3并且小于350kg/m3的密度。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚结除雾器具有大于200 kg/m3并且小于300kg/m3的密度。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器在气流方向上的尺寸和所述聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于0.5并且小于10.0。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器在气流方向上的尺寸和所述聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于1.0并且小于5.0。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性除雾器在气流方向上的尺寸和所述聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于1.5并且小于2.0。
19.根据权利要求1所述的方法，其中进入除雾器的气体的表观速度大于1.0 m/s并且小于10 m/s。
20.根据权利要求1所述的方法，其中进入除雾器的气体的表观速度大于2.0 m/s并且小于8.0 m/s。
21.根据权利要求1所述的方法，其中进入除雾器的气体的表观速度大于3.0 m/s并且小于7.0 m/s。
22.根据权利要求1所述的方法，其中进入除雾器的工艺气与离开除雾器的工艺气的温度差小于5°C。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与所述惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于50重量%并且低于99重量%。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与所述惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于60重量%并且低于95重量%。
25.根据权利要求1所述的方法，其中所述工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与所述惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于70重量%并且低于90重量%。
26.根据权利要求23、24或25所述的方法，其中至少一个除雾器由无机材料或聚合物材料制成。
27.根据权利要求23、24或25所述的方法，其中除雾器设置在耐热且耐酸的垂直管中，其中所述工艺气在所述管的内部流动，并且冷却介质在所述管的外部流动。
28.根据权利要求23、24或25所述的方法，其中进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于60°C并且低于200°C。
29.根据权利要求23、24或25所述的方法，其中进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于80°C并且低于160°C。
30.根据权利要求23、24或25所述的方法，其中进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于90°C并且低于120°C。
31.一种用于去除气溶胶的装置，所述装置包括：
a. 硫酸冷凝器，其中包含可冷凝物的工艺气被冷却到低于所述可冷凝物的露点，提供包含气溶胶的工艺气，其中所述硫酸冷凝器包括具有工艺气入口和工艺气出口的工艺气罩体、液体出口、以及具有冷却介质入口和冷却介质出口的冷却介质罩体，并且其中所述液体出口邻近所述工艺气入口并且限定相对于工艺气流的上游位置，所述硫酸冷凝器还包括惯性除雾器和聚结除雾器，其中所述惯性除雾器和所述聚结除雾器设置在所述工艺气罩体中，所述惯性除雾器设置在所述聚结除雾器的上游并且所述惯性除雾器的空隙分数高于所述聚结除雾器的空隙分数，其中包含气溶胶的工艺气接触所述惯性除雾器，提供第一经除雾的工艺气，和使所述第一经除雾的工艺气接触所述聚结除雾器，提供第二经除雾的工艺气，
其中
b. 进入除雾器的所述工艺气具有大于5,000 ppm重量的气溶胶含量。
32.根据权利要求31所述的装置，其中进入除雾器的所述工艺气具有大于10,000 ppm重量的气溶胶含量。
33.根据权利要求31所述的装置，其中进入除雾器的所述工艺气具有大于20,000 ppm重量的气溶胶含量。
34.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器具有大于0.90并且小于0.99的空隙分数。
35.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器具有大于0.90并且小于0.96的空隙分数。
36.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器具有大于0.90并且小于0.94的空隙分数。
37.根据权利要求31所述的装置，其中所述聚结除雾器具有大于0.60并且小于0.90的空隙分数。
38.根据权利要求31所述的装置，其中所述聚结除雾器具有大于0.75并且小于0.90的空隙分数。
39.根据权利要求31所述的装置，其中所述聚结除雾器具有大于0.82并且小于0.90的空隙分数。
40.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器具有大于30 kg/m3并且小于160kg/m3的密度。
41.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器具有大于60 kg/m3并且小于120kg/m3的密度。
42.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器具有大于80 kg/m3并且小于100kg/m3的密度。
43.根据权利要求31所述的装置，其中所述聚结除雾器具有大于170 kg/m3并且小于500kg/m3的密度。
44.根据权利要求31所述的装置，其中所述聚结除雾器具有大于180 kg/m3并且小于350kg/m3的密度。
45.根据权利要求31所述的装置，其中所述聚结除雾器具有大于200 kg/m3并且小于300kg/m3的密度。
46.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器在气流方向上的尺寸和所述聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于0.5并且小于10.0。
47.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器在气流方向上的尺寸和所述聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于1.0并且小于5.0。
48.根据权利要求31所述的装置，其中所述惯性除雾器在气流方向上的尺寸和所述聚结除雾器在气流方向上的尺寸之间的比大于1.5并且小于2.0。
49.根据权利要求31所述的装置，其中进入除雾器的气体的表观速度大于1.0 m/s并且小于10 m/s。
50.根据权利要求31所述的装置，其中进入除雾器的气体的表观速度大于2.0 m/s并且小于8.0 m/s。
51.根据权利要求31所述的装置，其中进入除雾器的气体的表观速度大于3.0 m/s并且小于7.0 m/s。
52.根据权利要求31所述的装置，其中进入除雾器的工艺气与离开除雾器的工艺气的温度差小于5°C。
53.根据权利要求31所述的装置，其中所述工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与所述惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于50重量%并且低于99重量%。
54.根据权利要求31所述的装置，其中所述工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与所述惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于60重量%并且低于95重量%。
55.根据权利要求31所述的装置，其中所述工艺气包含硫酸气溶胶，其中在与所述惯性除雾器接触时气溶胶液滴中硫酸的浓度高于70重量%并且低于90重量%。
56.根据权利要求53、54或55所述的装置，其中至少一个除雾器由无机材料或聚合物材料制成。
57.根据权利要求53、54或55所述的装置，其中除雾器设置在耐热且耐酸的垂直管中，其中所述工艺气在所述管的内部流动，并且冷却介质在所述管的外部流动。
58.根据权利要求53、54或55所述的装置，其中进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于60°C并且低于200°C。
59.根据权利要求53、54或55所述的装置，其中进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于80°C并且低于160°C。
60.根据权利要求53、54或55所述的装置，其中进入所述惯性除雾器的工艺气的温度高于90°C并且低于120°C。
61.根据权利要求31所述的装置，其中所述工艺气罩体是管。
62.根据权利要求31所述的装置，其中所述冷却介质罩体包括管。
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