CN206793088U - 一种湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器，其包括下酸槽、中间换热器和上箱体，上箱体、中间换热器和下酸槽之间通过法兰压紧连接；中间换热器为立式管壳式换热器，其由壳体、上管板、下管板、石英玻璃管和折流板组成；上管板和下管板分别设置于壳体的顶部和底部，石英玻璃管两端分别固定于上管板和下管板上；壳体内设有若干用于改变冷却介质流动方向的折流板，石英玻璃管中部固定于折流板上；上箱体内部设置有方形的除雾单元，除雾单元为采用PTFE或PFA制成的耐酸纤维丝。本实用新型的硫酸蒸气冷凝器，操作方便，工业适用性强，经过该硫酸蒸气冷凝器处理后，尾气排放可达到环保要求，而且使用过程中可有效避免酸性气的泄漏，安全性好。

Description

一种湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器

技术领域

本发明属于酸性气处理装置领域，具体涉及一种湿法制酸用的硫酸蒸气冷凝器。

背景技术

湿法制酸工艺是处理含硫化氢酸性气体的主要方法之一，该工艺主要有：酸性气焚烧、SO₂催化转化、硫酸蒸气冷凝、硫酸降温等，主要描述为：酸性气焚烧指含硫化氢的酸性气在焚烧炉内燃烧，含硫化合物转化为SO₂，与焚烧炉一体化设计的废热锅炉移走燃烧反应产生的热量；SO₂催化转化指含SO₂的工艺气进入装有含专用湿法制酸催化剂的转化器内，在催化剂的作用下SO₂转化为SO₃；硫酸蒸气冷凝是在硫酸蒸气冷凝器中进行的，SO₃水合成硫酸蒸气并在空气的冷凝下凝结成硫酸液体；硫酸降温指出硫酸蒸气冷凝器的高温硫酸与冷酸混合并冷却的过程。硫酸蒸气冷凝器是湿法制酸工艺中的关键设备之一。

对硫酸蒸气冷凝器的设计往往采用管壳式的结构，其结构类似于固定管板式换热器。为了防止硫酸对换热管、壳程及管板的腐蚀，换热管采用耐腐蚀的玻璃管，上、下管板均采用防腐喷涂。

现有湿法制酸装置中的硫酸冷凝器多采用的是立式结构，工艺气走管程，冷却空气走壳程，其中管程为可移动的一体式结构，玻璃管采用的为高硼硅玻璃，该结构便于对管程进行更换维修。由于硼硅玻璃可承受的温差范围较小，玻璃管长度在7m左右，在装置停开车过程中温差的剧烈变化会出导致玻璃管损坏，影响冷凝器换热效果，严重时工艺气会窜到壳程内会对壳程造成腐蚀，影响使用寿命。

国内一些企业采用了类似上述立式结构的硫酸蒸气冷凝器，玻璃管采用的为1～2m的石英玻璃管，为横放式结构且内部走的为冷却空气，工艺气走壳程，工艺气中的硫酸蒸气在横置的玻璃管外壁冷凝并汇聚到冷凝器底部酸槽。为了防止硫酸对壳程的腐蚀，冷凝器壳程内部全部采用防腐喷涂。该设备优点在于采用了耐高温、承受温差范围大的适应石英玻璃管，在使用过程中由于装置的震动及位移会导致玻璃管的损坏，壳程内壁防腐喷涂在长期使用过程中容易损坏造成壳程的腐蚀。

专利CN105600757A中描述了一种模块化的湿法制硫酸专用冷凝装置，包括：一个立式冷凝模块与至少一个卧式冷凝模块及其他模块，卧式模块置于立式模块之上，该模块化设计对硫酸蒸气冷凝器进行了优化设计，但是其结构较为复杂，制造难度大，成本高，设备密封面多容易腐蚀，设备检修麻烦等。

针对现有硫酸蒸气冷凝器在使用中存在的问题，本专利提供了一种优化设计的模块化设计的高性价比的硫酸蒸气冷凝器，其强化了换热效果，检修方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模块化设计的性价比高、换热效果好且检修方便的湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的方案为：

一种湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器，其包括下酸槽、中间换热器和上箱体，上箱体、中间换热器和下酸槽之间通过法兰压紧连接；下酸槽的侧壁上设有酸性气入口，下酸槽的底部设有硫酸排液口；中间换热器为立式管壳式换热器，其由壳体、上管板、下管板、石英玻璃管和折流板组成；上管板和下管板分别设置于壳体的顶部和底部，石英玻璃管两端分别固定于上管板和下管板上；壳体内设有若干用于改变冷却介质流动方向的折流板，石英玻璃管中部固定于折流板上；上箱体内部设置有方形的除雾单元，其设置于石英玻璃管的上端且紧贴石英玻璃管的上管口，除雾单元为采用PTFE或PFA制成的耐酸纤维丝。

该硫酸蒸气冷凝器，操作方便，工业适用性强，经过该硫酸蒸气冷凝器处理后，尾气排放可达到环保要求，而且使用过程中可有效避免酸性气的泄漏，安全性好。

优选地，所述下酸槽的内壁、上管板、下管板、上箱体的内壁以及连接法兰处均喷涂有PFA涂料。喷涂PFA后可以显著提高装置的抗腐蚀性。

进一步地，所述下酸槽内还贴衬有耐酸砖，所述耐酸砖贴衬于PFA涂料上。在具有抗腐蚀性的基础上，再通过耐酸砖增加下酸槽对于高温的耐受性，使既耐高温又防腐。

优选地，所述中间换热器的壳体内壁设有保温衬里，其通过紧固件和不锈钢钢板压紧固定，保温衬里的材质为石棉。保温衬里可以提高保温效果。

优选地，所述在中间换热器的壳体上设有人孔。人孔方便停车时的检修。

优选地，所述上管板上的布管区域周边被设置为深度为10mm的槽面，上管板的四个角处开有溢流口，溢流口分别通过四根导液管直通下酸槽，导液管上端与上管板接触处设有漏液孔。这样可以对少量在上箱体内冷凝的硫酸进行收集。

优选地，所述石英玻璃管内部设有螺旋的导流棒。导流棒可以减少酸液滴挂壁停留时间，使其尽快落入下酸槽中。

优选地，所述石英玻璃管与上管板、下管板和折流板接触处均有设有F4材料制的套管。套管具有一定的弹性，可以对石英玻璃管起到保护作用，避免其在运输或者骤冷骤热时破损。

优选地，所述石英玻璃管的上管口处设置有PFA或PTFE制成的耐酸纤维丝除雾器。耐酸纤维丝除雾器可以进一步增加去酸效果。

优选地，所述除雾单元直径0.03mm～0.1mm,空隙大于85％，厚度5～20cm。

本实用新型的硫酸蒸气冷凝器，操作方便，工业适用性强，经过该硫酸蒸气冷凝器处理后，尾气排放可达到环保要求，而且使用过程中可有效避免酸性气的泄漏，安全性好。

本实用新型的硫酸蒸气冷凝器装置具有以下优点：

设备采用模块化设计，便于拆卸和后期的设备维修和改造；

采用石英制玻璃换热管，能耐高温和温度梯度变化较大的工况，不易碎；

设备内部采用独特的防腐和耐高温处理技术，提高了设备的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是下酸槽的结构示意图；

图3是下酸槽另一角度的结构示意图；

图4是中间换热器的结构示意图；

图5是上箱体结构示意图；

图6是石英玻璃管与折流板间的配合结构示意图；

图7是石英玻璃管与上管板间的配合结构示意图；

图8是上管板与导液管的配合结构示意图。

其中，1、下酸槽，2、中间换热器，3、上箱体，11、酸性气入口，12、硫酸排液口，21、上管板，22、下管板，23、石英玻璃管，24、折流板，25、保温衬里，26、冷却介质入口，27、冷却介质出口，28、人孔，31、除雾单元，32、尾气出口，231、导流棒，232、套管，233、耐酸纤维丝除雾器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构进行具体说明，从而使本领域技术人员可以更清楚地理解本实用新型的技术方案，从而对本实用新型的保护范围作出清晰的限定。

一种湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器，其由下酸槽1、中间换热器2和上箱体3组成；下酸槽1位于所述冷凝器的最下端，下酸槽1为截面呈“U”形形状的直槽状，以有利于酸液的聚集与排出，外壁为金属壳体，该金属壳体的侧壁上设置有酸性气入口11，下酸槽1的顶部与中间换热器2的底部紧固连接，其顶部作为酸性气的出口；下酸槽1的底部最低点处设有硫酸排液口12；下酸槽1在酸槽钢制部分加工完毕以后先在内部喷涂一定厚度的PFA涂料，然后再贴衬耐酸砖，从而起到既耐高温又防腐的双重作用。

中间换热器2位于整台设备的中间，其为立式管壳式换热器；换热器由壳体、上管板21、下管板22、石英玻璃管23和折流板24组成；换热器壳体为方形筒节，其采用普通碳钢制成，其内壁喷涂有耐高温硫酸工况下腐蚀的油漆，以防止钢制壳体直接与腐蚀性介质直接接触，影响其使用寿命；上、下管板表面均有喷涂厚度为1mm的PFA涂料，目的是经受住温度在0～300℃范围内98％浓度硫酸的长期浸泡而不被腐蚀；另外在壳体内壁设有一定厚度的保温衬里25，通过紧固件和薄的不锈钢钢板压紧固定，衬里材质为石棉，压板材质为S30408。上管板和下管板分别设置于壳体顶部和底部，石英玻璃管两端固定于上、下管板上，石英玻璃管的长度为7～9m；壳体上部设有冷却介质(如空气)入口26、下部设有冷却介质出口27，上进下出的流向设计能进一步提高冷却介质的流动性，提高介质流速，继而提高冷凝效率；壳体内设有若干用于改变冷却介质流动方向的折流板，石英玻璃管中部固定于折流板上，在空气进出口的对面每两块折流板之间设有人孔28，以便于停车时对设备进行检修。壳体内部空间作为冷却剂通过的壳程，设置于壳体内的石英玻璃管作为管程，以起到对流换热的效果。壳体顶部为酸性气体出口，底部为出液口和气体入口；其底部与下液槽1顶部相连接而顶部与上箱体底部相连接。石英玻璃管的排布为三维空间分布的矩阵形式，从而能在节省空间的基础上起到增加空气流通面积，提高流量和冷却效率。

上箱体3位于冷凝器的最上端，其底部与中间换热器2的顶部之间连接，上箱体3内部设置有除雾单元31、顶部设有平盖密封箱体、平盖上设置有尾气出口32；除雾单元为方块形状，位于石英玻璃管23的上端且紧贴石英玻璃管23的上管口；除雾单元31的材质为PTFE(聚四氟乙烯)或PFA(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，又称可溶性聚四氟乙烯)制成的耐酸纤维丝，直径为0.03mm～0.1mm,空隙大于85％，优选为96～99％；厚度为5～20cm,优选为6～10cm；厚度过小会降低除雾效果，厚度过大会导致压损的增加。在一个优选的实施方案中，除雾单元为0.05mm的PFA耐酸纤维丝，孔隙率为96％，厚度为10cm。上箱体的壳体内部包括设备法兰密封面和上顶盖内表面都应喷涂一定厚度的PFA涂料，以防尾气中的酸性气对壳体造成腐蚀。

上箱体3、中间换热器2和下酸槽1之间通过法兰压紧连接，便于安装维修和改造；并且由于酸性气在各个模块之间输送，故各模块之间需要保持良好的密封性，以防止酸性气泄漏，各模块间密封采用软密封材料，所述软密封材料为含氟材料，优选为PFA。为提高整体装置的耐腐蚀性，下酸槽的内壁、上管板、下管板、上箱体的内壁以及连接法兰处均喷涂有PFA涂料。

在某些实施例中，上管板的布管区域周边被设置为深度为10mm的槽面，以便于尾气中冷凝的残余酸液的聚集，在上管板的四个角处开有溢流口，有用于溢流的四根导液管直通下酸槽，导液管上端与上管板接触处设有漏液孔，当上管板上有酸液聚集时经漏液孔进入导流管再通过这四根导液管流入下酸槽1中。

在另一些实施例中，每根石英玻璃管内部均放有螺旋的导流棒231，经过冷却的酸液滴在自身重力下沿导流棒流入到下酸槽1中，从而减少酸液滴挂壁停留时间太长的现象。

在另一些实施例中，所述换热器的上、下管板和折流板与石英玻璃管23的接触处均有设置F4(聚四氟乙烯)材料制的套管232，目的在于防止玻璃管直接接触钢制部分导致其破裂的现象，

在其他一些实施例中，在石英玻璃管顶端处设置有PFA或PTFE制成的耐酸纤维丝除雾器233，目的是除去或减少尾气中的酸雾外溢。

使用时，酸性气由下酸槽的酸性气入口进入下酸槽，经由下酸槽后进入中间换热器内的石英玻璃管内，在石英玻璃管中被壳程吹入的冷却介质(例如冷空气)冷凝，经过中间换热器后，冷却的酸性气中的SO₃的绝大部分形成硫酸并与气体分离，少量的SO₃转化为酸雾夹带于气体中，酸性气成为尾气进入上箱体中，硫酸液滴在自身的重力作用下沿玻璃管内的导流棒流入下酸槽中，其尾气依次经过石英玻璃管内部上端的耐酸纤维丝除雾器和上箱体内部的除雾单元处理后除去尾气中所夹带的硫酸酸雾再排放，在上箱体内冷凝的酸液最终聚集在上管板上，经上管板上的溢流口流入下酸槽中。

Claims (10)

1.一种湿法制硫酸用的硫酸蒸气冷凝器，其包括下酸槽、中间换热器和上箱体，上箱体、中间换热器和下酸槽之间通过法兰压紧连接；下酸槽的侧壁上设有酸性气入口，下酸槽的底部设有硫酸排液口；其特征在于，所述中间换热器为立式管壳式换热器，其由壳体、上管板、下管板、石英玻璃管和折流板组成；上管板和下管板分别设置于壳体的顶部和底部，石英玻璃管两端分别固定于上管板和下管板上；壳体内设有若干用于改变冷却介质流动方向的折流板，石英玻璃管中部固定于折流板上；上箱体内部设置有方形的除雾单元，其设置于石英玻璃管的上端且紧贴石英玻璃管的上管口，除雾单元为采用PTFE或PFA制成的耐酸纤维丝。

2.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述下酸槽的内壁、上管板、下管板、上箱体的内壁以及连接法兰处均喷涂有PFA涂料。

3.根据权利要求2所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述下酸槽内还贴衬有耐酸砖，所述耐酸砖贴衬于PFA涂料上。

4.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述中间换热器的壳体内壁设有保温衬里，其通过紧固件和不锈钢钢板压紧固定，保温衬里的材质为石棉。

5.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述中间换热器的壳体上设有人孔。

6.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述上管板上的布管区域周边被设置为深度为10mm的槽面，上管板的四个角处开有溢流口，溢流口分别通过四根导液管直通下酸槽，导液管上端与上管板接触处设有漏液孔。

7.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述石英玻璃管内部设有螺旋的导流棒。

8.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述石英玻璃管与上管板、下管板和折流板接触处均有设有F4材料制的套管。

9.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述石英玻璃管的上管口处设置有PFA或PTFE制成的耐酸纤维丝除雾器。

10.根据权利要求1所述的硫酸蒸气冷凝器，其特征在于，所述除雾单元直径0.03mm～0.1mm,空隙大于85％，厚度5～20cm。