CS204517B1 - Zapojeni strojně technologických aparátů při výrobě kyseliny sírové - Google Patents

Description

Zapojeni strojně technologických aparátů při výrobě kyseliny sírové

Vynález se týká zapojení strojně technologických aparátů při výrobě kyseliny sírové, kdy se řeší využívání odpadního tepla.

Při výrobě kyseliny sírové vzniká při některých technologických operacích značné množství tepla. Teplo se uvolňuje jednak při fyzikálních procesech, například turbodmychadlo ohřívá při kompresi vzduch, dále se teplo uvolňuje při procesech fyzikálně chemických, například při sušení vzduchu kyselinou sírovou, při absorbci kysličníku sírového v kyselině sírové a při zřeďování kyseliny sírové, a konečně se teplo uvolňuje při chemických pochodech, například při přípravě kysličníku siřičitého, ať už spalováním síry, pyritu, sirovodíku a podobně nebo při oxidaci kysličníku siřičitého na kysličník sírový.

Uvolněné teplo se ve výrobnách kyseliny sírové částečné využívá jednak v uzlu přípravy kysličníku siřičitého, kde teplo vzniká spalováním síry, pyritu, či sirovodíku a podobně a dále v kontaktním uzlu, kde se teplo uvolňuje při oxidaci kysličníku siřičitého. Teplo se obvykle využívá k výrobě páry jednak přímo v parních kotlích a jednak nepřímo předehřátím napájecí vody pro parní kotel v ekonomizérech nebo předehřátím vzduchu pro spalování suroviny obsahující síru a podobně. Nelze však využít veškeré teplo uvolněné při přípravě a oxidaci kysličníku siřičitého, protože reakční plyn se nesmí ochladit pod teplotu, kdy nastává kondenzace kapiček kyseliny sírové a koroze zařízení. Zbytek reakčního tepla se zachycuje v absorpčních věžích a odvádí se kyselinou sírovou. V uzlu absorpce kysličníku sírového a sušení vzduchu, popřípadě kysličníku siřičitého, se kromě toho uvolňuje další teplo absorpční a zřeďovací.

Jako absorpční aparatury se zpravidla převážně používá výplňových věží se stékajícím kapalinovým filmem. Podle použití se rozlišují sušicí věže siřičitého plynu nebo vzduchu, koncové, mnohohydrátové absorpční věže, oleové absorpční a u výroben s dvoustupňovou oxidací (s dvojitou konverzí) dále ještě vložené absorpční věže. Tyto věže se liší teplotou kyseliny, která se řídí podle různých technologických požadavků například na koncentraci kyseliny, za účelem omezení vzniku mlhy a podobně.

Teplo, uvolněné při absorpci kysličníku sírového a sušení vzduchu a při úpravě koncentrace kyseliny sírové a dále zbytek reakčního tepla, zachyceného v absorpčních věžích, se nevyužívá, ale ničí. Z technologického okruhu se odvádí chlazením. Ve většině případů se jako chladivo používá voda a chladiče jsou obvykle sprchové, někdy se k chlazení používají chladiče trubkové, spirálové a v poslední době se začíná používat chladičů deskových. Starší způsob, kdy oteplená voda se odvádí do vodního toku nebo do moře, je v současné době nahrazován modernějším způsobem chlazení v uzavřeném cyklu. Princip uzav204517 řeného cyklu spočívá v tom, že voda, oteplená ve zdroji tepla, například v chladičích, v nichž odebrala přebytečné teplo z technologického procesu, se vede do baterie chladicích věží, z nichž se po ochlazení vede znovu do chladičů. Přebytečné teplo se v chladicích věžích spotřebuje jednak k odpaření vody á jednak se odvádí do vzduchu. Toto řešení má řadu nevýhod. Značná část tepla se bez užitku odvádí do ovzduší, chladicí systém vyžaduje doplňování odpařené chladicí vody, případně chemikálií na úpravu vody, elektrickou energii na přečerpávání vody a rovněž investiční náklady jsou značné.

Dosud většinou používané chladiče k chlazení kyseliny sírové, například sprchové chladiče, mají nízký koeficient prostupu tepla. Prakticky zjištěné hodnoty závisejí na rychlosti pohybu kyseliny a čistotě chladicího povrchu a obvykle kolísají v rozmezí 100 až 150 W/m² sK. Proto jsou rozměry chladičů značně velké. Například účinný povrch sprchových chladičů sušicí kyseliny se obvykle pohybuje v rozmezí 0,9 až 1,5 m²/t H2SO4 za den, pro absorpční kyselinu 2 až 3 m²/t H2SO₄ za den. Chladicí voda se vzhledem k nízkému koeficientu prostupu tepla ohřívá málo, například z 30 °C na 45 °C. Aby však její teplo mohlo být efektivně využito ve spotřebiči tepla, je třeba, aby se ohřála na vyšší teplotu.

Dosud používaná zapojení k chlazení kyselin v sušicích a absorpčních okruzích jsou paralelní. To znamená, že chladicí voda se vede paralelně do jednotlivých chladičů za sušicí věží, za koncovou absorpční věží, popřípadě za oleovou absorpční věží a za vloženou absorpční věží. Přitom teplota kyseliny je v jednotlivých věžích různá a je dána různými technologickými požadavky, prevencí vzniku mlhy kyseliny sírové a intenzitou probíhajících fyzikálně chemických pochodů. Nejvyšší teplota kyseliny bývá u absorpční věže, kde se absorbuje největší množství kysličníku sírového, což je u výroben s technologií dvojité konverze vložená absorpční věž, u výroben s jednostupňovou oxidací je to koncová absorpční věž. Výstupní teplota kyseliny u vložené absorpční věže je zpravidla přibližně 110 °C. Menší ohřátí kyseliny nastává v sušicí věži a nejnižší výstupní teplota kyseliny bývá u oleové absorpční věže (asi 57 °C). Je zřejmé, že i ve výkonných chladičích s velkým koeficientem prostupu tepla nelze získat za některými absorpčními věžemi (zpravidla za sušicí a oleovou) chladicí vodu natolik teplou, aby využití jejího tepla bylo ekonomicky efektivní.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu zapojení strojně technologických aparátů při výrobě kyseliny sírové. Jeho podstata spočívá v tom, že mezi výstup ze zdroje tepla a vstup do chladicí věže spojené svým odvodem se zdrojem tepla, je zapojen spotřebič. Mezi vstup do chladicí věže a odvod z chladicí věže může být zapojen obtok. Konečně může být zdroj tepla tvořen nejméně dvěma, za sebou zapojenými chladiči.

Zapojení podle vynálezu umožňuje v prvé řadě získání vody ohřáté na podstatně vyšší teplotu, kterou je možno dále účelně používat buď přímo například pro ohřívání budov, pro vytápění skleníků a podobně, nebo jím může být výměník tepla, kde se tepla využije například k předehřátí napájecí vody do parního kotle a podobně.

Další účinek spočívá v úspoře množství čiřené vody, chemikálií na úpravu vody a elektrické energie, potřebné k cirkulaci chladicí vody.

Použitím chladičů s vysokým koeficientem prostupu tepla, například deskových, ke chlazení kyseliny sírové se dosahuje hodnot koeficientu prostupu tepla 2000 až 2500 W/m² sK, takže místo velkého množství málo teplé vody lze získat menší množství vody ohřáté na vyšší teplotu. Investiční náklady na deskové chladiče jsou ve srovnatelné výši s náklady na jiné chladiče, například sprchové. Deskové chladiče jsou sice zkonstruovány z dražšího materiálu, jako z nerezavějící oceli, než chladiče dosud většinou používané, litina, popřípadě olovo, ale jejich teplosměnná plocha a tudíž i rozměry a váha je zhruba desetkrát menší vzhledem k vyššímu koeficientu tepla než plocha dosud používaných chladičů. Hlavní výhodou jejich použití je to, že chladicí voda se ohřeje na vyšší teplotu.

Při zapojení chladičů podle vynálezu protéká chladicí voda nejprve chladičem absorpční věže s nejnižší výstupní teplotou kyseliny, dále postupně chladiči dalších absorpčních věží v takovém pořadí, že teplota výstupních kyselin roste a nakonec chladičem absorpční věže s nejvyšší výstupní teplotou kyseliny. Chladicí voda se v jednotlivých chladičích postupně ohřívá, až se nakonec ohřeje na tak vysokou teplotu, že využití jejího tepla je ekonomicky efektivní. Tímto zapojením se získá menší množství vody ohřáté na vyšší teplotu.

Zapojení podle vynálezu je dále blíže vysvětleno na příkladu provedení a podle připojených výkresů, na nichž obr. 1 zobrazuje obecné schéma zapojení přístrojů a obr. 2 zobrazuje zapojení chladičů, tvořící zdroj tepla.

Jak je patrno z obr. 1, jsou chladiče kyseliny sírové, jakožto zdroj tepla 1 výstupem 2 spojeny se spotřebičem 3 tepla, jehož výstup je připojen ke vstupu 4 do systému chladicích věží 5, jehož odvod 6 je spojen se zdrojem tepla 1. Zapojení podle vynálezu může být vytvořeno rovněž tak, že z výstupu spotřebiče 3 tepla je pak opatřeno regulačním orgánem 7. Ze vstupu 4 je před regulačním orgánem 7 odvětveno potrubí 8 s dalším regulačním orgánem 9, ústící do odvodu 6.

Podle obr. 2 je chladicí věž 5 odvodem 6 spojena se zdrojem tepla 1 baterií chladičů 10, 11, 12, 13. Poslední chladič 13 je výstupním potrubím 2 spojen se vstupem do spotřebiče tepla. Spotřebič 3 tepla je spojen vstupem s chladicí věží 5. Zapojení může být vytvořeno rovněž tak, že z výstupu spotřebiče 3 tepla je před vstupem 4 do chladicí věže 5 odvětven obtok vedoucí do baterie chladičů 10, 11, 12, 13. Vstup 4 vyvedený ze spotřebiče 3 tepla je pak opatřen regulačním orgánem 7. Ze vstupu 4 je před regulačním orgánem 7, odvětveno potrubí 8 s dalším regulačním orgánem 9 ústící do dalšího potrubí 6.

Chladiče 10, 11, 12, 13 jsou opatřeny jednak vstupy 31, 41, 51, 61 chlazených kyselin a jednak výstupy 32, 42, 52, 62 chlazených kyselin chladiče

10, 11, 12, 13 jsou zapojeny do série takovým způsobem, že teplota chlazené kyseliny na vstupu 41 je vyšší nebo rovna teplotě chlazené kyseliny vstupu 31 a že teplota chlazené kyseliny na vstupu 51 je vyšší nebo rovna teplotě kyseliny na vstupu 41 a že teplota chlazené kyseliny na vstupu 61 je vyšší nebo rovna teplotě kyseliny na vstupu 51. Z dalšího potrubí jsou odvětveny přívody 23, 24, 25, 26 chladicí vody do chladičů 10, 11, 12, 13. Jsou opatřeny regulačními orgány 231, 241, 251, 261. Výstupy 33, 43, 53, 63 chladicí vody z chladičů 10, 11, 12, 13 vyúsťují do dalšího potrubí 15. Další potrubí 6 je opatřeno mezi

Claims (3)

1. Předmět

   1. Zapojení strojně technologických aparátů při výrobě kyseliny sírové vyznačené tím, že mezi výstup (2) ze zdroje tepla (1) a vstup (4) do chladicí věže (5), spojené svým odvodem (6) se zdrojem tepla (1), je zapojen spotřebič (3).
2. 2. Zapojení podle bodu 1 vyznačené tím, přívodem 23 chladicí vody a výstupem 33 ohřáté chladicí vody regulačním orgánem 203 mezi přívodem 24 chladicí vody a výstupem 43 ohřáté chladicí vody regulačním orgánem 204, mezi přívodem 25 chladicí vody a výstupem 53 ohřáté chladicí vody regulačním orgánem 205 a mezi přívodem 26 chladicí vody a výstupem 63 ohřáté chladicí vody regulačním orgánem 206.

   Zapojení podle vynálezu má tu výhodu, že chladicí vodu ohřívá na vyšší teplotu a umožňuje tak hospodárnější využití odpadního tepla z výroby kyseliny sírové.

   vynálezu že mezi vstup (4) do chladicí věže (5) a odvod (6) z chladicí věže (5) je zapojen obtok (8).
3. 3. Zapojení podle bodů 1 a 2 vyznačené tím, že zdroj tepla (1) je tvořen nejméně dvěma, za sebou zapojenými chladiči (10, 11, 12, 13).