FI81773C - Absorptionsanlaeggning och -foerfarande foer svaveltrioxid. - Google Patents

Description

1 81773

Rikkitrioksidin absorptiolaitteisto ja menetelmä Tämä keksintö koskee laitteistoa ja menetelmää rikkihapon valmistamiseksi rikkidioksidista, ja erityi-5 sesti se koskee parannettua energian talteenottoa mainitusta prosessista.

Valmistettaessa rikkihappoa rikkidioksidista klassisen kontaktimenetelmän mukaisesti, saadaan kuivaa rik-kidioksidikaasua, joka johdetaan monien katalyyttikerros-1Q ten läpi, jolloin pääasiallisesti kaikki rikkidioksidi muutetaan rikkidioksidiksi. Sitten rikkidioksidi adsorboidaan rikkihappoon yhdessä tai useammassa absorptio-tornissa, jolloin saadaan rikastettu rikkihappovirta.

Yleensä katalyyttikerroksista tulevassa rikkitri-^5 oksidikaasuvirrassa on 5-13 tilavuusprosenttia rikkidioksidia, ja se on yleensä jäähtynyt lämpötilaan, joka on suuruusluokkaa 160-260°C, ennen kuin se siirtyy ab-sorptiovaiheeseen. Rikkidioksidi poistetaan yleensä kaasuvirrasta vastavirta-absorptiolla rikkihapolla, tii-2Q livuoratussa täytteisessä absorptiotornissa.

Siitä syystä, että rikkitrioksidin absorptiossa happoon kehittyy hyvin suuria määriä lämpöä, vaikka kuumien kaasujen ja hapon kanssa kosketuksiin joutuvan tor-nimateriaalin korroosionestokyky otetaan huomioon, ja 25 siitä syystä, että halutaan välttää absorboitumattoman rikkitrioksidin läsnäolo ulosvirtaavassa kaasuvirrassa, absorptiotorneissa on oltava suuri happovirtaus, ja mikäli on kysymys kuumasta haposta, korroosiosta aiheuttavaa happoa tulee välttää. Lisäksi on toivottavaa, että väl-3Q tetään laajoja konsentraatioalueita käytettäessä tarpeeksi suurta absorboivaa happovirtausta. Yleensä happo-tuotteen poistovirta voi olla vain 5-10 % kiertävästä happovirrasta, joka kulkee absorptiotornissa ja apuput-kistossa. Käytettäessä materiaaleja, jotka ovat kaupalli- 2 81773 sesti saatavia, happotornin ulospäästölämpötilat ovat yleensä korkeintaan 120°C, kun taas sisääntulolämpötilat ovat välillä 70-90°C.

Poistettaessa rikkitrioksidia happoabsorptiolla, 5 on yleensä kaksi vastakkaista tarvetta, jotka täytyy tyydyttää. Rikkitrioksidi pitäisi kokonaisuudessaan poistaa kaasusta kohottamatta konsentraatio- ja lämpötilarajoja, jotka on annettu käytettävälle rikkihapolle, ja toiseksi suurin piirtein kaikki kaasussa oleva rikkitrioksidi pi-10 täisi poistaa siten, että hyötysuhde lähenisi 99,9 % tai olisi sitä korkeampi. Määrä, jota rikkihapolla absorp-tiotornissa poistettavaa lämpöä muodostuu, vastaa suurinta osaa siitä kokonaislämmöstä, joka siirtyy rikkihappo-virtauksissa. Tällaista lämpöä on normaalisti siinä mää-15 rin, että voidaan tuottaa kuumaa vettä, jonka lämpötila on korkeintaan 100°C. Saavutetuilla lämpötilatasoilla ei kuitenkaan voida valmistaa käyttökelpoista tai kuljetettavaa höyryä.

Tyypillisessä rikkihapon kaksoisabsorptiolaitteis-20 tossa, jossa käytetään sulaa rikkiä syötettävänä raaka-aineena, arviolta 60-65 % täydellisessä rikkihapon valmistusprosessissa kehittyvästä lämmöstä voidaan ottaa talteen kuumista eri happovirroista suoralla lämmönsiirrolla, lämmön ollessa korkealaatuista korkeapainehöyryä, 25 jota voidaan käyttää moniin tarkoituksiin. Jäljelle jäänyt lämpö vapautuu pääasiallisesti täydellisesti happo-systeemissä tai laitteistosta poistuvan savukaasun mukana. Yleensä 25 % kokonais lämmöstä siirtyy rikkidioksidin absorption kautta rikkihappoon.

30 2000 STPD:n rikkihappolaitteiston absorptiosystee- missä olevan lämmön määrä voi olla jopa 140 x 10^ BTU/h-vastaten 41MW lämpöopillisissa termeissä.

Il 3 81773

Kiertävän rikkihapon absorptiosysteemissä olevan kuuman veden muodossa olevan ja lämmitystehtäviin käyttökelpoisen lämmön talteenotto on alalla hyvin tunnettu hyvänä ja käytännöllisenä menetelmänä. Tällaisilla kuuman 5 veden taiteenottosysteemei1lä on arvoa vain, kun vaaditaan happolämpötiloja, jotka ovat tyypillisellä lämpötila-alueella, jossa suurin osa tunnetuista absorptiotorneista toimii. Tällaisilla lämpötiloilla pystytään täyttämään ympäristölliset emissiostandardivaatimukset ja voidaan 1Q käyttää tunnettuja korroosionestotapoja.

Yleensä alalla rikkitrioksidin absorptio rikkihappoon suoritetaan täytteisissä, tiilillä vuoratuissa torneissa, joihin happo tulee lämpötilassa, joka on välillä 75-90°C, ja josta se lähtee lämpötilassa, joka on välillä 15 100-120°C. Happoa, joka on vahvuudeltaan yleensä 97,5-99%, kierrätetään vastavirtauksella rikkitrioksidi-kaasuun. Yleensä hapon vahvuus ei absorption aikana kohoa enempää kuin 0,5-1,0%, kun absorboidaan yksittäisen absorp-tiolaitteen yksittäisessä absorptiotornissa ja kaksoisab-. 20 sorptiolaitteiston ensimäisessä tornissa, ja vahvuus kas- vaa huomattavasti vähemmän kaksoisabsorptiolaitteiston viimeisissä absorptiotorneissa. Molemissa tapauksissa poistuva ’ kaasu,lähtiessään lopulta absorptiotorneista, on sisään- : tulevan absorboivan hapon kanssa tasapainossa siten, että 25 saadaan rikkitrioksidin ja rikkihappokaasuhöyryjen alempia tasoja, mikä vastaa ympäristöllisesti edullista menettelyä.

Eräässä kaasu-happo -kontaktimenetelmässä rikkitrioksidin absorboimiseksi, joka on kaupallisesti saatavilla, . käytetään absorptiotornissa useita märkäerottimia täytteisen 3Q tornin sijaan. Kun täytyy absorboida huomattavan suuria • määriä rikkitrioksidia, tässä menetelmässä käytetään useita • suppilomaisia putkia, jotka on asetettu sarjoihin yhdistet- . tyinä täytteisen osan kanssa, ja joihin johdetaan jäähdy- . tettyä rikkihappoa, ja näin huolehditaan lopullisesta 35 puhdistamisesta absorptiovaiheessa. Tähän menetelmään 4 81773 kuuluu sarja myötävirtakontaktivaiheita, joissa syntyy lopputuotteena suhteellisen kuumaa happoa, joka saadaan suppilomärkäerottimilla alhaisista neste- ja kaasusuh-teista. Energian talteenotto on kuitenkin edelleen vai-5 keata siitä syystä, että happo täytyy jäähdyttää suhteellisen alhaisiin lämpötiloihin, ennen kuin se syötetään suppiloihin.

Matalailmanpaineisen höyryn kehitys lämmöstä, joka on kehittynyt tunnetussa absorptioprosessissa, on teol-lisesti osoitettu. Eräässä tunnetussa tapauksessa höyryä kehitettiin 7Q°C:ssa, absoluuttisen paineen ollessa 234 mmHg, ja sitä käytettiin suoraan sen jälkeen, kun se oli valmistettu. Verrattuna tunnettuun matalapaineiseen höy-ryyn, joka on 3 absoluuttisen ilmakehän paineessa, höy-15 ryn tiheys on vähemmän kuin kymmenesosa standardi-mata-lapaineisen höyryn tiheydestä, ja sitä on hyvin vaikea kuljettaa. Vaikka eräänä mahdollisuutena on puristaa höyry ja sen jälkeen kuljettaa sitä, tarvittava energia ja puristettavan höyryn tilavuudet ovat kuitenkin todella 2q suuria.

Eräs äskettäin ehdotettu menetelmä, joka on kuvattu julkaistussa EP-hakemuksessa nro 130 967, käsittää menetelmän, jossa käytetään "kuumaa" absorptiotornia, jossa rikkitrioksidi absorboidaan "kuumassa" hapossa, 25 lämpötilassa, joka on välillä 160-200°C. Absorptioprosessissa kehittyvä lämpö poistetaan lämmönsiirtimessä, jossa keitetään vettä, jolloin muodostuu suoraan matala-paineista höyryä. Tämä riippuu eri ruostumattomien teräksien, joilla on tietty rakennekaava, ja rikkihapon, jon-3Q ka konsentraatio on suuruusluokkaa 100 %, käytöstä. Eräänä suurena haittapuolena on kuitenkin se, että mainituis-: sa lämpötiloissa sekä rikkitrioksidin että rikkihapon, jotka ovat yhdistyneet 99 % happoon, höyrynpaineet ovat huomattavia verrattuna tavallisiin absorboimisprosessei-35 hin 80°C:ssa. 160°C:ssa rikkitrioksidin ja rikkihapon 5 81773 höyrynpaineet ovat tasapainossa 99 %:n hapon kanssa, ollen 0,6767 ja 3,994 imrHg tässä järjestyksessä, kun taas 80°C:ssa vastaavat arvot ovat 0,002 ja 0,0425 mmHg. Höyrynpaineen arvot 80°C:ssa johtavat kaasuemissioihin, 5 jotka noudattavat nykyisiä ympäristömääräyksiä, kun taas "kuuma" tornimenetelmä on ympäristönsuojelua ajatellen riittämätön ja vaatii laitteita alavirran puhdistamiseksi. Lisäksi hapolla ja rikkidioksidilla, jotka ovat edellä määritettyjä, kyllästettyjen kaasujen poisto ja käsit-10 tely voivat helposti johtaa vaikeisiin korroosio-ongelmiin useimmilla metallipinnoilla. Toisena "kuuma"-torni-systeemin haittapuolena on se, että yleensä absorptiosys-teemissä, kuten tässä edellä on kuvattu, absorboivan hapon konsentraatio muuttuu merkittävästi sen virratessa 15 täytteisen ternin läpi, ja haluttua 99 % + happo-konsen-traatiota on vaikea ylläpitää täytteisen tornin kummassakin päässä.

Esillä oleya keksintö antaa yksittäisen täytteisen tornikokoonpanon, sekä korkeatasoinen energian talteen-20 ottokierron että puhdistusmahdollisuuden ympäristöllisesti hyväksyttävän kaasunpoiston varmistamiseksi.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on poistaa kuuman, märän rikkitrioksidikaasun käsitteleminen kuumassa absorptiomenetelmässä.

25 Siten esillä oleva keksintö antaa rikkitrioksidin absorptiolaitteiston ja menetelmän, jossa yksittäisessä absorptiotornissa on erilliset täytteiset, ylempi ja alempi, absorptiovyöhykkeet, joihin erilliset rikkihappovirrat syötetään. Pääasiallisesti täydellinen rikkitrioksidin 3Q absorptio saadaan aikaan käyttäen suhteellisen kuumaa absorboivaa happoa alemmassa vyöhykkeessä, ja samanaikai-: sesti ylempään vyöhykkeeseen syötetään suhteellisesti pie nempi ja kylmempi rikkihappovirta, jolloin, ilman että energian talteenotto huononee alemmassa vyöhykkeessä, 35 sallitaan kaasun jäähtyminen ja ulosvirtauksen tarkkailu.

6 81773

Happovirrat yhdistetään alemmassa vyöhykkeessä, jäähdytetään ja haluttaessa suuri osa uudelleenkierrätetään torniin.

Siten keksintö antaa menetelmän valmistaa väkevää 5 rikkihappoa kuumasta kaasuvirrasta, joka sisältää rikki-trioksidia, ja menetelmä käsittää seuraavat kohdat: (a) syötetään mainittu kaasuvirta alempaan täytteeseen absorptiovyöhykkeeseen, joka on absorptiotornissa; (b) syötetään ensimmäinen rikkihappovirta mainittuun 1Q alempaan absorptiovyöhykkeeseen, jolloin suurin osa mainitusta rikkitrioksidista absorboituu mainitusta kaasuvirrasta mainittuun ensimmäiseen rikkihappovirtaan, jolloin syntyy ensimmäinen rikastettu rikkihappovirta ja käytetty rikkitrioksidikaasuvirta; 15 (c) syötetään mainittu käytetty rikkitrioksidikaasuvirta ylempään täytteeseen absorptiovyöhykkeeseen, joka on mainitun alemman absorptiovyöhykkeen yläpuolella mainitussa tornissa; (d) syötetään toinen rikkihappovirta mainittuun ylempään 2Q absorptiovyöhykkeeseen, jolloin pääasiallisesti kaikki rikkitrioksidi, joka on jäljellä mainitussa käytetyssä rikkitrioksidikaasuvirrassa absorboituu, ja näin syntyy toinen rikastettu rikkihappovirta ja suurin piirtein rik-kitrioksidia sisältämätön kaasuvirta; mainittu toinen 25 rikkihappovirta, jonka alkuperäinen lämpötila on alhaisempi kuin mainitun ensimmäisen rikkihappovirran, syötetään mainittuun ylempään vyöhykkeeseen suhteellisesti pienempänä määränä kuin mainittu ensimmäinen rikkihappo-virta, joka on syötetty mainittuun alempaan vyöhykkee-30 seen; (e) syötetään mainittu toinen rikastettu rikkihappovirta mainittuun alempaan absorptiovyöhykkeeseen, jossa se yhdistyy mainitun ensimmäisen rikastetun rikkihappovirran kanssa muodostaen yhdistetyn rikkihappovirran; 35 (f) otetaan talteen mainittu yhdistetty rikkihappovirta; ja

II

7 81773 (g) jäähdytetään mainittu yhdistetty rikkihappovirta.

Ensimmäinen ja toinen rikkihappovirta, jotka syötetään alempaan ja ylempään absorptiovyöhykkeeseen, tässä järjestyksessä, voivat tulla suorasta yhteislähteestä, 5 tai kumpikin voi virrata sopivista ja erillisistä happo-kierroista, jotka sisältyvät täydelliseen rikkihapon valmistuslaitteistoon. Esimerkiksi ylempään täytteiseen absorptiovyöhykkeeseen syötettävä happo voidaan syöttää joko kuivaavasta, ensimmäisestä tai viimeisestä happoko kiertotornista tai jostakin tällaisten yhdistelmästä. Happo, joka syötetään alempaan absorptiovyöhykkeeseen, voi virrata mistä tahansa yläpuolella olevasta ylemmästä absorptiovyöhykkeen happolähteistä tai jopa erillisestä kierrosta. Edullisesti nämä kaksi syötettävää happoa 15 virtaavat kiertävän hapon yhteislähteestä, ensimmäisen rikkihappovirran tilavuuden ollessa suurempi kuin toisen rikkihappovirran. Eräs keksinnön mukainen olennainen piirre prosessissa on se, että toisen rikkihappovirran sisääntulolämpötila on alhaisempi kuin ensimmäisen rikki-20 happovirran.

Siten edullisena piirteenä keksintö antaa edellä määritetyn menetelmän, jossa mainittu ensimmäinen rikki-happovirta sisältää suuren osan uudelleenkierrätettyä yhteistä rikkihappovirtaa ja mainittu toinen rikkihappo-25 virta sisältää pienen osan mainitusta uudelleenkierräte-tystä yhteisestä rikkihappovirrasta.

Täytteisiin absorptiovyöhykkeisiin syötettävän hapon suhteellinen määrä on määritetty hapon sisääntuloja poistumislämpötilojen ja vaadittavien konsentraatioi-3q den avulla. Käyttöoloissa, jotka keksinnössä on otettu huomioon, hapon tarve alempaan absorptiovyöhykkeeseen . nousee samaan kuin mitä se on ylemmässä absorptiovyöhyk- keessä.

Kun käytetään ylisuurta määrää kylmempää happoa 35 ylemmässä vyöhykkeessä verrattuna alempaan vyöhykkeeseen 8 81773 syötettävään kuumemman, tuoreen happosyötön määrään, saadaan happoa, jonka lämpötila on epätyydyttävän alhainen lähtiessään ylemmästä vyöhykkeestä. Sekoitettaessa tämän jälkeen mainittu lämpötilaltaan epätyydyttävä hap-5 po kuumemman tuoreen hapon kanssa alemmassa vyöhykkeessä, saadaan yhdistetty happo, jonka lämpötila on suhteellisesti alhaisempi, kun se poistuu alemmasta vyöhykkeestä ja tornista, ja lämmönsiirto vähenee merkittävästi arvokkaimmille korkeamman lämpötilan tasoilla seuraavassa 20 lämmönsiirtovaiheessa. Vaikka toisen rikastetun rikkihapon ulospäästölämpötiloja, jotka ovat välillä 115-120°C tai sitä alhaisempia, voitaisiin sopivasti käyttää, ja ne voisivat kuulua keksinnön suojapiiriin, on ymmärrettävää, että mitä suurempia määriä kylmempää happoa syö-25 tetään ylempään vyöhykkeeseen suhteessa kuumemman, ensimmäisen rikkihappovirran määrään, joka syötetään alempaan vyöhykkeeseen, sitä suurempia haitallisia vaikutuksia ilmenee korkeamman tason lämpötilan energian talteenotto-vaiheen tehokkuudessa ja arvossa.

20 Käytettäessä suhteellisen vähän kylmempää happoa ylemmässä vyöhykkeessä, siirrettävissä olevan energian suhteellinen määrä korkeamman tason lämpötilan energian talteenottovaiheessa kasvaisi. Toisen rikastetun rikkihappovirran lämpötilaa rajoitetaan siitä syystä, että 25 (a) varmistetaan, ettei happo syövytä alemman vyöhykkeen jakolaitetta, (b) toinen rikkihappovirta absorboisi rikkitrioksidin ja happonöyryn ylemmässä vyöhykkeessä toivotuille tasoille, ja 30 (c) happo jäähdyttäisi kaasun ylemmässä vyöhykkeessä ha luttuun poistumislämpötilaan.

Mikäli toinen rikastettu happo poistuu ylemmästä vyöhykkeestä lämpötiloissa, jotka ovat alle noin 150°C, voidaan käyttää jako- ja muita laitteita, jotka on valmistettu 35 SARAMET*-austeniittisesta teräksestä (*Chemetics Interna- 9 81773 tional (U.S.) Inc.:n tavaramerkki). Keraamiset materi-aalivaihtoehdot sallisivat korkeampia lämpötiloja, mainittujen materiaalien kuuluessa keksinnön suojapiiriin, mutta tällaisia materiaaleja ei yleisesti käytetä nyky-5 aikaisissa rikkihappolaitteistoissa.

Siten edelleen edullisena piirteenä keksintö antaa tässä edellä määritetyn menetelmän, jossa mainittu toinen rikkihappovirta syötetään mainittuun ylempään absorptiovyöhykkeeseen sellaisena määränä, että mainitun IQ toisen rikastetun rikkihappovirran lämpötila on samaa suuruusluokkaa kuin mainitun ensimmäisen rikkihappovirran lämpötila.

Vielä edullisemmin mainitun toisen rikastetun rikkihappovirran lämpötila on välillä 120-150°C, kun se pois-15 tuu mainitusta ylemmästä vyöhykkeestä.

Keksinnön mukaisen menetelmän edullinen piirre on kuitenkin myös se, että toisen rikastetun rikkihappovirran sisääntulolämpötila on riittävästi alhaisempi kuin ensimmäisen rikkihappovirran lämpötila, niin että suurin 20 piirtein kaikki mainitun käytetyn rikkitrioksidivirran : rikkitrioksidi absorboituu.

: Siten esillä olevan keksinnön piirre on käyttää ylempää absorptiovyöhykettä pääasiallisesti kaasun jäähdyttämiseen, jolloin saadaan edullisesti poistettua rik-25 kitrioksidi ja happohöyry hyväksyttäviin tasoihin. Lopputuloksena hapon syöttömäärät tässä vyöhykkeessä ovat alhaisia verrattuna tyypillisiin rikkihappolaitetorneihin. Syötön määrä ylemmässä absorptiovyöhykkeessä on yleensä suuruudeltaan alhaisempi kuin vastaava määrä alemmassa • 30 absorptiovyöhykkeessä. Kuten edellä on määritetty, täyt teen määrä tornissa ja happovirtaus ylemmässä absorptio-: vyöhykkeessä valitaan siten, että saadaan haluttu happo- virtaus siten, että maksimimäärä energiaa absorboituu suhteellisen kuumaan ensimmäiseen rikkihappovirtaan alem-35 massa absorptiovyöhykkeessä, tasoilla, jotka ovat käte- 10 81 773 västi talteenotettavissa oikeassa suhteessa korroosio-vaatimusten ja kaasun ulosvirtauksen tarkkailun kanssa.

Jonkin verran rikastettu toinen rikastettu rikki-happovirta syötetään alempaan absorptiovyöhykkeeseen, 5 jossa se yhdistyy ensimmäisen rikastetun rikkihapon kanssa, ja kulkee alempaan vyöhykkeeseen yhdistettynä rikki-happovirtana. On helposti nähtävissä, että maksimi ener-giansiirtyminen tapahtuu, kun toisen rikastetun rikki-happovirran lämpötila on kuten suurin piirtein pienin 1Q mahdollinen ensimmäisen rikkihappovirran, joka syötetään alempaan vyöhykkeeseen edellä määritetysti, lämpötila.

Edelleen vielä edullisempana piirteenä keksintö antaa edellä määritetyn menetelmän, joka käsittää vaiheen, jossa yhdistyneet rikastetut rikkihappovirrat lai-15 mennetaan laimealla rikkihapolla tai edullisesti vedellä, ennenkuin mainitut yhdistyneet rikkihapot jäähdytetään. Tämän laimennusvaiheen avulla saadaan lisää energiaa otetuksi talteen hyödyllisimmässä rikkihapposysteemin osassa yksittäisessä lämmönsiirtimessä tapahtuvan laimennus-2Q lämmön talteenoton aikana.

Sellaisessa tapauksessa, että toinen rikastettu happovirta koostuu kokonaisuudessaan tai osittain pienestä määrästä jäähtynyttä yhdistynyttä rikkihappovirtaa, tämä pieni osa pitäisi jäähdyttää valikoiden lämpötilaan, 25 joka on alhaisempi kuin jäähtyneen yhdistyneen rikkihapon suurin osa. Se, kuinka paljon virtaa jäähdytetään, määrittyy pienemmän annoksen määränä, joka syötetään ylempään vyöhykkeeseen, oikeassa suhteessa hapon lämpö-tilavaatimuksen ja ylemmästä absorptiovyöhykkeestä kek-30 sinnön mukaisesti poistuvan kaasun kanssa.

Lisänäkökohtana keksintö antaa rikkitrioksidin absorptiolaitteiston, joka koostuu seuraavista: (a) ulkovaippa; • (b) alempi rikkitrioksidin täytteinen absorbtiovyöhyke, 35 joka on mainitun vaipan alemmassa osassa;

II

11 81773 (c) ylempi rikkitrioksidin täytteinen absorptiovyöhyke, joka on mainitun alemman absorptiovyöhykkeen yläpuolella; (d) keinoja, joilla ensimmäinen rikkihappovirta syötetään mainittuun alempaan absorptiovyöhykkeeseen; 5 (e) keinoja, joilla rikkitrioksidia sisältävä kuuma kaa- suvirta syötetään mainittuun alempaan absorptiovyöhykkeeseen, jossa muodostuu käytetty rikkitrioksidikaasuvirta; (f) keinoja, joilla mainittu käytetty rikkitrioksidikaa-suvirta syötetään mainittuun ylempään absorptiovyöhykkee- IQ seen; (g) keinoja, joilla toinen rikkihappovirta syötetään mainittuun ylempään absorptiovyöhykkeeseen ja sitten mainittuun alempaan absorptiovyöhykkeeseen; (h) keinoja, joilla kuuma, alemman absorptiovyöhykkeen !5 yhdistynyt rikkihappo otetaan talteen; (i) lämmönsiirrin mainitun yhdistyneen rikkihapon jäähdyttämiseksi; ja (j) keinoja, joilla mainittu jäähtynyt yhdistynyt rikkihappo otetaan talteen.

. 20 Edullisena piirteenä keksintö käsittää edelleen keinoja, joilla suuri osa mainitusta jäähtyneestä, yhdistyneestä rikkihappovirrasta uudelleenkierrätetään mainittuun alempaan absorptiovyöhykkeeseen, keinoja, joilla pienempi osa mainitusta jäähtyneestä, yhdistyneestä rik-25 kihappovirrasta uudelleenkierrätetään mainittuun ylempään absorptiovyöhykkeeseen ja keinoja, joilla valikoiden edelleen jäähdytetään mainitun jäähtyneen, yhdistyneen rik-kihappovirran pienempää osaa.

Vielä edullisempana piirteenä keksintö käsittää 30 keinoja, joilla mainittu kuuma yhdistetty rikkihappo laimennetaan vedellä tai laimealla rikkihapolla ennenkuin mainittu yhdistetty happo jäähdytetään lämmönsiirtimessä.

Jotta keksintö tulisi paremmin ymmärretyksi, eräs patentin edullinen suoritusmuoto kuvataan seuraavaksi, 35 ollen vain esimerkkinä, viitaten mukana seuraaviin pii- 12 81 773 rustuksiin, joissa kuvio 1 esittää pystysuorassa olevan, osaa koskevan kuvan rikkitrioksidin absorptiotornista, jota käytetään keksinnön mukaisena laitteistona ja keksinnön mu-5 kaisessa menetelmässä; ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti happokiertosysteemin, joka liittyy kuvion 1 torniin.

Absorptiotorni 10, joka on esitetty kuviossa 1, käsittää hiiliteräksisen ulkovaipan 11, jossa on ulosvir-yg taavan kaasun poistumiskohta 12 tornin huipulla, ja kuuman kaasun sisääntulokohta 13, hapon ulostulokohta 14 ja veden sisääntulokohta 15 tornin pohjalla. Vaipassa 11 on sen alemmassa ja keskimmäisessä osassa sisäinen vuoraus 16, joka on muodostettu haponkestävästä tiilestä ja keraamises-!5 ta tukikehyksestä 17, joka määrittelee yhdistetyn täyttei-sen vyöhykkeen, joka on tornissa, joka on täytetty keraamisella päällysteellä, jonka läpi kaasu ja happo voivat siivilöityä, jolloin nämä pääsevät täydelliseen ja läheiseen kontaktiin keskenään.

2Q Arviolta 60 %:n korkeudella täytteisessä vyöhykkees sä, joka on tukikehyksen 17 yläpuolella, on hapon jakolai-te 18, joka on muodostunut "SARAMET"-austeniittisesta teräksestä. Jakolaitteen 18 alapuolella oleva täytteinen vyöhyke koostuu alemmasta rikkitrioksidin täytteisestä 25 absorptiovyöhykkeestä 19, ja noin jakolaitteen 18 korkeudella oleva täytteinen vyöhyke koostuu ylemmästä rikkitrioksidin täytteisestä absorptiovyöhykkeestä 20, jonka yläpuolella on hapon jakolaite 21, joka on muodostunut "SARAMET"-austeniittisesta teräksestä, ja happosumun 30 poistolaite 22, joka on muodostunut ruostumattomassa te-räskehyksessä olevasta lasikuidusta.

. Toisessa suoritusmuodossa täytteisen absorptiovyö- hykkeen 2Q keraaminen päällys voidaan tukea erillisellä keraamisella kehyksellä.

35 Kuviossa 2 esitetään uudelleenkierrätetyn taval-

II

13 81 773 lisen hapon kierto, joka liittyy torniin 10, jossa kuuma happo, joka on saatu yhdistetyistä ensimmäisestä ja toisesta rikastetuista happovirroista, ja joka sen jälkeen, kun se on laimennettu vedellä tornissa, pois-5 tuu tornista, jäähdytetään lämmönsiirtimessä 31 ja tyhjennetään pumppusäiliöön 32. Happo säiliöstä 32 uudelleen-kierrätetään alempaan ja ylempään absorptiovyöhykkeeseen 19 ja 20, tässä järjestyksessä, suurempina ja pienempinä määrinä, tässä järjestyksessä. Pienempi virta jäähdy-10 tetään valikoivasti edelleen lämmönsiirtimella 33. Tuotteen lähtölinja 34 on sopivasti sijoitettu lämmönsiirti-men 33 ja tornin 10 välille.

Prosessin ollessa toiminnassa, kuumaa rikkitriok-sidia sisältävä kaasu johdetaan torniin 10 sisääntulokoh-15 dan 13 kautta, ja se virtaa ylöspäin keraamisen päällys-kehyksen 17 kautta ja alemman täytteisen absorptiovyö-hykkeen 19 kautta, vastakkaisvirtauksella alaspäin kulkevaan virtaan, joka koostuu jakolaitteesta 18 virtaavasta, kuumasta konsentroidusta rikkihaposta. Happoa on siinä : 2Q määrin, että se riittää absorboimaan suurin piirtein ·': kaiken rikkitrioksidin, ja se on lämpötilassa, joka on --1 sopivaa seuraavaa energian talteenottoa varten. Jakolait- teen 18 tasolla, vyöhykkeen 19 huipulla, rikkitrioksidi ja happosumu ovat pääasiallisesti tasapainossa kuuman, 25 jakolaitteesta 18 virtaavan hapon kanssa. Nyt käytetty rikkitrioksidikaasuvirta kulkee ylempään täytteiseen absorptiovyöhykkeeseen 20, jossa jakolaittedsta 21 virtaa-va riittävä ja jäähtynyt happo virtaa alaspäin, millä-varmistetaan se, että kaasu on jäähtynyt lämpötilaan, 30 joka on sama kuin jakolaitteen 21 ylemmän rikkihappo-:/· virran lämpötila. Tämä johtaa ympäristöllisesti hyväk- syttäviin rikkitrioksidin ja happosumun tasoihin.

.. Toinen rikkihappovirta jakolaitteesta 21 on tun- *.* netun vahvuista ja lämpötilassa noin 80°c, ja se syöte- !:* 35 tään lämmönsiirrolla, käyttäen ylöspäin virtaavaa kaasua, 14 81773 sellaisena määränä, että lämpötila kohoaa ylemmässä vyöhykkeessä lämpötilaan, joka on suurin piirtein sama kuin jakolaitteesta 18 sisääntulevan kaasun lämpötila, ja samanaikaisesti kaasua jäähdytetään riittävästi. Edul-5 lisessa absorptiotornissa jakolaitteen 21 läpi kulkevan hapon virtausmäärä on suuruusluokkaa 10 % kokonaishappo-virrasta. Kokonaishappovirtaus alemman vyöhykkeen 19 läpi sovitetaan vastaamaan rikkitrioksidin absorptiota ja energian talteenottomenetelmässä syntyvää hapon lämpöti-10 lan kohoamista ja materiaalien korroosion huomioon ottamista.

Happo, joka tulee vyöhykkeistä 19 ja 20, virtaa alemman vyöhykkeen läpi absorberin pohjalle, josta se otetaan talteen. Esitetyssä suoritusmuodossa tämä hyvin 15 kuuma, yhdistynyt happo laimennetaan vedellä, mistä kehittyy eksotermistä laimennuslämpöä. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa laimentimena voi toimia laimea rikkihappo.

Hyvin kuuma, laimennettu happo virtaa lämmönsiirtimeen 31 lämpötilassa, joka on riittävä, jotta saataisiin mak-20 simikorkeatasoista energian siirtoa, joka on saatavissa happosysteemistä, samalla kun muodostuu lopputuloksena kuumaa rikkihappoa (noin 140°C). Suuri osa tästä kuumasta haposta kierrätetään takaisin jakolaitteeseen 19 ja pienempi osa jäähdytetään valikoivasti (noin 80°C) ja 25 syötetään ylempään vyöhykkeeseen 20, jakolaitteen 21 läpi. Sopiva tuotteen poisto suoritetaan linjasta 34, jääh-dytysvaiheen jälkeen.

Edullinen absorptiolaitteisto, joka tässä edellä on kuvattu, vastaa primaarista tai välillä toimivaa ab-30 sorberia, jota käytetään ja joka on mitoitettu 2 000 STPD:n rikkiin perustuvaan rikkihappolaitteistoon. Torni ottaa . vastaan rikkitrioksidikaasuvirran lämpötilassa 170°C, jo ka on saatu 93 %:sti muutetusta 11,5 % rikkidioksidivir-rasta.

35 Yhteinen uudelleenkierrätettävä happovirtaus, jon ka kokonaismäärä on 4 000 USGPM, menee torniin sisään kah-

II

is 81773 tena virtana, suurempi virta alempaan täytteiseen vyöhykkeeseen, 3 600 USGPM:nä ja lämpötilassa noin 140°C, ja pienempi virtaus ylempään vyöhykkeeseen 400 USGPM:nä ja lämpötilassa noin 80°C. Ylemmästä täytteestä vyöhyk-5 keestä lähtevän hapon lämpötila on noin 140°C, ja yhdistetyn, erittäin kuuman hapon, joka poistuu alemmasta täytteisestä vyöhykkeestä ennen laimennusta, lämpötila on noin 175°C ja se on 99,2 %, ja vedellä laimentamisen jälkeen se on 98,5 % ja lämpötilaltaan noin 180°C. Erit-1Q täin kuuma, yhdistynyt happo jäähdytetään noin 140°C:seen. Erittäin kuumaan happoon lisättävän veden määrä on ekvi--valenttinen absorboidun rikkitrioksidin ja happotuotteen poiston kanssa.

Rikkitrioksidin absorptiotehokkuus on enemmän kuin 15 99,99 %.

Alla oleva taulukko antaa tiedoksi edullisen suoritusmuodon (I) laitteiston ja menetelmän rakenteet ja käyttöominaiston, ja vertailun vuoksi tunnetun tornin (II), jota ei ole suunniteltu korkeaenergian talteenottoa 2Q varten.

\ (I) (II) • Tornin halkaisija (ID-tiili) 20 ft 20 ft

Tornipäällyksen syvyys: - alempi vyöhyke 7,5 ft 14 ft 25 “ ylempi vyöhyke 6,0 ft vain 1 vyöhyke) - päällyksen koko 3"-kannat- 3"-kannattimia timia/ l"-kannat- timia

Kaasupuolen paineen alenema 5" WC 3,5" WC

3q - Happovirtaus jakolaittee-seen:

·, - huippuun 400 USGPM 4000 USGPM

- pohjalle 3600 USGPM (vain 1 vyöhyke) - Kaasun lämpötila:

- pöhjavyöhykkeessä 14Q°C

35 - huipun vyöhykkeessä 80°C 80°C

» · 16 81 773 - Energian poisto - korkea lämpötila 90 x 10^ BTU/h - matala lämpötila 17,1 x 10^ BTU/h 107/106 BTU/h 5 Mainitut kaksi tornia on varustettu pääasiallises ti samanlaisilla happopumpuilla, säiliöillä ja kaasulin-joilla.

Taulukko osoittaa, että 84 % lämmöstä on kehittynyt kohotetussa lämpötilassa, 1,5" WC:n kustannuksella, 10 mikä vastaa 2000 STPDrn tehdaslaitoksessa 25-30 kW:n tehoa, mikä on merkityksetöntä verrattuna siihen, että energian talteenotto on nostettu 20 000 kW:iin.

Vaihtoehtoisissa suoritusmuodoissa voidaan käyttää muita mainittuja materiaaleja kuin tiilillä vuorat-15 tua, korroosionkestävää terästä, materiaalien ollessa sellaisia, että ne toimivat vastustavasti. Esimerkiksi voidaan käyttää "SARAMET"-austeniittista terästä anodi-sella suojauksella tai ilman sitä.

Il

Claims (8)

17 81 773

1. Menetelmä väkevän rikkihapon valmistamiseksi kuumasta, rikkitrioksidia sisältävästä kaasuvirrasta, 5 tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: (a) kaasuvirta syötetään alempaan täytekappaleita sisältävään absorptiovyöhykkeeseen (19), joka sijaitsee absorptiotornissa (10); (b) ensimmäinen rikkihappovirta syötetään alempaan 10 absorptiovyöhykkeeseen (19) rikkitrioksidin pääosan absor- boimiseksi kaasuvirrasta ensimmäiseen rikkihappovirtaan, jolloin muodostuu ensimmäinen rikkihapolla rikastettu virta ja rikkitrioksidiköyhä kaasuvirta; (c) rikkitrioksidiköyhä kaasuvirta syötetään ylem- 15 pään, täytekappaleita sisältävään absorptiovyöhykkeeseen (20), joka sijaitsee alemman absorptiovyöhykkeen (19) yläpuolella tornissa (10); (d) toinen rikkihappovirta syötetään ylempään absorptiovyöhykkeeseen (20) oleellisesti kaiken rikkitriok- 20 sidin absorboimiseksi, joka on jäljellä rikkitrioksidi-köyhässä kaasuvirrassa, jolloin muodostuu toinen rikkiha-polla rikastettu virta ja oleellisesti rikkitrioksidiva-paa kaasuvirta; jolloin toisen rikkihappovirran alkulämpö-\ tila on alhaisempi kuin ensimmäisen rikkihappovirran läm- 25 pötila; ja jolloin toinen rikkihappovirta syötetään ylem-*"* pään absorptiovyöhykkeeseen (20) suhteellisesti pienempänä määränä kuin minä määränä ensimmäinen rikkihappovirta syö-.*.* tetään alempaan absorptiovyöhykkeeseen (19); (e) toinen rikkihapolla rikastettu virta syötetään 30 alempaan absorptiovyöhykkeeseen (19), jossa se yhdistetään ensimmäiseen rikkihapolla rikastettuun virtaan, jolloin muodostuu yhdistetty rikkihappovirta; (f) yhdistetty rikkihappovirta otetaan talteen; ja (g) yhdistetty rikkihappovirta jäähdytetään. '· 35 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, is 81773 tunnettu siitä, että toinen rikkihappovirta syötetään ylempään absorptiovyöhykkeeseen (20) sellaisena määränä, että rikkitrioksidivapaa kaasuvirta jäähtyy riittävästi ja toisen rikastetun rikkihappovirran lämpötila on 5 samaa suuruusluokkaa kuin ensimmäisen rikkihappovirran lämpötila.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen rikastetun rikkihappo-virran lämpötila on 120-150°C.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että ensimmäinen rikkihappovirta koostuu pääosasta uudelleenkierrätettyä, jäähdytettyä, yhdistettyä rikkihappovirtaa, ja toinen rikkihappovirta koostuu pienemmästä osasta uudelleenkierrätettyä, jäähdy- 15 tettyä, yhdistettyä rikkihappovirtaa, ja että mainittua pienempää osaa jäähdytetään edelleen selektiivisesti.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdistetty rikkihappovirta laimennetaan vedellä tai laimealla rikkihapolla ennenkuin 20 yhdistetty rikkihappovirta jäähdytetään.

6. Laitteisto rikkitrioksidin absorboimiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää ·. (a) vaipan (11); (b) vaipan (11) alemmassa osassa sijaitsevan täyte- 25 kappaleita sisältävän alemman rikkitrioksidin absorptio- vyöhykkeen (19); (c) alemman absorptiovyöhykkeen (19) yläpuolella sijaitsevan täytekappaleita sisältävän ylemmän rikkitrioksidin absorptiovyöhykkeen (20), 30 (d) välineet (18) ensimmäisen rikkihappovirran syöttämiseksi alempaan absorptiovyöhykkeeseen (19), : (e) välineet (13,17) kuuman, rikkitrioksidia sisäl- tävän kaasuvirran syöttämiseksi alempaan absorptiovyöhykkeeseen (19), jossa muodostuu kaasuvirta, josta rikkitri-/ 35 oksidia on poistettu; 11 19 81 773 (f) välineet rikkitrioksidiköyhän kaasuvirran syöttämiseksi ylempään absorptiovyöhykkeeseen (20); (g) välineet (21) toisen rikkihappovirran syöttämiseksi ylempään absorptiovyöhykkeeseen (20) ja sitten 5 alempaan absorptiovyöhykkeeseen (19); (h) välineet (14) kuuman yhdistetyn rikkihapon tal-teenottamiseksi alemmasta absorptiovyöhykkeestä (19), (i) lämmönvaihtimen (31) yhdistetyn rikkihapon jäähdyttämiseksi; ja 10 (j) välineet (32) jäähdytetyn, yhdistetyn rikkiha pon keräämiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää välineet jäähdytetyn, yhdistetyn rikkihapon pääosan uudelleenkier- 15 rättämiseksi alempaan absorptiovyöhykkeeseen (19), väli neet jäähdytetyn, yhdistetyn rikkihapon pienemmän osan uudelleenkierrättämiseksi ylempään absorptiovyöhykkeeseen (20) ja välineet (33) jäähdytetyn, yhdistetyn rikkihapon pienemmän osan edelleen jäähdyttämiseksi selektiivi-20 sesti.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, ··. tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää välineet "*· kuuman, yhdistetyn rikkihapon laimentamiseksi vedellä tai laimealla rikkihapolla ennenkuin se jäähdytetään lämmön-25 vaihtimessa (31). 20 81 773