FI92576B - Rikkihappomenetelmä ja laitteisto - Google Patents

Description

92576

Rikkihappomenetelmä ja laitteisto

Keksinnön ala

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää rikkihapon 5 valmistamiseksi haponkestävää materiaalia, yleensä lasia olevissa oleellisesti pystysuorissa putkissa lauhduttamalla rikkihapon höyryjä. Sen tarkoituksena on taata se, että pienet rikkihapon pisarat (happosumu) saadaan kootuksi erityiseen suodattimeen. Lauhtunut rikkihappo valuu alas-10 päin putkien läpi ja kootaan lähellä niiden alapäätä. Keksintö koskee myös laitteistoa menetelmän käyttämiseksi.

Menetelmä on erityisen sopiva rikkidioksidin poistamiseksi pasutusprosesseista ja hyörykattiloista ja voimalaitoksista poistuvista savukaasuista kaasussa olevien 15 rikkidioksidipitoisuuksien ottamiseksi talteen väkevän rikkihapon muodossa, mutta menetelmä soveltuu myös rikkihapon valmistamiseen kaasuista, jotka sisältävät rikin oksideja 10 %:in asti.

Laitoksia, jotka periaatteessa kuuluvat nykyiseen 20 yleiseen tyyppiin rikin poistamiseksi ja samanaikaisesti NOx:n poistamiseksi savukaasuista, on esittänyt mm. P. Schoubye ja muut julkaisussa "Processing and utilization of High Sulfur Coals II", Chugh et ai (toimittajat) Elsevier 1987, ja US-patenttihakemuksessa nro. 924 621.

: 25 Putkien sisäläpimitta on tyypillisesti 25 - 60 mm ja tehokas jäähdytyspituus 120 - 150 kertaa putken sisäläpimitta. Tällaisten putkien lukumäärä riippuu kyseessä olevan laitoksen koosta. Voimalaitoksessa, jonka teho on 300 MW, lukumäärä on suuruusluokkaa 60 000.

30 Keksinnön tausta

On jo kauan ollut tunnettua, että jäähdyttämällä ja lauhduttamalla rikkihapon höyryjä ilmassa ja vesipitoista höyryä (vesihöyryä) sisältävässä ilmassa muodostuu rikki-happosumua, s.o. rikkihapon pienen pienten pisaroiden muo-35 dostamaa aerosolia. US-patenttijulkaisussa nro 2 017 676 »· 2 92576 on ehdotettu happosumun muodostumisen vastustamista jäähdyttämällä kaasua, joka sisältää S03, H2S04-höyryä ja H20, pystysuorassa, ahtaissa keraamisissa putkissa, joita ympäröi hiekkakerros, jonka tarkoituksena on viivyttää kaasun 5 jäähtymistä, sekä ulompi metalliputki; jäähdyttävää ainetta, edullisesti vettä on kosketuksessa metalliputkien ulkopinnan kanssa. Tällä tavalla on mahdollista saada ainoastaan konsentraatioltaan alhaista rikkihappoa ja putkien yläpäästä poistunut kaasu sisältää enemmän happosumua 10 kuin mitä nykyiset ympäristövaatimukset sallivat.

DK-patenttijulkaisussa nro 145 457 (vastaa US-pa-tenttia nro 4 348 373) esitetään menetelmä väkevän rikkihapon valmistamiseksi kaasuista, jotka sisältävät S03 ja ylimäärin H20. Kaasu jäähdytetään ja rikkihappo lauhdute-15 taan ja väkevöidään kahdessa vaiheessa absorptiotornissa, joka sisältää täytekappaleita. Alimmassa vaiheessa kulkee syötetty kaasu ylöspäin vastavirtaan lauhtuneen hapon suhteen, jonka konsentraatio tämän johdosta suurenee. Seuraa-vassa vaiheessa rikkihappohöyry absorboituu rikkihappoon, 20 jota kierrätetään takaisin täytekappaleita sisältävän kerroksen läpi. Rikkihapposumun pitoisuus pidetään alhaalla säätämällä määrätyllä tavalla sitä lämpötilaa, jossa kiertoon palautettu happo poistetaan tornista. Tämän patenttijulkaisun mukaan poistetaan jäljellä oleva happosumu ab-.25 sorptiovyöhykkeen jälkeen sijoitetussa aerosolisuodatti-messa. Suodatin on "hidasnopeuksinen" suodatin, joka toimii siten, että lineaarinen nopeus on alle 1 m/s ja pai-neenalennus yli 20 - 30 millibaaria.

DK-patenttihakemuksessa nro 1 361/82 (vastaa GB-30 patenttijulkaisua nro 2 117 368) esitetään menetelmä rikkihapon valmistamiseksi tässä julkaisussa kuvatussa rikki-happotornissa. Torni on rakennettu putkityyppiseksi läm-mönvaihtimeksi, jossa on kaksi vaakasuoraa putkiseinää ja ryhmä pystysuoria, haponkestäviä putkia, jotka ulottuvat

II

3 92576 alemman putkiseinän alapuolella olevaan sisääntulo-osastoon.

Lyhyt piirustusten selitys Tätä tunnettua menetelmää samoin kuin esillä olevaa 5 keksintöä selostetaan helpoimmin viittaamalla piirustuksiin, joiden kuvio 1 esittää tekniikan nykyistä tasoa tällä tekniikan alueella.

Piirustuksissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti laitteistoa GB-pa-10 tenttijulkaisussa nro 2 117 368 esitetyn ja patentoidun menetelmän suorittamiseksi, kuvio 2 esittää kaavamaisesti koelaitteistoa, jossa on suoritettu esillä olevan keksinnön mukaiseen menetelmään kohdistuvia kokeita, 15 kuviot 3 ja 4 esittävät keksinnön mukaisessa mene telmässä käytettäväksi tarkoitettuja kahta erilaista aerosoli suodattimien toteutusmuotoa, ja kuvio 5 esittää käyriä, jotka edustavat rikkihapon kastepistettä kaasuille, jotka sisältävät vastaavasti 1 ja 20 2 miljoonasosaa rikkihappohöyryä, funktiona kaasussa ole vasta vesipitoisen höyryn pitoisuudesta.

Tekniikan tason tarkastelu GB-patenttijulkaisusta nro 2 117 368 tunnetussa prosessissa (katso kuviota 1) johdetaan kuuma kaasuvirta, : 25 jonka lämpötila on 240 - 330 eC ja joka sisältää enintään 10 tilavuus-% S03 50 % H20 (tilavuus-%:eina), ja jossa suhde (tilavuus-% H20)/tilavuus-% S03) > 1, osastosta 2 ylöspäin haponkestävien putkien 7 läpi, jotka on ulkopuolises-ti jäähdytetty ilmalla siten, että se saa rikkihapon lauh-30 tumaan nestekalvoksi, joka virtaa alaspäin putken sisäsei-nämiä pitkin. Jäähdytysilma johdetaan laitteiston läpi periaatteessa vastavirtaan putkissa olevaan, rikkihappoa sisältävään kaasuun nähden, s.o. johtamalla jäähdytysilma, jota syötetään sisään kohdassa 12, vyöhykkeittäin alaspäin 35 ylhäältä vastavirtaan putkien ohi monien vyöhykkeiden 4 92576 kautta, joita erottavat vaakasuorat ohjauslevyt 9. Jotta vältettäisiin suurten happosumumäärien muodostuminen putkista poistuvaan kaasuun, niin määrätään, että tornista poistuvan jäähdytysilman lämpötilan (TA2) tulee täyttää 5 seuraava ehto

(4) TA2 >125 + 6α + β + 0,2 () °C

jossa a on S03 + H2S04-höyryn konsentraatio tilavuus-%:eina 10 torniin syötetyssä kaasussa, β on vesihöyryn konsentraatio tilavuus-%:eina samassa syötetyssä kaasussa, T2 on saman syötetyn kaasun lämpötila °C:ina; Td on rikkihappohöyryn kastepiste samassa syöttökaasussa, ilmaistuna *C:ina.

Kuviossa 1 tarkoittaa viitenumero 1 tuloputkea, 15 jossa on haponkestävä vuoraus. Alemman ja ylemmän putki-seinän 5 ja 6 välissä oleva putkien 7 osa on lauhdutusvyö-hykettä ja putkien sisäläpimitta on tyypillisesti 25 -50 mm; ne on valmistettu aineesta, jonka lämmönjohtokyky on vähintään 0,5 kcal/(m.h. °C), käytännössä lasista, 20 jonka johtokyky on noin 1,1 kcal/(m.h. °C). Jäähdytysilma tulee laitteistoon tulokohdan 12 kautta, putkista poistuva poistokaasu jättää laitteiston kokoomaosaston 16 kautta putken 15 läpi. Jäähdytysilmaa ohjaavat ohjauslevyt 9 vuorotellen poikittaisessa ja alaspäin tapahtuvassa virtaus-. 25 suunnassa poistoaukkoihin 13, 14, jotka voidaan avata ja sulkea tarpeen mukaan. T2 on putkista poistuvien kaasujen poistumislämpötila.

GB-patenttijulkaisusta nro 2 117 368 (DK-hakemus nro 1 361/82) tunnettu menetelmä käsittää useita tässä 30 selostettuja etuja verrattuna US-patentin 4 348 373 menetelmään; merkittävintä on se, että kaasun jäähtymisestä ja rikkihapon lauhtumisesta kehittynyt lämpö käytetään hyväksi ilman tai kaasun esikuumennukseen, kun taas tämä huomattava lämpömäärä menetetään jäähdytysveteen US-patentin

II

5 92576 4 348 373 mukaisessa menetelmässä. On kuitenkin olemassa myös eräitä puutteita.

Ensinnäkin, käytettäessä mainittua menetelmää ei voida saavuttaa happosumun (rikkihapon pienten pisaroiden) 5 konsentraatioita, jotka ovat alle noin 25 miljoonasosaa H2S04 (109 mg H2S04/Nm3) käyttämällä sellaisia putkia, joiden sisähalkaisija on noin 30 mm tai suurempi, kun taas rakenteellisista ja taloudellisista syistä on edullista käyttää putkia, joiden sisähalkaisija on 35 - 40 mm ja 10 ulkohalkaisija on 40 - 45 mm, varsinkin suurissa laitoksissa. Lisäksi on todettu toistamalla mainitun julkaisun taulukossa ilmoitettuja mittauksia, että happosumun pitoisuus lasiputkien jälkeen voi olla toisinaan suurempi kuin kaksi kertaa niin suuri kuin se mikä taulukossa on esitet-15 ty muutoin samanlaisissa koeolosuhteissa.

Toiseksi, rikkihapon pienten pisaroiden pitoisuus poistokaasussa suurenee, jos kaasun lineaarinen nopeus putkissa suurennetaan arvosta 5 m/sekunti, kuten mainitaan julkaisussa, esim. arvoon 8 m/sekunti samanaikaisesti kun 20 putkien pituus suurennetaan 6 metriksi, kysymyksen ollessa putkista, joiden sisähalkaisija on 36 mm, tarkoituksella saada lämmönvaihtopinta, joka tarvitaan vaadittujen T2- ja TA2-arvojen saavuttamiseen. Kuormituksen tällainen suurentaminen jokaista putkea kohti, jonka sisähalkaisija on ; 25 36 mm, arvosta noin 9 Mm3/h syöttökaasua esim. arvoon 17 Nm3/h on hyvin toivottavaa, koska kuviossa 1 esitetyn tornin hinta riippuu suuresti ainoastaan tornissa olevien putkien lukumäärästä ja sen vuoksi tornin kokonaispoikki-leikkauspinnasta, kun taas ylimääräiset kustannukset, joi-30 hin sisältyvät putkien pidentäminen ja kuhunkin putkeen syötettävän kaasumäärän suurentaminen ovat hyvin pienet.

Kolmanneksi, on huomattu, että happosumun pitoisuus putkista poistuvassa kaasussa suurenee, jos syöttökaasussa olevan rikkihappohöyryn pitoisuus pienenee alle 1 tila-35 vuus-%:in H2S04. H2S04:n pitoisuuden ollessa 0,1 tilavuus-% 6 92576 tai sitä alempi pääosa kaasussa olevasta rikkihapon pitoisuudesta poistuu tällöin poistokaasun pienten pisaroiden muodossa siinäkin tapauksessa, että kaavan (4) mukaisia lämpötilaehtoja noudatetaan. Koska GB-patenttijulkaisun 5 nro 2 117 368 mukainen menetelmä on erittäin merkittävä erityisesti rikin poistamiseksi savukaasuista (katso US-patenttihakemusta nro 924 621), on tärkeää parantaa sitä sillä tavalla, että poistokaasu sisältää pieniä rikkihapon pisaroita määrissä, jotka ovat alle noin 40 mg H2S04/Nm3 10 (mikä vastaa noin 9 miljoonasosaa H2S04), mikä ympäristölliset seikat huomioonottaen on yleensä määrätty maksimi.

Menetelmä happosumun (rikkihapon pienten pisaroiden) poistamiseksi putkien jälkeen, joka menetelmä on periaatteessa tunnettu DK-patenttijulkaisusta nro 145 457 15 (US 4 348 373), käsittää poistokaasun suodattamisen aero-solisuodattimessa, joka on tavallinen kaikissa lasiputkissa kuviossa 1 esitetyssä tornissa. Täytteellä varustetussa tornissa tapahtuneen rikkihappohöyryjen lauhtumisen jälkeen jäljellä oleva happosumun pitoisuus poistetaan "hi-20 dasnopeuksisessa" aerosolisuodattimessa. Tällaisia aeroso-lisuodattimia käytetään tyypillisesti tavallisissa rikkihapon valmistuslaitoksissa ja niitä tarvitaan sellaisten pisaroiden poistamiseen, joiden koko on pienempi kuin 1 pm. Hidasnopeuksista suodatinta, joka tyypillisesti : 25 koostuu sellaisten säikeiden tai kuitujen langoista, joi-den halkaisija on alle 0,05 mm, käytetään lineaarisella kaasun nopeudella, joka on alle 1 m/sekunti ja se aiheuttaa paineen alentamisen, joka on yli 20 - 30 millibaaria. Tällaisen aerosolisuodattimen käyttäminen putkista poistu-30 van kaasun puhdistamiseen aiheuttaisi hankaluuksia suodattimen koon vuoksi ja myös sen vuoksi, että tapahtuisi ylimääräistä paineen alenemista. Suodattimessa erotettua happoa, jonka väkevyys on noin 75 % H2S04, ei sitä paitsi voitaisi käytännössä palauttaa takaisin kiertoon ja jakaa 35 putkiin. Tämä saattaisi aiheuttaa vielä kaksi vakavaa

II

7 92576 haittaa, nimittäin ensiksi sen, että suodattimessa erotettu happo (joka "laihoja" kaasuja (savukaasuja) käsiteltäessä voisi muodostaa pääosan hapon tuotannosta) olisi väkevöitävä sisältämään aina 93 - 96 %:in asti H2S04 eril-5 lisen laitoksen avulla; ja toiseksi olisi vaikeata pitää putket puhtaina liasta, joka muuten huuhtoitui pois takaisin putkien läpi virtaavan rikkihapon mukana.

Lyhyt keksinnön kuvaus

Keksinnön kohteena on tarjota menetelmä edellä mai-10 nittujen haittojen korjaamiseksi, joita esiintyi menetelmissä, jotka ovat tunnettuja DK-patenttijulkaisusta nro 145 457 ja GB-patenttijulkaisusta nro 2 117 368.

Yllättäen on huomattu, että happosumun, s.o. hapon pienien pisaroiden määrä putkien poistokohdassa olevassa 15 kaasussa voidaan alentaa H2S04:n pitoisuuteen, joka on alle 40 mg/Nm3, verraten pienessä "suurinopeuksisessa" aerosoli-suodattimessa, jonka muodostavat säikeet tai kuidut, joiden halkaisija on 0,05 - 0,5 mm, sovitettuna jokaiseen putkeen, kaasun nopeuksien ollessa 2-6 m/sekunti (las-20 kettuna vaikuttavassa paineessa ja korjaamatta suodattimen absorboiman tilavuuden osalta) paineen alenemisen suodattimen läpi ollessa välillä 2-20 millibaaria (mbar), usein välillä 4-10 mbar, sellaisissa olosuhteissa, että seuraavat lämpötilayhtälöt toteutuvat: 25

(1) TA2 > TA2* = Td - 30 - 10a eC

(2) T2 < T2* (3) T2 - TAX < 90 °C (edullisesti < 85 eC) 30 joissa symboleilla Td, T2 ja a on edellä määritellyt merkitykset, TAX ja TA2 ovat vastaavasti jäähdytysilman sisään-tulolämpötila ja poistumislämpötila, TA2* on laskettu lämpötila, jonka yhtälö (1) määrittelee, ja T2* on lämpötila, jossa H2S04:n höyryn lämpötila vastaa kahta miljoonasosaa 35 H2S04-höyryä putkista poistuvassa kaasussa. Kaikki lämpöti- 8 92576 lat on ilmoitettu °Cteinä ja T21 on normaalisti välillä 100 - 125 eC, riippuen H20:n osapaineesta kaasussa siten kuin kuviossa 5 on esitetty. Erottunut rikkihappo virtaa takaisin putkeen ja poistuu siitä lähellä sen pohjaa väke-5 vöityneen rikkihapon muodossa.

Elleivät nämä olosuhteet sisääntulo- ja poistumis-lämpötilojen osalta ole toteutettu, ei happosumua voida poistaa mainituilla yksinkertaisilla, suurinopeuksisilla aerosolisuodattimilla.

10 Niinpä keksintö koskee menetelmää rikkihappohöyry- jen lauhduttamiseksi ja rikkihapon pienten pisaroiden ottamiseksi talteen oleellisesti pystysuorissa, haponkestä-vää ainetta olevissa putkissa kaasuista, jotka sisältävät 0,01 - 10 tilavuus-% H2S04-höyryä ja 0 - 50 tilavuus-% H20-15 höyryä, jolloin rikkihappopitoista kaasua johdetaan put kiin alhaaltapäin lämpötilassa, joka on 0 - 100 °C tässä kaasussa olevan rikkihapon kastepisteen yläpuolella, ja jäähdytetään kaasun kulkiessa putkien läpi ylöspäin pois-tumislämpötilaan T2, joka on alempi kuin se lämpötila, jos-20 sa H2S04:n höyrynpaine on noin 2 x 10'6 baaria tasapainotilassa putkien yläpäässä olevassa poistokohdassa vallitsevan vesipitoisen höyryn (vesihöyryn) osapaineen kanssa, jolloin putkia jäähdytetään ulkopuolelta kaasumaisella väliaineella, joka virtaa oleellisesti vastavirtaan rikki-; 25 happopitoiseen kaasuun nähden, ja lauhtuva rikkihappo virtaa alaspäin putkien läpi jäähdytyksen aikana.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista: (i) kuumennetaan kaasumaista väliainetta jäähdytyksen aikana sisääntulolämpötilasta TA2, joka on 0 - 50 eC, poistu-30 mislämpötilaan TA2 °C toteuttamalla yhtälöiden (1) ja (3) ehdot, joissa kaavoissa Td on putkiin johdetun, rikkihappoa sisältävän kaasun rikkihapon kastepiste, ilmaistuna °C:eina, ja a on H2S04:n tilavuus-%, laskettuna olettamalla, että S03 on täysin hydratoitunut, ja (ii) johdetaan 35 jokaisesta putkesta poistuva kaasu suurinopeuksisen aero-

II

9 92576 solisuodattimen läpi kaasun nopeuden ollessa 1-7 m/se-kunti, joka suodatin on sovitettu kaasutiiviiseen yhteyteen jokaisen putken yläpäähän ja käsittää kuituja tai säikeitä, joiden halkaisija on 0,05 - 0,5 mm, jolloin säi-5 keitä ja kuituja on läsnä määrältään, kerrospaksuudeltaan ja rakenteeltaan sellaisina, että paineen aleneminen suodattimen läpi on välillä 2-20 millibaaria.

Keksintö koskee myös laitteistoa kuvatun menetelmän suorittamiseksi. Laitteisto käsittää yhden tai useamman 10 kimpun haponkestävää materiaalia olevia, oleellisesti pystysuoria putkia, joista jokainen putki on varustettu kaasun sisääntulokohdalla sen alapäässä, kaasun poistokohdal-la sen yläpäässä sekä hapon poistokohdalla lähellä pohja-päätä, jolloin mainitut putket ulottuvat jäähdytysvyöhyk-15 keen läpi, jonka pituus on 120 - 125 kertaa putken sisälä-pimitta, ja laitteisto on varustettu vastaavasti sen yläpäässä ja alapäässä kaasumaisen jäähdytysaineen sisääntu lo- ja poistojohdolla, jota väliainetta johdetaan vastavirtaan putkissa virtaavaan kaasuun nähden; keksinnön mu-20 kaan jokaisen putken sisäläpimitta on 25 - 60 nm ja jokainen putki on varustettu suurinopeuksisella aenosolisuodat-timella, joka on sovitettu kaasutiiviiseen yhteyteen putken yläpään kanssa, jolloin mainittu suodatin käsittää kuituja tai filamentteja, joiden halkaisija on 0,05 -: 25 0,5 mm ja joiden määrä, kerrospaksuus ja konfiguraatio ovat sellaiset, että paineen aleneminen suodattimessa kaasun nopeuden ollessa 1-7 m/s on 2 - 20 mbaaria.

Lämmönsiirtoarvon parantamiseksi voidaan keksinnön mukaisen laitteiston putkien sisäpuolelle sovittaa hapon-30 kestävää ainetta oleva nuora, jonka paksuus on 2 - 7 mm ja joka on kierretty kierukan muodostamiseksi, jonka ulkolä-pimitta on 90 - 100 % putken sisäläpimitasta ja kierteen nousu on 20 - 200 mm kierrosta kohti.

92576

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Keksinnön valaisemiseksi on suoritettu sarja kokeita kuviossa 2 esitetyssä koelaitoksessa. Se käsittää vain yhden putken ja sen kapasiteettina on käsitellä enintään 5 20 Nm3/h kaasua, joka sisältää rikkihappoa ja joka on val mistettu ottamalla ilmaa huoneesta puhaltimen 20 avulla, kuumentamalla ilmaa sähkökuumentimessa 22 ja sekoittamalla se vesihöyryn ja kaasumaisen S02:n kanssa toivotun kaasu-koostumuksen saamiseksi. Kaasuseosta kuumennetaan edelleen 10 noin 420 °C:seen sähkökuumentimessa 24, jonka jälkeen se johdetaan katalyyttisen reaktorin 26 läpi, jossa noin 96 % kaasussa olevasta S02:n pitoisuudesta hapetetaan muotoon S03 tunnetun tyyppisen rikkihapon katalysaattorin avulla, joka sisältää vanadiinia ja kaliumia aktiivisina kompo-15 nentteina. Tämän jälkeen kaasu jäähdytetään lämmönvaihti-messa 28 noin 250 °C:seen (T3) ennen sen johtamista rikkihapon lauhduttimeen, joka käsittää yhden ainoan lasiputken 30, jonka pituus on 6 metriä ja sisäläpimitta 36 mm ja ulkoläpimitta 40 mm. Lasiputki on pituutensa yläpäästä 20 lukien ympäröity 5,4 metrin pituudelta suuremmalla putkella 32, jonka läpi johdetaan jäähdytysilmaa puhaltimesta 34, mikä saa putkessa 30 olevan kaasuvirran jäähtymään sen kulkiessa vastavirtaan ulommassa putkessa olevaan ilmavirtaan nähden. Ulompi putki on eristetty 100 mm:n paksuisel-; 25 la mineraalivillakerroksella. Jäähdytysilmaa voidaan johtaa jonkin kautta monista venttileistä 36, 38, 40 ja 42; tällöin jäähdytetyn vyöhykkeen pituudeksi voidaan säätää vastaavasti 5,4, 4,95, 4,55 tai 4,05 metriä. Jäähdytysil-man virtausolosuhteet sovitetaan sellaisiksi, että lämmön-30 siirtoarvo (hv)(= heat transmission value) putken ulkosivulla on sama kuin vastaavassa putkessa tehdaslaitoksessa, jossa jäähdytysilma kulkee putkiryhmän läpi ristivirtauk-sena ja jossa on tyypillisesti 6 osastoa, ja vastavirtai-sesti siten kuin kuviossa 1 on esitetty. Lämmönsiirtoarvo 35 on tyypillisesti 70 W/m2/°C putken ulkosivulla ja li 11 92576 30 W/m2/°C sisäsivulla, kun taas vastus lämmönsiirtoa vastaan lasiseinämässä on merkityksetön.

Kuten mainittiin, paranee lämmönsiirtoarvo putkessa, jos se sisältää koko pituudeltaan kierukan, joka on 5 muodostettu nuorasta, jonka paksuus on 2 - 7 mm, jonka kierukan ulkoläpimitta on sama tai hiukan pienempi kuin putken sisäläpimitta ja sen kierteen nousu on sopiva. Tämä johtuu siitä seikasta, että kierukka suurentaa putken läpi virtaavan kaasun turbulenssia lisäämättä happosumun määrää 10 ja estämättä hapon virtaamista takaisin alaspäin putken läpi. Kierukka tarjoaa siis mahdollisuuden suurentaa kaa-sunsyöttöä putken läpi suurentamatta viimemainitun pituutta. Kokeissa käytettiin kierukkaa, jonka ulkohalkaisija oli 35 mm ja kierteen nousu 120 mm kierrosta kohti.

15 Toisissa kokeissa on huomattu, että muiden välinei den sisällyttämisestä turbulenssin lisäämiseksi putkessa, esim. ketjun, ruuvin tai spiraalin sisällyttämisestä, joiden poikittainen ulottuvuus on oleellisesti pienempi kuin putken sisähalkaisija, on tuloksena happosumun suurentunut 20 vuotaminen putken 30 yläpäässä olevan suodattimen 44 läpi; tällaiset välineet eivät sen vuoksi ole sopivia lämmön-siirtyrnisarvon parantamiseksi putkissa.

Kokeet suoritetaan kahdella erityyppisellä suodattimena 44, joita on täydellisemmin luonnehdittu patentti- : 25 vaatimuksissa 2 - 4. Ensinmainittu suodatin on esitetty « kuviossa 3 ja siitä käytetään seuraavassa nimitystä tyyppiä A oleva suodatin, kun taas toinen on esitetty kuviossa 4 ja sitä kutsutaan tyyppiä B olevaksi suodattimeksi.

Tyyppiä A oleva suodatin käsittää lieriömäisen la-30 siputken, josta jäljempänä käytetään nimitystä suodatin-patruuna 50 ja jonka sisähalkaisija on 46 mm ja pituus 200 mm. Suodatinpatruunan 50 alaosassa on kaulaosa 52, jonka ulkoläpimitta on 40 mm; ulkopuolisen tiiviisti so-vittuvan, polytetrafluorietyleeniä olevan hoikin 54 avulla 35 se on yhdistetty lasiputkeen 30, jolla on sama ulkoläpi- 12 y 2 5 7 6 mitta. Suodatinpatruunan läpi tapahtuva paineen aleneminen mitataan haaraputken 56 avulla, joka on viety hoikin läpi. Suodatusainetta 58 on sovitettu suodatinpatruunan sisään; se käsittää fluorimuovia olevia säikeitä, joiden paksuus 5 on 0,3 mm ja jotka on kudottu nauhan muoton, jonka leveys on noin 160 mm, jolloin nauha on kääritty rullalle niin, että se sopii patruunan sisään. Tämän rullan halkaisija on sama kuin suodatinpatruunan sisähalkaisija. Säiemateriaa-lia on noin 7 % rullan tilavuudesta. Kun kaasussa läsnä-10 olevat pienet rikkihapon pisarat liikkuvat ylöspäin rullan läpi, niin pienet pisarat tarttuvat kiinni ja agglomeroi-tuvat muodostaen suuria pisaroita, jotka virtaavat alaspäin vastavirtaan kaasuun nähden ja kulkevat edelleen alaspäin lasiputkessa.

15 Suodatintyyppi B on sellainen säteettäinen suodatin kuin kuviossa 4 on esitetty ja se käsittää haponkestävää ainetta olevan rei'itetyn lieriön 60, jonka ulkoläpimitta on noin 24 mm ja rei'itetyn vyöhykkeen pituus on 40 mm. 10 kerrosta kudottua suodatinkangasta 62, joka on valmistettu 20 kuiduista tai säikeistä, joiden halkaisija on 0,1 mm, on kierretty lieriön ympäri. Suodattimessa olevaa virtauspin-taa voidaan pienentää maksimipinta-alasta, joka on noin 30 cm2 (laskettuna lieriön ulkopinnasta) tulpan 64 avulla, joka on sovitettu tiiviisti lieriön sisään ja säädetty : 25 tasoon, jossa se sulkee jotkin lieriön rei'istä ja jättää peittämättä toivotun virtauspinta-alan. Nimitykset Bl ja B2 koskevat seuraavassa vastaavasti 26 ja 23 cm2;n suuruista virtauspinta-laa, jotka on peittämättä säteettäisessä suodattimessa. Rei'itetty lieriö on sovitettu koteloon 66, 30 jonka sisähalkaisija on noin 52 mm ja joka on alaosasta yhdistettynä lieriöön 60 tiiviisti sopivan pohjan 68 avulla, jonka läpi ulottuu johto tai putki 70 tarkoituksella valuttaa suotautunut ja lasiputken läpi kulkenut happo, jolloin happo saadaan kulkemaan suodattimen ulkopinnalle 35 kaasunvirtauksen avulla.

. · ·

II

13 92576

Paineen aleneminen Δρ suodattimen läpi voidaan laskea seuraavassa esitettyjen, hyvin tunnettujen kaavojen avulla, edellyttäen, että kaasun lineaarinen nopeus v suodattimen läpi, kuitujen tai säikeiden paksuus d ja suoda-5 tinkerroksen pituus 1 virtaussuunnassa (tyyppi A) tai suoda tuskankaan kerrosten lukumäärä n (tyyppi B) ovat tunnettuja: (5) tyyppi A: Δρ = 3 x 10'3 x v1-2 x 1/d millibaaria (6) tyyppi B: Δρ = 3,5 x 1015 x v1,2 x n/d millibaaria 10

Seuraavassa valaistaan keksinnön mukaista menetelmää muutamilla esimerkeillä.

Esimerkki 1

Kahta suodatintyyppiä käyttäen saadut tyypilliset 15 koetulokset on koottu taulukoihin 1, 2 ja 3; putkiin syötetty kaasu sisälsi vastaavasti 0,1 % H2S04 + 7 % H20 (tai 25 %), 1 %:n H2S04 + 8 % H20, ja 6 % H2S04 + 7 % H20. Kon-sentraatiot ovat nimelliskoostumusta S03:n ollessa täysin hydratoitunut muodostamaan H2S04. Hydratoitumisreaktio 20 S03 + H20 = H2S04 (höyry) on aina tasapainossa koeolosuhteissa ja siirtyy käytännöllisesti katsoen täydellisesti yhtälön oikealle puolelle 25 alle 205 °C:n lämpötiloissa.

Koetulokset 1-1 - 1-6 taulukossa 1 (0,1 % H2S04 + 7 % H20 syötetyssä kaasussa) osoittavat, että rikkihapon pienten pisaroiden pitoisuus kaasufaasissa ennen suodatinta on melkein vakio ja vastaa 60 - 80 % S03:n pitoisuudesta 30 syötetyssä kaasussa, kun TA2 alennetaan arvosta 194 eC arvoon 124 eC T3:n, T2:n ja TA3:n ollessa vakioarvoissa, ja jäähdytysvyöhykkeen pituus pienennetään 5,4 metristä 4,05 metriin ja jäähdytysiiman virtausta suurennetaan samanaikaisesti T2:n pysyttämiseksi vakiona 100 eC:ssa. Suo-35 dattimeen A pidättyy 89 - 99 % näistä pienistä pisaroista · ♦ 14 92576 aina TA2:n arvoon noin 160 °C asti, samalla kun H2S04: pitoisuus suodattimesta A poistuvassa kaasussa suurenee huomattavasti, arvosta 8-10 miljoonasosaa TA2:n niinkin alhaisissa arvoissa kuin 170 °C, noin arvoon 40 miljoonas-5 osaa, kun TA2 = 151 °C, arvoon 200 miljoonasosaa 138 °C:ssa, ja 400 miljoonasosaan, kun TA2 = 124 °C; tässä TA2:n arvossa suodatin näyttää olevan käytännöllisesti katsoen kykenemätön poistamaan pieniä pisaroita kaasufaasis-ta. Kokeet 1-7 ja 1-8 osoittavat, että TA2:n arvo on kriit-10 tinen arvo, joka määrää, voidaanko happosumu erottaa suo-dattimessa. Näiden kokeiden avulla TA2 alennetaan 155 °C:n alapuolelle suurentamalla kokeessa 1-8, vastaavasti pienentämällä Tx arvoon 230 °C kokeessa 1-7; tämä jäähdytysai-neen virtaus saa myöskin happosumun tunkeutumaan suodatti-15 men läpi. Koe 1-10 osoittaa, että putken läpi tapahtuvan kaasunvirtauksen suurentaminen arvoon 18 Nm3/h saa kaasussa olevan happosumun pitoisuuden ennen suodatinta suurenemaan 90 %:in rikkihapon määrästä, mutta että suodatin silti poistaa tehokkaasti pienet pisarat. On huomattavaa, että 20 yritykset suurentaa kaasunvirtausta edelleen arvoon 22 Nm3/h epäonnistuivat, koska tässä tapauksessa happo ei kyennyt virtaamaan takaisin alaspäin lasiputken läpi vastavirtaan kaasuun nähden. Kaasun virtauksen vähentämisestä arvoon 9 Nm3/h kokeissa 1-11, 1-12 ja 1-13 oli tuloksena : 25 happosumun pienentynyt pitoisuus ennen suodatinta, mutta hiukan suurempi pitoisuus suodattimen jälkeen. Koe 1-13 on kokeen 1-12 toisinto vain sillä erotuksella, että suoda-tinvyöhykkeen pituus A-tyypissä kaksinkertaistettiin, mikä aiheutti paineen alenemisen kaksinkertaistumisen ja enem-30 män kuin happosumun pitoisuuden puolittumisen suodattimen jälkeen. Kokeissa 1-14 ja 1-15 kohotettiin T2 arvoon 112 °C kohottamalla TAX arvoon 50 °C kokeessa 1-14, ja pienentämällä jäähdytysilman virtausta kokeessa 1-15. Kummassakin tapauksessa oli seurauksena happosumun pitoisuuden selvä 35 suureneminen suodattimen jälkeen, mikä osoittaa, että kaa-

II

15 92576 sun maksimipoistolämpötila on eräs lisäkriteeri sen seikan täyttämiseksi, että suodatin voi poistaa tehokkaasti pieniä hapon pisaroita. Tällöin huomataan, että H2S04:n virtaaminen ulos höyryn muodossa on vain 3 miljoonasosaa 5 112 °C:ssa, s.o. että enemmän kuin 80 % hapon poistumises ta tapahtuu tällöin pienten hapon pisaroiden muodossa. Kuvio 5 esittää rikkihapon kastepisteen kaasuille, jotka sisältävät 1 tai 2 miljoonasosaa rikkihapon höyryä, funktiona H20:n pitoisuudesta kaasussa.

10 Mitä tulee paineen alenemisiin suodattimen poikki, niin huomataan, että suodattimet A ja B1 poistavat mainituissa lämpötiloissa happosumua aina noin arvoon 8 -10 miljoonasosaa asti H2S04 paineen alenemisten ollessa noin 8 millibaaria, kun taas suodatin B2 - jossa kaasun 15 lineaarinen nopeus on 4 metriä/sekunti erotuksena nopeudesta 2 metriä/sekunti suodattimessa B1 - puhdistaa sitä aina noin 1 miljoonasosaan asti H2S04 paineen aleneman ollessa 18 millibaaria ja muutoin samanlaisissa toimintaolosuhteissa. (Jos työskennellään edellä esitetyissä lämpöti-20 laolosuhteissa, jolloin vain pieni määrä nestettä pidättyy suodattimeen, niin paineen alenemiset ovat 10 - 20 % suurempia kuin ne paineen alenemiset, jotka on mitattu siinä tapauksessa, että suodatin toimii kuivissa olosuhteissa käytettäessä samaa kaasun nopeutta ja lämpötilaa, mutta 25 ilman H2S04 kaasussa).

Kokeissa 1-17 ja 1-18 alennettiin ilman sisääntulo-lämpötila TAX arvoihin 10 eC ja 0 °C samalla kun poistumis-lämpötila Tx pysytettiin 100 °C:ssa, jolloin lämpötilaero-tus T2-TAj suureni 80 eC:sta arvoihin 90 *C ja 100 °C; hap-30 posumun pitoisuus aerosolisuodattimien jälkeen suureni selvästi ja ylitti 10 miljoonasosaa H2S04, kun T2 - TAX = 100 °C. Kokeissa 1-19 alennettiin T2 arvoon 80 °C, samalla kun TA2:n arvo pysytettiin 0 °C:ssa (suurentamalla jäähdy-tysilman virtausta), jolloin happosumun määrä suodattimien 35 A ja B1 jälkeen putosi arvoon 10 miljoonasosaa H2S04; tämä ♦ ♦ 92576 16 osoittaa sen, ettei TAx:n absoluuttinen arvo vaan ehdon (3) mukainen lämpötilaerotus on tärkeätä suodattimen kyvylle poistaa happosumua.

Taulukko 2 esittää koetuloksia käytettäessä syöttö-5 kaasua, joka sisältää 1 %:n H2S04 + 7 % H20. Kaikissa mittauksissa, joissa syötetyn kaasun määrä oli 14 Nm3/h, oli happosumun pitoisuus kaasussa ennen suodatinta 500 -1 000 miljoonasosaa H2S04. Suodattimet A, Bl ja B2 poistivat hapon pienet pisarat samalla tavalla kuin taulukossa 1 10 esitetyissä kokeissa, vain sillä erotuksella, että TA2:n kriittinen arvo näyttää olevan 170 °C:n vaiheilla, mikä vastaa sitä seikkaa, että TA2*:n lasketaan yhtälön (1) mukaan olevan 172 °C.

Taulukko 3 esittää tuloksia kokeista käytettäessä 15 syöttökaasua, joka sisältää 6 % S03 + 13 % H20. Kokeista 3-1 - 3-6 nähdään, että TA2:n tulee olla yli noin 175 °C, jotta suodattimet A ja Bl kykenisivät poistamaan happosu-mupitoisuuden, 500 - 1 000 miljoonasosaa, ennen suodatinta arvoon, joka on alle 10 miljoonasosaa H2S04. Näyttää myös 20 siltä, että happosumu voidaan poistaa tehokkaasti alemmalla lineaarisella nopeudella ja alemmalla paineen alenemisella kuin siinä tapauksessa, että syöttökaasu sisältää 0,1 % H2S05.

Vesipitoisen höyryn (vesihöyryn) määrän suurentami- : 25 nen kaasussa sallii toiminnan korkeammassa lämpötilassa T2 • < lasiputken poistopäässä. Tämä nähdään kokeista 1-21 ja 1-22 taulukossa 1. Tällöin H20:n pitoisuuden suurentaminen syöttökaasussa arvoon 25 % merkitsee mahdollisuutta suurentaa poistolämpötila välille 120 - 125 °C ilman sitä 30 riskiä, että H2S04:n pitoisuus poistokaasussa ylittää noin 10 miljoonasosaa (ehdon (2) mukaan) ja rikkihapon kaste-pistettä Td kaasulle, joka sisältää 2 miljoonasosaa H2S04-höyryä, kuten on luettavissa kuviosta 5, samoin kuin H20:n osapainetta poistokaasussa. Vastaavasti nähdään kokeista 35 3-11 ja 3-12 taulukossa 3, että H20:n pitoisuuden suurenta minen syöttökaasussa arvoon 25 %, jolloin 19 % H20 on läsnä

II

17 92576 poistokaasussa, merkitsee sitä, että T2 voidaan suurentaa arvoon noin 120 °C ehdon (2) mukaan. Vastaavanlaiset kokeet 1-17 ja 1-18 sekä koe 3-8 osoittavat, ett H2S04:n pitoisuus kaasussa suodattimien jälkeen suurenee lämpötila-5 eron T2 - TA: suuretessa, vaikkakin vaikutus tällöin kokeissa, joissa käytetään väkevää kaasua, näyttää olevan heikompi, kuin käytettäessä laihoja kaasuja, jotka sisältävät sisääntulokaasussa H2S04:n määriä, jotka ovat suuruusluokkaa 0,1 %.

10 Esimerkki 2

Kokeet, joissa käytettiin säikeen paksuuksina 0,05, 0,1, 0,2 ja 0,5 mm kuviossa 3 esitetyssä suodatintyypissä, s.o. tyypissä A, rullalle kierretyssä neuletavarassa, antoivat seuraavat tulokset: käytettäessä säiettä, jonka 15 paksuus oli 0,05 mm, ei erilleen suotautunut happo kyennyt virtaamaan takaisin suodattimesta ja alas lasiputkeen kaasun nopeuksien ollessa yli noin 1,5 metriä/sekunti, vaan se pidättyi suodattimeen, mikä merkitsee sitä, että sitä ei voitu käyttää. Käytettäessä säiettä, jonka paksuus oli 20 0,1 mm, tapahtui samalla tavalla kaasun nopeuksien ollessa 2-3 metriä/sekunti, ja säikeen paksuuden ollessa 0,2 mm ei happo kyennyt virtaamaan takaisinpäin kaasun nopeuksien ollessa yli noin 5 metriä/sekunti. Alemmilla kaasun nopeuksilla pienet hapon pisarat suodattuvat pois konsent-: 25 raatioon, joka on alle 5-10 miljoonasosaa H2S04 paineen alenemisten ollessa alle 10 - 20 millibaaria ja neuleen säiemateriaalin muodostaman rullalle käärityn rainan leveyden ollessa 160 mm, edellyttäen, että yhtälöiden (1), (2) ja (3) määrittelemät lämpötilaehdot ovat täytetyt; 30 käytettäessä 0,5 mm:n paksuista säiettä ei ole mitään riskiä siitä, että neste pidättyisi suodattimeen, mutta oli välttämätöntä sisällyttää kaksi 120 mm:n levyistä rullaa suodatinpatruunaan, jotta hapon määrä poistokaasussa saataisiin alle 10 miljoonasosaa; happosumun pitoisuus suo-35 dattimen jälkeen näytti sitä paitsi olevan muutamia miljoonasosia S03:n arvon ollessa 0,1 % ja samoissa toiminta- 18 92576 olosuhteissa ja paineen alennuksissa kuin mittauksissa taulukossa 1. Kokeiden perusteella päätellään, että 0,2 -0,4 mm:n suuruiset säikeen paksuudet ovat sopivimpia esillä olevan keksinnön tarkoitusta varten.

5 Esimerkki 3

Taulukoissa 1, 2 ja 3 esitettyjen kokeiden ohella, mutta suoritettuna kudoksella, jossa kuitujen paksuus on 0,1 mm kudoksessa, jota kätetään säteettäiseen virtaukseen perustuvassa suodattimessa B, on suoritettu kokeita käyt-10 täen langan paksuutena 0,05, 0,2 ja 0,3 mm. Kokeet osoittivat, että paineen aleneminen viirakangassuodattimien poikki, joissa kuidun paksuus oli 0,05 mm, oli epästabii li. Erityisesti toimintaolosuhteiden muutosten yhteydessä saattoi paineen aleneminen suureta ajoittain 2-3 kertai-15 seksi. Suodatinkangas, joka oli valmistettu langoista, joiden paksuus oli yli 0,2 mm, edellytti, happosumun riit-tävänasteisen poistamisen saavuttamiseksi yhtälöiden (1), (2) ja (3) määrittelemien parametrien puitteissa, joko niin korkeita kaasun lineaarisia nopeuksia suodattimessa, 20 että paineen aleneminen tuli huomattavasti suuremmaksi kuin mitä taulukoissa 1, 2 ja 3 on esitetty; tai että oli välttämätöntä käyttää useampia kuin 10 suodatinkangasker-rosta säteettäisessä suodattimessa, ja käytännöllisistä syistä ei ole olemassa tilaa tälle kysymyksen ollessa mai-ί 25 nitusta (optimaalisesta) putkien välisestä etäisyydestä putkiryhmässä lasiputkitornissa.

Keksinnön käyttö teollisuudessa

On odotettavissa, että keksintö muodostuu teollisesti merkittäväksi erityisesti rikkidioksidin poistami-30 seksi pasutusprosesseista ja voimalaitoksista tulevista savukaasuista, erityisesti kysymyksen ollessa keskisuurista ja suurista voimalaitoksista. Tämän vuoksi keksinnön voidaan odottaa vähentävän huomattavasti ilman saastumista teollisuusalueilla. Erityisenä etuna on se, että syöttö-35 kaasuissa oleva rikkidioksidi saadaan talteen hyvin konsentroituna, erittäin puhtaana rikkihappona.

» '.'2576 19

Taulukko 1

Kokeet syöttökaasulla, joka sisälsi 1 000 miljoonasosaa H2S04 + 7 % H20. Td = 185 ‘C. TA2* = 155 °C (katso yhtälöä (1)), T2* (kastepiste kaasulle, joka sisälsi 2 mil-5 joonasosaa H2S04 ja 7 % H20) = 109 °C.

Jäähdy-syöttö- tetty w . virtaus vyöhyke Ti T2 TA TA Miljoonasosia

Esim. J 3 ' 1 1 z H SO ennen nro Nm /h m °C °C °C °C suodatinta 10 1 -Ί 1 4 5,4 250 100 20 1 94 600 1-2 14 4,95 250 100 20 184 600 1-3 14 4,5 250 100 20 170 700 1-4 14 4,05 250 100 20 151 700 1-5 14 4,05 250 95 20 138 700 15 1-6 14 4,05 250 90 20 124 800 1-7 14 5,4 230 70 20 150 600 1-8 14 4 j 5 250 70 20 145 700 1-10 18 5 ,4 250 100 20 1 73 900 20 1-11 9 4,5 250 100 20 198 150 1-12 9 4.05 250 100 20 193 200 / 1-13 9 4,05 250 100 20 193 200 1-14 14 5.4 250 112 50 188 600 1-15 14 5,4 250 112 20 205 700 25 1-16 14 5 ,4 280 100 20 200 700 1-17 14 5,4 250 ICO 10 201 700 1-18 14 5,4 250 100 0 205 800 1-19 14 5,4 250 80 0 177 700 30 Kokeet syöttökaasulla joka sisälsi 1 000 miljoonas osaa H2S04 + 25 H20. Td * 192 eC. T2* = 124 eC.

1-21 14 5,4 250 112 50 190 600 1-22 14 5^4 270 125 50 200 600 35 1-23 14 5,4 270 112 20 220 -2576 20

Taulukko 1 (jatkoa)

Kokeet syöttökaasulla, joka sisälsi 1 000 miljoonasosaa H2S04 + 7 % H20. Td = 185 °C. TA2* = 155 °C (katso yhtälöä (1)), T2* (kastepiste kaasulle, joka sisälsi 2 mil-5 joonasosaa H2S0« ja 7 % H20) * 109 °C.

Miljoonasosia

HoS0. suodat- Kaasua nopeus ΔΡ·

Esim. tfmeR Jälkeen m/S suodattimen läpi nro A B1 B2 A B1 B2 A B1 B2 10 1-1 8 10 1 3,2 2,0 4.0 8 8 18 1-2 8 10 1 3,2 2,0 4,0 8 8 18 1-3. 10 10 1 3 .,2 2,0 4,0 8 8 19 1-4 40 50 5 3 ,2 2,0 4 ,0 8 8 20 1-5 200 200 10 3,2 2 ,0 4 ,0 8 9 20 15 1-6 400 400 50 3,1 2,0 3,9 8 9 20 1-7 30 30 5 2,9 1 ,8 3,7 7 7 16 1-8 100 50 15 2,9 3 ,7 7 7 18 1-10 68 1 4,1 2,6 5,2 12 12 26 20 1-11 10 15 2 2,05 1,3 2,6 4 5 10 1-12 12 15 2 2.05 1.3 2.6 4 5 10

1 > J

1-13 5 2,05 8 1-14 20 20 5 3,3 2,1 4,2 9 9 19 1-15 15 20 10 3,3 2,0 4,2 9 8 19 '25 1-16 8 10 2 3.2 2,0 4,0 8 8 18 1-17 10 10 3 3,2 2 4.0 8 8 18 1-18 20 20 5 3,2 2,0 4,0 8 8 19 1-19 10 10 1 3,0 1,9 3,8 7 7 18 30 Kokeet syöttökaasulla joka sisälsi 1 000 miljoonasosaa H2SO< + 25 % H20. Td = 192 eC. T2* = 124 °C.

1-21 55 1 3,3 2,0 4,1 9 9 20 1-22 15 20 5 3,4 2,1 4,3 9 9 24 35 1-23 · 10 10 2 3,3 2,0 4.1 9 9 20 • · t li --’2576 21

Taulukko 2

Kokeet: syöttökaasulla, joka sisälsi 1 %:n H2S04 + 7 % H20. Td = 220 "C. TA2* = 172 °C (yhtälö (D). T2* = 109 °C.

5 Jäähdy-

Syöttö- tetty virtaus vyöhyke T2 TA^ TA2

Esim. 2 nro Nm /h m 10 2-1 1 4 5 , 4 260 100 20 196 2-2 14 4,95 260 100 20 184 2-3 14 4,55 260 100 20 168 2-4 14 4,05 260 100 20 1 48 2-5 14 4?55 300 100 20 175 15 2-6 9 4,05 260 100 20 180 2-7 14 5,4 260 100 0 206

Taulukko 2 (jatkoa) 20

Miljoonas- H SO, AP» mbar, osia Suodattimen suodattimen läpi

Esim. ennen jälkeen A B1 B2 nro suodatinta A B1 B2 /25 : 2-1 -500 5518 8 20 2-2 -500 5818 8 20 2-3 -800 25 40 8 9 22 2-4 -2000 100 100 50 9 10 24 30 2-5 2000 10 10 2 8 8 20 2-6 1000 8844 4 14 2-7 -800 12 14 4 8 8 20 35 22 92576

Taulukko 3

Kokeet syöttökaasulla, joka sisälsi 6 % H2S04 + 7 % H20. Td = 265 °C. TA* = 175 °C. T2* = 109 "C.

Jääh- Miljoonasosia 5 Syöttö- tetty TA, H2S04 „ . virtaus vyöhyke i 3 12

Esim. 2' ennen nro Nm /h m suodatinta 3-1 11 5,4 300 100 20 230 500 10 3-2 11 4,55 300 100 20 198 700 3-3 11 4,05 300 100 20 176 700 3-4 11 4,05 300 100 30 162 1000 3-5 11 4,0 5 300 100 40 153 1000 3-6 11 4,05 280 100 20 162 700 15 3-7 11 5,4 300 115 35 222 800 3-8 11 5,4 300 100 0 240 500

Kokeet syöttökaasulla, joka sisälsi 6 % H2S04 ja 20 25 % H20. Td = 170 °C. T2* = 124 °C.

3-11 11 5,4 300 115 35 225 800 3-12 11 5,4 300 120 40 225 900 23 92576

Taulukko 3 (jatkoa)

Kokeet syöttökaasulla, joka sisälsi 6 % H2S04 + 7 % H20. Td = 265 °C. TA2* = 175 °C. T2* = 109 °C.

5 Miljoonasosia H SO, suodat- Kaasun nopeus ^P» mbar

Esim. timen jälkeen m/s suodattimen läpi nro A B1 B2 A B1 B2 A B1 B2 3-1 5 5 < 1 2,2 1 .(4 2^8 4 4 9 10 3-2 5 10 <1 2,2 1,4 2.8 5 4 3-3 10 20 1 2,2 1,4 2.8 6 5 10 3-4 50 80 10 2.2 1.4 2,8 10 6 15 3-5 100 200 22 1,4 2.8 15 7 3-6 40 60 2,2 1,4 2,8 10 6 15 3-7 20 30 2,3 1,4 3,0 5 5 12 3-8 884 2,2 1,4 2,8 4 4 9

Kokeet syöttökaasulla, joka sisälsi 6 % H2SO< ja 20 25 % H20. Td = 170 eC. T2* = 124 °C.

3-11 5 2,2 5 3-12 10 2,2 5 • ·

Claims (6)

24 92576

1. Menetelmä rikkihappohöyryjen lauhduttamiseksi ja rikkihapon pienten pisaroiden ottamiseksi talteen oleelli-5 sesti pystysuorissa, haponkestävää ainetta olevissa putkissa kaasuista, jotka sisältävät 0,01 - 10 tilavuus-% H2S04-höyryä ja 0 - 50 tilavuus-% H20-höyryä, jolloin rikkihappoa sisältävää kaasua johdetaan ylöspäin putkiin si-sääntulolämpötilassa, joka on 0 - 100 °C kaasussa olevan 10 rikkihapon kastepisteen yläpuolella, ja jäähdytetään sen kulkiessa putkien läpi ulostulolämpötilaan T2, joka on alempi kuin se lämpötila, jossa H2S04-höyryn paine on noin 2 x 10~6 baaria tasapainotilassa putkien yläpäässä olevassa ulostulossa vallitsevan vesihöyryn osapaineen kanssa, jol-15 loin putkia jäähdytetään ulkopuolelta kaasumaisella väliaineella, joka virtaa oleellisesti vastavirtaan rikkihappoa sisältävään kaasuun nähden ja jonka lämpötila on säädelty, jolloin putkien läpi alaspäin virtaava rikkihappo lauhtuu jäähdytyksen aikana, ja kustakin putkesta poistuva 20 kaasu johdetaan suurinopeuksisen aerosolisuodattimen läpi, joka on sovitettu kaasutiiviisti kunkin putken yläpäähän, tunnettu siitä, että (i) säädetään kaasumaista väliainetta jäähdytyksen aikana sisääntulolämpötilasta TA2, joka on 0 - 50 °C, pois-,* 25 tumislämpötilaan TA2 °C siten, että seuraavat ehdot täyttyvät: (1) TA2 > Td - 30 - 10a°C ja (3) T2 - TAX < 90 eC 30 joissa Td on putkiin johdetun, rikkihappoa sisältävän kaasun rikkihapon kastepiste, ilmaistuna °C:eina, ja a on H2S04:n tilavuusprosenttimäärä, laskettuna olettaen, että S03 on täysin hydratoitunut, ja 35 (ii) johdetaan kaasu suurinopeuksisen aerosolisuo- dattimen läpi kaasun nopeuden ollessa 1-7 m/sek., joi- » li 25 92576 loin suodatin käsittää filamentteja tai kuituja, joiden halkaisija on 0,05 - 0,5 mm, ja joiden määrä, kerrospaksuus ja konfiguraatio ovat sellaiset, että paineen aleneminen suodattimessa on välillä 2-20 mbaaria.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että käytetään suodatinta, joka käsittää oleellisesti pystysuoran lieriömäisen kotelon, johon suodatusaine on sovitettu, jolloin mainittu suodatusaine koostuu sellaisista hapon kestävistä monofilamenteista 10 kudotusta materiaalista, joiden paksuus on 0,2 - 0,7 mm, ja neuleen leveys on 1 - 10 mm, jolloin mainittu kudottu aine on kierretty tai laskostettu lieriömäisen tulpan muotoon, jonka korkeus on 20 - 300 mm ja poikkileikkauspinta vastaa lineaarista kaasun virtausnopeutta 2-5 m/sek., 15 mainitun poikkileikkauksen ollessa samanaikaisesti sama kuin kotelon sisäpuolinen poikkileikkaus.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että i) käytetään suodatinta, joka käsittää oleellisesti 20 lieriömäisen, pystysuoran kotelon, joka sisältää suodatus- ainetta, joka koostuu sellaisista haponkestävistä kuiduista tai filamenteista, joiden läpimitta on 0,04 - 0,3 mm, kudotusta tekstiilistä, jolloin mainittu kudottu tekstiili on kääritty rei'itetyn lieriön ympärille, joka on koak-25 siaalinen kotelon kanssa, siten, että se sallii kaasun virrata säteettäisesti käärityn tekstiilin ja rei'itysten läpi lineaarisella nopeudella 2-6 m/sek., ii) kootaan se rikkihappo, joka on lauhtunut suoda-tusaineessa, samoin kuin se, joka on kulkeutunut kaasun 30 mukana suodatusaineen läpi ja niin ollen lauhtunut jo ennen suodatinta, suodatinkotelon pohjalle, ja iii) johdetaan lauhtunut rikkihappo täältä johdon kautta alaspäin putkeen, jossa kaasu on jäähdytetty.

4. Patenttivaatimuksen 3 kohdan (i) mukaan menetel-35 mä, tunnettu siitä, että kuitujen tai filamenttien läpimitta on 0,05 - 0,2 mm. • · 26 92576

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkihappopitoisen kaasun nopeus putkissa on 2 - 6 m/sek., laskettuna sillä perusteella, että kaasun teoreettinen lämpötila on 0 "C.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai sessa menetelmässä käytettävä laitteisto, joka käsittää yhden tai useamman kimpun haponkestävää ainetta olevia putkia, jolloin jokaisen putken alapäässä on kaasun si-säänsyöttökohta, yläpäässä kaasun poistokohta ja hapon 10 poistojohto lähellä alapäätä, jolloin mainitut putket ulottuvat jäähdytysvyöhykkeen läpi, jonka pituus on 120 -250 kertaa putken sisäläpimitta ja joka vyöhyke on varustettu yläpäästään ja alapäästään vastaavasti kaasumaisen jäähdyttävän väliaineen sisääntulo- ja poistokohdalla, 15 jota väliainetta johdetaan vastavirtaan putkissa olevaan kaasuun nähden, tunnettu siitä, että jokaisen putken sisäläpimitta on 25 - 60 mm ja jokainen putki on varustettu suurinopeuksisella aerosolisuodattimella, joka on sovitettu kaasutiiviiseen yhteyteen putken yläpään 20 kanssa, jolloin mainittu suodatin käsittää kuituja tai filamentteja, joiden halkaisija on 0,05 - 0,5 mm ja joiden määrä, kerrospaksuus ja konfiguraatio ovat sellaiset, että paineen aleneminen suodattimessa kaasun nopeuden ollessa 1-7 m/s on 2 - 20 mbaaria. ♦ · It . 27 92576