KR101687052B1 - 황산의 냉각 방법 및 설비 - Google Patents

황산의 냉각 방법 및 설비 Download PDF

Info

Publication number
KR101687052B1
KR101687052B1 KR1020127022236A KR20127022236A KR101687052B1 KR 101687052 B1 KR101687052 B1 KR 101687052B1 KR 1020127022236 A KR1020127022236 A KR 1020127022236A KR 20127022236 A KR20127022236 A KR 20127022236A KR 101687052 B1 KR101687052 B1 KR 101687052B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchanger
acid
water
steam
conduit
Prior art date
Application number
KR1020127022236A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120139707A (ko
Inventor
칼-하인츠 다움
볼프람 샬크
Original Assignee
오토텍 오와이제이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오토텍 오와이제이 filed Critical 오토텍 오와이제이
Publication of KR20120139707A publication Critical patent/KR20120139707A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101687052B1 publication Critical patent/KR101687052B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74—Preparation
    • C01B17/76—Preparation by contact processes
    • C01B17/80—Apparatus
    • C01B17/806—Absorbers; Heat exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/26—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74—Preparation
    • C01B17/76—Preparation by contact processes
    • C01B17/765—Multi-stage SO3-conversion
    • C01B17/7655—Multi-stage SO3-conversion with intermediate absorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/06—Returning energy of steam, in exchanged form, to process, e.g. use of exhaust steam for drying solid fuel or plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/064—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle in combination with an industrial process, e.g. chemical, metallurgical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

황산 설비의 흡수 기구로부터 빼내어지는 산을 냉각할 때, 산은 산 펌프 탱크로부터 열 교환기 안으로 펌프되고 그 이후 다시 흡수 기구에 공급되고, 열 전달 매체로서의 물은 산의 열에 의해 열 교환기에서 가열되고 적어도 부분적으로는 스팀으로 변환되고, 물은 스팀으로부터 분리된다. 산이 열 교환기의 쉘 공간에 공급되고 물은 쉘 공간에 배치되는 열 전달 요소들에 공급되고 적어도 부분적으로는 스팀으로 변환되고, 열 교환기에서 발생된 스팀은 스팀 드럼에서 물로부터 분리되고, 따라서 얻어진 물은 펌프에 의해 열 교환기로 재순환되는 것이 제공된다.

Description

황산의 냉각 방법 및 설비{PROCESS AND PLANT FOR COOLING SURFURIC ACID}
본 발명은 황산 설비의 흡수 기구로부터 빼내어지는 산의 냉각에 관한 것이며, 산은 산 펌프 탱크로부터 열 교환기로 펌프되고 그 뒤에 흡수 기구에 다시 공급되고, 열 전달 매체로서의 물이 산의 열에 의해 열 교환기에서 가열되고 적어도 부분적으로는 스팀으로 변환되고, 물은 스팀으로부터 분리된다.
황산은 보통 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, vol. A25, 635 ~ 700 페이지에 기재된 것과 같이 소위 이중 흡수 공정에 의해 생산된다. 황의 연소에 의해 또는 야금 설비의 폐가스로서 얻어지는 이산화황 (SO2) 은 고형 촉매에 의해, 예컨대 활성 구성 성분으로서 5산화 바나듐에 의해 다중 스테이지 변환기에서 삼산화황 (SO3) 으로 변환된다. 얻어지는 SO3 는 변환기의 접촉 스테이지 이후 빼내어지고 중간 흡수기로 공급되거나 또는 변환기의 마지막 접촉 스테이지 이후 가스 함유 SO3 가 향류에서 농축된 황산으로 안내되고 그 안에서 흡수되는 최종 흡수기로 공급된다.
황산의 SO3 의 흡수는 강한 발열 공정이어서, 산은 가열되므로 다시 냉각되어야만 한다. 동시에, 산의 열은 스팀 발생 및 에너지 회수를 위해 이용될 수 있다. 황산 흡수 동안 존재하는, 명백하게 140℃ 초과의 온도로 인해, 산 냉각은 지금까지, 열 전달 매체로서의 물이 채워진 케틀을 통과하는 U-형상 튜브를 통하여 뜨거운 산이 흐르는 케틀 타입 보일러들에서만 단지 실행되어왔다. 여기서 순환은 열사이폰 (thermosiphon) 원리를 기본으로 한다. 가열된 물은 낮은 압력의 스팀으로 변환되고, 낮은 밀도로 인해 상승한다. 스팀은 설비에서 이용될 수 있다 (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, loc. cit. 662 페이지 비교).
이러한 케틀 타입 보일러들은 간단한 구조를 갖고, 따라서 낮은 가격으로 제작될 수 있지만, 케틀 타입 보일러를 채우는데 다량의 물이 요구된다. 게다가, 산 회로에 누출이 발생할 때, 문제가 일어날 수 있다. 산이 튜브로부터 물 탱크 안으로 누출되기 때문에, 다량의 강부식성의 약산이 얻어지고, 게다가 그의 온도는 생산되는 수화열 (hydration heat) 에 의해 크게 높아진다. 시스템에 사용되는 강의 내부식성은 99.1 wt% (강 310SS) 또는 97.9 wt% (강 3033) 의 황산 농도 미만으로 크게 떨어진다. 튜브 번들 또는 심지어 전체 케틀 타입 보일러의 손상의 위험이 있다. 게다가, 산/물 혼합물은 불균형의 수고에 의해서만 분리될 수 있어서, 실제로 사용자는 대부분 시스템의 하나 또는 양 쪽을 완전히 비워야만 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 황산의 신뢰할 수 있는 냉각을 제공하고 설비의 안전성을 증가시키는 것이다.
이러한 목적은 산이 열 교환기의 쉘 공간에 공급되고 물은 쉘 공간에 배치되는 열 전달 요소들에 공급되고 적어도 부분적으로는 스팀으로 변환되고, 열 교환기에서 발생되는 스팀은 스팀 드럼에서 물로부터 분리되고, 따라서 얻어진 물은 펌프에 의해 열 교환기로 재순환되는 점에 의해 본 발명에 의해 해결된다.
열 교환기에서 물로 채워지는 종래의 케틀 타입 보일러에서 보다 더 적은 물이 산과 접촉하기 때문에, 산과 혼합되는 물의 양은 누출의 경우보다 명백하게 줄어든다. 종래의 케틀 타입 보일러의 기능이 열 교환기, 스팀 드럼 및 재순환 펌프인 별개의 요소들로 나누어지기 때문에, 누출의 경우 취급이 추가적으로 용이하게 된다. 물 및 산 회로는 용이하게 분리될 수 있다.
산 냉각 회로의 위험을 더 줄이기 위해, 빠른 에러 검출이 요구된다. 에러가 검출되자마자, 열 교환기로의 물의 공급은 스위치 오프될 수 있고 에러는 제거될 수 있다.
본 발명에 따르면, 물의 유입의 중단은 예컨대 변경된 산 농도의 측정시에 개시된다. 이를 위해, 다양한 측정 지점들이 제공되고, 이들은 바람직하게는 상이한 측정 원리를 기본으로 한다. 흡수기에서, 전도성을 통하여 산의 농도를 판정하지만, 연관된 열 교환기 주위의 냉각 스테이지에서 산의 굴절률 또는 매체의 음속이 바람직하게는 판정되는 방법들이 사용될 수 있다. 사용되는 측정 원리 및 기기들의 가외성 (redundancy) 이 산 농도가 어느 시점에서도 안전하게 판정될 수 있는 것을 보장한다.
하지만, 산 농도는 단지 공정 용수 스트림과 연관될 때 누출 탐지를 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 시작할 때에, 누출은 보통 적어서, 단지 적은 양의 물이 산 회로 안으로 들어간다. 그 결과, 산 농도는 감소하지만, 이는 더 적은 공정 용수가 첨가되는 점에 의해 공정 제어에 의하여 상쇄된다. 누출이 더 커질수록, 더 많은 공정 용수가 열 교환기에서 누출되는 물에 의해 대체된다. 이러한 방식으로, 균일한 산 농도가 유지된다. 하지만, 열 교환기의 누출은 단지 공정 용수 밸브가 완전히 닫힐 때 검출되고 산 농도는 여전히 계속해서 떨어진다. 장비는 그 후 아마도 이미 심각하게 손상되었을 것이다. 본 발명에 따르면, 공정 용수 공급, 설비 로딩 및 산 농도는 따라서 동시에 감시된다.
본 발명의 특히 바람직한 양태에 따르면 산의 온도는 열 교환기의 입구 및 출구에서 측정되고 열 교환기에 공급되는 열 전달 매체의 유량과 연관된다. 온도 차이 (△T) 를 통하여, 열 균형이 열 교환기를 통하여 생성될 수 있다. 물이 산 회로 안으로 들어가고 추가적인 열을 발생하기 때문에, 열 교환기의 누출이 열 균형의 방해를 유도할 것이다. 열 교환기에서 생산되는 열과 생산되는 스팀 사이의 비는 변경되고, 이는 물 흐름의 중단에 대한 제어 변수의 역할을 할 수 있다.
보일러 급수의 조성을 체크하기 위해, 그의 전도성이 본 발명에 따라 열 교환기 바로 뒤에서 측정된다. 열 교환기의 물/스팀 측의 압력이 산 측보다 명백하게 더 높기 때문에, 보통 주된 양의 산이 물 회로 안으로 들어가는 위험은 없다. 누출 감시를 위해, 이러한 측정은 따라서 단지 제한된 양으로만 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 황산 설비의 흡수 기구로부터 빼내어지는 산을 냉각하기 위해 상기 설명된 방법을 수행하기 위한 적절한 설비에 관한 것이며, 이 설비는 뜨거운 산이 펌프에 의해 산 펌프 탱크로부터 공급되고 열이 산으로부터 열 전달 매체, 특히 물로 전송되는 열 교환기, 스팀이 열 전달 매체로부터 발생되는 스팀 발생기, 및 냉각된 산을 흡수 기구로 적어도 부분적으로는 재순환시키기 위한 복귀 도관을 갖는다. 본 발명에 따르면, 열 교환기는 열 전달 요소들로서 다수의 판들을 갖는 판 열 교환기 또는 다수의 튜브들을 갖는 튜브 번들 열 교환기이고, 열 교환기는 산 펌프 탱크 및 복귀 도관과 연결되고 뿐만 아니라 도관을 통하여 가열된 열 전달 매체가 열 교환기로부터 공급되고 발생되는 스팀이 물로부터 분리되는 스팀 드럼과 연결되고, 스팀 드럼은 물의 순환을 위해 재순환 도관을 통하여 열 교환기와 연결된다.
본 발명의 제 1 실시형태에서 열 전달 요소들을 둘러싸는 열 교환기의 쉘 공간이 산 펌프 탱크 및 복귀 도관과 연결되고, 열 교환기의 열 전달 요소들은 재순환 도관 및 스팀 드럼과 연결된다.
대안적으로는, 본 발명에 따르면 열 전달 요소들을 둘러싸는 열 교환기의 쉘 공간을 재순환 도관 및 스팀 드럼과 연결하는 것 그리고 열 교환기의 열 전달 요소들과 산 펌프 탱크 및 복귀 도관과 연결하는 것이 제공될 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 튜브 번들 또는 판 열 교환기들에서, 튜브, 판 또는 각각의 쉘 용적에 공급되는 물의 양은 실질적으로는 종래적으로 사용되는 케틀 타입에서 보다 더 낮은데 이는 오늘날 사용되는 높은 패킹 (packing) 밀도 때문이다. 누출의 경우 생산되는 물/산 혼합물의 양은 따라서 또한 줄어든다.
본 발명의 개발에 따르면 열 교환기가 산 펌프 탱크보다 더 높은 레벨에 배치되는 것이 제공된다. 산 펌프가 스위치 오프될 때, 열 교환기는 따라서 다른 작용 없이 중량 측정에 의해 (gravimetrically) 비워진다. 뜨거운 산과의 접촉을 견뎌내어야만 하는 다른 안전 설치물들이 필요하지 않다.
재순환 도관에, 냉각수를 강제로 순환시키기 위해 순환 펌프가 본 발명에 따라 제공된다.
흡수기의 작동을 위한 최적의 산 농도를 조정하기 위해, 혼합 챔버는 바람직하게는 복귀 도관에서, 재순환되는 산이 공정 급수와 혼합되는, 흡수 기구에 제공된다.
열 교환기와 스팀 드럼 사이에 및/또는 재순환 도관에 보수 작업을 위해 및 에러의 발생 시에 열 교환기를 물 회로로부터 결합해제하기 위해, 차단 밸브가 편의상 제공된다.
열 교환기로의 물 공급의 차단은 예컨대 누출의 검출 시에 실행된다. 본 발명에 따르면, 산 온도를 검출하기 위한 온도 측정 스테이션들은 따라서 열 교환기 이전에 및 뒤에 제공되고 및/또는 농도 측정 스테이션들은 산 농도를 검출하기 위해 열 교환기 및/또는 흡수기 이전에 제공된다.
다수의 열 교환기들이 본 발명의 개발에 따라 서로 나란하게 제공될 때, 열 교환기들 중 하나는 보수 또는 손상의 경우에 결합해제되고 수리 또는 유지되고, 다른 교환기는 계속해서 작동한다. 설비의 유연성이 이에 의해 증가되고 계속적인 작동이 촉진된다.
본 발명의 다른 개발, 이점 및 가능한 분야들은 이하의 도면 및 실시형태의 설명으로부터 취해질 수 있다. 설명된 및/또는 도시된 모든 특징들은 본 발명의 주제를, 청구항의 이들의 포함 내용 또는 이들의 이면 기준 (back reference) 과 독립적으로, 그 자체로 또는 어떠한 조합으로 형성한다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 설비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 설비 로딩에 따른 공정 용수 및 보일러 급수 스트림들의 코스를 나타내는 도면이다.
도 3 은 누출 크기에 따른 공정 용수 및 보일러 급수 스트림들의 코스를 나타내는 도면이다.
도 1 에 나타낸 것과 같이 본 발명의 방법의 흐름도로부터 취해질 수 있는 것과 같이, SO2 를 SO3 로 변환하기 위한 도시되지 않은 변환기로부터의 가스 삼산화황은 도관 (1) 을 통하여 공급되는 농축된 황산과 병류 흐름으로 벤츄리 흡수기 (2) 안으로 도입되고 뜨거운 산에 부분적으로 흡수되며, 그의 농도는 이에 의해 증가된다. 도관 (3) 을 통하여, 흡수되지 않은 삼산화황은 중간 흡수기 (4) 안으로 도입되고, 이는 추가적인 흡수를 위해 농축된 황산으로 향류로 횡단한다. 흡수되지 않은 삼산화황은 중간 흡수기 (4) 의 정상부로부터 빼내어지고 도시되지 않은 촉매 변환 스테이지로 공급되고, 부화된 황산은 바닥부에서 빼내어지고, 생성물로서 부분적으로 제거되거나 또는 그렇지 않으면 설비에서 이용되고, 산 펌프 탱크 (5) 에서 물로 희석될 때 그리고 열 교환기 (6) 에서 냉각될 때, 나머지는 펌프 (7) 에 의해 도관 (8) 을 통하여 중간 흡수기 (4) 로 재순환된다.
벤츄리 흡수기 (2) 의 바닥부에서 빼내어진 황산은 산화 펌프 탱크 (9) 에 공급되고 이 산화 펌프 탱크로부터 펌프 (10) 에 의해 도관 (11) 을 통하여 더 높은 레벨에 위치된 열 교환기 (13) 의 쉘 공간 (12) 안으로 도입되며, 여기에서 산은 열 전달 매체로서의 물에 의해 냉각된다.
열 교환기 (13) 는 바람직하게는 열 전달 요소들로서 역할하는 다수의 물 운반 튜브들 (14) 을 갖는 튜브 번들 열 교환기를 구성하는데, 이는 여기서 특히 양호한 열 전달이 비교적 적은 용적의 열 전달 매체와 조합될 수 있기 때문이다. 대안적으로는, 판 열 교환기가 사용될 수 있다.
도관 (15) 을 통하여, 냉각된 산은 그의 농도가, 황산이 벤츄리 흡수기 (2) 에 공급되기 전에, 도관 (17) 을 통하여 공급되는 공정 급수에 의해 원하는 값으로 조정되는 혼합 챔버 (16) 안으로 흐른다. 산의 일부는 도관 (18) 을 통하여 분기될 수 있고 중간 흡수기 (4) 의 산 펌프 탱크 (5) 로 공급될 수 있다. 상승된 산 온도는 열 교환기 (19) 의 공정 급수를 가열하는데 이용될 수 있다.
급수는 도관 (20) 을 통하여 공급되고 열 교환기 (19) 에서 가열된 후에 혼합 챔버 (16) 에 공급되는, 도관 (17) 의 공정 급수 스트림 및 도관 (21) 을 통하여 스팀 드럼 (22) 으로 공급되는 스트림으로 나누어진다. 보일러 급수는 재순환 도관 (23) 을 통하여 상기 스팀 드럼으로부터 빼내어지고 순환 펌프 (24) 에 의해 열 교환기 (13) 에 공급된다. 열 교환기 (13) 에서, 보일러 급수는 산 펌프 탱크 (9) 로부터 공급되는 뜨거운 황산과 병류 흐름으로 안내되고 가열되어, 물/스팀 혼합물이 형성되고 이는 도관 (25) 을 통하여 스팀 드럼 (22) 으로 공급되고 여기서 분리된다. 스팀은 도관 (26) 을 통하여 빼내어지며, 물은 열 교환기 (13) 로 재순환된다. 황산은 대응적으로는 열 교환기 (13) 에서 냉각된다. 비록 병류 냉각이 도면에 나타나지만, 반류 흐름의 냉각수와 산을 안내하는 것은 물론 본 발명의 범위 내에 있다. 나머지 설비 구조는 이에 의해 영향을 받지 않는다.
열 교환기에서, 종래의 케틀 타입 보일러에서보다 더 적은 물이 산과 접촉할 수록, 산과 혼합되는 물의 양은 누출의 경우에 명백하게 줄어든다. 시스템에서 냉각 능력에 대하여 비교할 수 있는, 본 발명의 튜브 번들 열 교환기에, 약 2 ㎥ 의 물 (약 36 ㎥ 의 산) 이 담겨있지만, 종래의 케틀 타입 보일러는 약 10 ㎥ 의 물 (약 30 ㎥ 의 산) 을 담고 있다. 본 발명의 구성에서 물과 산이 완전히 상호 혼합되는 경우 (최악의 경우), 이는 흡수제로부터 공급되는 약 99 wt% 의 농도와 약 200℃ 의 온도를 갖는 황산의 95.6 wt% 로의 희석 그리고 230℃ 까지의 온도의 증가를 유도하지만, 종래의 케틀 타입 보일러의 누출의 경우 산은 81 wt% 로 희석되고 온도는 274℃ 로 높아진다. 이러한 황산은 환원 효과를 갖고 강부식성이다. 열 교환기의 재료가 90 wt% 초과의 황산 농도와 작용하는 산화 응력에 대하여 디자인되었기 때문에, 상당한 손상이 매우 빠르게 발생할 것이다.
도관들 (23, 25) 에, 차단 밸브들 (30, 31) 이 제공되고, 이들에 의해 열 교환기 (13) 는 예컨대 보수 및 수리의 목적을 위해 물 회로로부터 분리될 수 있다. 열 교환기 (13) 로부터의 물은 배수 도관 (27) 을 통하여 제거될 수 있다.
열 교환기 (13) 가 산 펌프 탱크 (9) 위에 배치되기 때문에, 산은 펌프 (10) 가 스위치 오프될 때 단지 중력에 의해 자동적으로 산 펌프 탱크 (9) 안으로 흐르며, 이 산 펌프 탱크 (9) 는 흡수기들 (2, 4) 및 산 펌프 탱크 (5) 와 같은 산 방지 라이닝을 갖는다. 추가적인 기계적 배수 수단은 생략될 수 있다. 게다가, 사용자는 뜨거운 산에 노출되지 않는다.
열 교환기 (13) 의 입구 및 출구에서 산 온도는 센서들 (32, 33) 을 통하여 측정된다. 게다가, 다수의 농도 측정 스테이션들 (34, 35) 이 산 회로에 제공되고, 이들은 열 교환기 (13) 의 입구 및 벤츄리 흡수기 (2) 의 입구에서 각각 산 농도를 판정하는데 사용된다. 벤츄리 흡수기 (2) 의 입구에서, 산의 전도성이 바람직하게는 측정되지만, 열 교환기 (13) 의 입구에서 산의 음속 또는 그의 굴절률이 측정된다. 측정 스테이션들 및 원리의 가외성에 의해, 산 농도의 신뢰할 수 있는 제어가 보장되며, 이는 필요하다면 도관 (17) 을 통하여 공정 급수를 공급함으로써 또는 도관 (28) 을 통하여 산 펌프 탱크 (9) 로부터의 산을 공급함으로써 적응될 수 있다.
열 교환기 (13) 의 입구 및 출구에서의 온도 측정 (32, 33) 으로부터, 물로 전달되는 열량은 계산될 수 있다. 열 교환기에 걸친 온도 차이 (△T) 는 열 교환기 급수의 함수로서 표현될 수 있다. 이러한 함수는 열 교환기에 걸친 열 균형을 나타내고 설비 로딩 및 다른 공종 조건과 독립적인 거의 일정한 곡선을 나타낸다. 물이 산 회로 안으로 들어가고 추가적인 열을 발생하기 때문에, 열 교환기의 누출은 열 균형의 방해를 유도한다. 열 교환기에서 생산되는 열과 생산되는 스팀 사이의 비는 변경되고, 이는 물 흐름의 중단에 대한 제어 변수의 역할을 할 수 있다. 배출되는 그리고 도입되는 물의 용적 흐름은 누출 검출을 위해 사용될 수 있는데, 이는 이들이 정지 작동에서 평형이기 때문이다.
정상 작동의 경우, 보일러 급수 스트림 및 공정 용수 스트림은, 도 2 에 나타낸 것과 같이, 설비 로딩에 따르는 선형 곡선들을 나타낸다. 누출의 경우, 온도는 산 안으로 물이 들어가는 것에 의해 증가되고, 이에 의해 더 많은 물이 냉각 회로에 요구된다. 동시에, 산의 농도는 감소되어, 더 적은 공정 용수가 산에 혼합된다. 이는 도 3 에 나타나 있다. 누출의 크기에 따라, 보일러 급수의 요구는 높아지지만, 공정 용수의 공급률은 낮아진다.
본 발명에 따르면, 보일러 급수 스트림은 설비 로딩과 연관된다. 고정된 알람 레벨이 초과될 때, 산 펌프 (10) 는 스위치 오프되고, 필요한 수리를 수행할 수 있게 하기 위해, 열 교환기 (13) 는 물 회로로부터 분리된다.
몇몇의 열 교환기들 (13) 이 나란하게 제공될 때, 하나의 열 교환기는 운전될 수 있지만, 다른 열 교환기는 보수 또는 수리된다.
설명된 실시형태에서, 산은 쉘 공간 (12) 에 공급되고 냉각수는 열 교환기 (13) 의 튜브들 (14) 또는 판들에 공급된다. 하지만, 본 발명은, 냉각수가 쉘 공간 (12) 에 공급되고 산이 열 교환기 (13) 의 튜브들 (14) 또는 판들에 공급되는 반대의 경우도 또한 커버한다.
흡수되는 SO3 의 더 낮은 양 때문에 중간 흡수기 (4) 의 출구에서의 산 온도가 일반적으로 너무 낮다고 하더라도, 에너지 회수를 위해 경제적으로 사용되도록 하기 위해, 벤츄리 흡수기 (2) 의 냉각 회로를 위한 상기 설명된 구성물은 또한 원리적으로는 중간 흡수기 (4) 를 위하여 제공될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 흡수 스테이지의 벤츄리 흡수기 (2) 대신, 중간 흡수기 (4) 와 유사한 반류식으로 작동되는 흡수 타워가 또한 사용될 수 있다. 제 2 흡수 스테이지는 가능하게는 또한 생략될 수 있다.
1 : 도관 2 : 벤츄리 흡수기
3 : 도관 4 : 중간 흡수기
5 : 산 펌프 탱크 6 : 열 교환기
7 : 펌프 8 : 도관
9 : 산 펌프 탱크 10 : 펌프
11 : 도관 12 : 쉘 공간
13 : 열 교환기 14 : 튜브
15 : 도관 16 : 혼합 챔버
17, 18 : 도관 19 : 열 교환기
20, 21 : 도관 22 : 스팀 드럼
23 : 재순환 도관 24 : 순환 펌프
25, 26 : 도관 27 : 배수 도관
28 : 도관 30, 31 : 차단 밸브
32, 33 : 온도 센서 34, 35 : 농도 측정 스테이션

Claims (11)

  1. 황산 설비의 흡수 기구로부터 빼내어지는 산의 냉각 방법으로서, 상기 산은 산 펌프 탱크로부터 열 교환기로 펌프되고 그 뒤에 상기 흡수 기구에 다시 공급되고, 열 전달 매체로서의 물이 상기 산의 열에 의해 상기 열 교환기에서 가열되고 적어도 부분적으로는 스팀으로 변환되고, 상기 물은 스팀으로부터 분리되는 산의 냉각 방법에 있어서,
    상기 산은 상기 열 교환기의 쉘 공간에 공급되고, 상기 물은 상기 쉘 공간에 배치되는 열 전달 요소들에 공급되고 적어도 부분적으로는 스팀으로 변환되고, 상기 열 교환기에서 발생되는 스팀은 스팀 드럼에서 물로부터 분리되고, 따라서 얻어진 물은 펌프에 의해 열 교환기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 산의 냉각 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기의 입구 및 출구에서의 산의 온도 및/또는 산 농도가 측정되고 상기 열 교환기에 공급되는 열 전달 매체의 유량과 연관되는 것을 특징으로 하는 산의 냉각 방법.
  3. 황산 설비의 흡수 기구로부터 빼내어지는 산을 냉각하기 위한 설비로서, 상기 설비는 뜨거운 산이 펌프 (10) 에 의해 산 펌프 탱크 (9) 로부터 공급되고 열이 상기 산으로부터 열 전달 매체로서의 물로 전달되는 열 교환기 (13), 스팀이 상기 물로부터 발생되는 스팀 발생기, 및 상기 냉각된 산을 상기 흡수 기구로 적어도 부분적으로는 재순환시키기 위한 복귀 도관 (15) 을 갖는 산을 냉각하기 위한 설비에 있어서,
    상기 열 교환기 (13) 는 열 전달 요소들로서 다수의 판들을 갖는 판 열 교환기 또는 다수의 튜브들 (14) 을 갖는 튜브 번들 열 교환기이고, 상기 열 교환기 (13) 는 상기 산 펌프 탱크 (9) 그리고 상기 복귀 도관 (15) 에 연결되고 그리고 도관 (25) 을 통하여 상기 가열된 열 전달 매체가 열 교환기 (13) 로부터 공급되고 상기 발생되는 스팀이 물로부터 분리되는 스팀 드럼 (22) 과 연결되고, 상기 스팀 드럼 (22) 은 상기 물의 순환을 위해 재순환 도관 (23) 을 통하여 열 교환기 (13) 와 연결되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 전달 요소들을 둘러싸는 상기 열 교환기 (13) 의 쉘 공간 (12) 이 상기 산 펌프 탱크 (9) 및 상기 복귀 도관 (15) 과 연결되고, 상기 열 교환기 (13) 의 열 전달 요소들은 상기 재순환 도관 (23) 및 상기 스팀 드럼 (22) 과 연결되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 전달 요소들을 둘러싸는 상기 열 교환기 (13) 의 쉘 공간 (12) 이 상기 재순환 도관 (23) 및 상기 스팀 드럼 (22) 과 연결되고, 상기 열 교환기 (13) 의 열 전달 요소들은 상기 산 펌프 탱크 (9) 및 상기 복귀 도관 (15) 과 연결되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기 (13) 는 상기 산 펌프 탱크 (9) 보다 더 높은 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    순환 펌프 (24) 가 상기 재순환 도관 (23) 에 제공되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  8. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수 기구 (2) 로의 복귀 도관 (15) 에, 상기 재순환된 산이 공정 급수와 혼합되는 혼합 챔버 (16) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  9. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기 (13) 와 상기 스팀 드럼 (22) 사이에 및/또는 상기 재순환 도관 (23) 에, 차단 밸브 (30, 31) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  10. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기 (13) 이전 및 이후에, 온도 측정 스테이션들 (32, 33) 이 상기 산 온도를 검출하기 위해 제공되고, 및/또는 농도 측정 스테이션들 (34, 35) 이 산 농도를 검출하기 위해 상기 열 교환기 (13) 및/또는 상기 흡수 기구 (2) 이전에 제공되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
  11. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 열 교환기들 (13) 이 서로 나란하게 제공되는 것을 특징으로 하는 산을 냉각하기 위한 설비.
KR1020127022236A 2010-02-01 2011-01-11 황산의 냉각 방법 및 설비 KR101687052B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010006541.2 2010-02-01
DE102010006541.2A DE102010006541B4 (de) 2010-02-01 2010-02-01 Verfahren und Anlage zum Abkühlen von Säure
PCT/EP2011/000074 WO2011091950A2 (en) 2010-02-01 2011-01-11 Process and plant for cooling acid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120139707A KR20120139707A (ko) 2012-12-27
KR101687052B1 true KR101687052B1 (ko) 2016-12-15

Family

ID=44243155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127022236A KR101687052B1 (ko) 2010-02-01 2011-01-11 황산의 냉각 방법 및 설비

Country Status (17)

Country Link
US (1) US8906133B2 (ko)
EP (1) EP2531446B1 (ko)
KR (1) KR101687052B1 (ko)
CN (1) CN102741159B (ko)
AP (1) AP2012006435A0 (ko)
AU (1) AU2011209094B2 (ko)
BR (1) BR112012019114B1 (ko)
CL (1) CL2012002119A1 (ko)
DE (1) DE102010006541B4 (ko)
EA (1) EA021625B1 (ko)
EG (1) EG26895A (ko)
ES (1) ES2514667T3 (ko)
MA (1) MA34022B1 (ko)
MX (1) MX2012008670A (ko)
PL (1) PL2531446T3 (ko)
WO (1) WO2011091950A2 (ko)
ZA (1) ZA201204830B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JOP20200123A1 (ar) * 2010-01-20 2017-06-16 Mecs Inc استرجاع الطاقة في تصنيع حمض السلفريك
EA027063B1 (ru) * 2012-06-06 2017-06-30 Хальдор Топсёэ А/С Способ окисления soв so
WO2015058804A1 (en) 2013-10-24 2015-04-30 Outotec (Finland) Oy Process for operating a sulfuric acid plant
WO2016096867A1 (en) 2014-12-19 2016-06-23 Outotec (Finland) Oy Process and plant for improved energy-efficient production of sulfuric acid
AU2016287352B2 (en) * 2015-07-02 2021-01-07 Haldor Topsøe A/S Process for production of sulfuric acid
BR102016003690B1 (pt) * 2016-02-22 2022-08-30 Nc Engenharia, Industria E Comercio Ltda Método e equipamento para resfriar ácido sulfúrico
CN107764103A (zh) * 2016-08-22 2018-03-06 宜兴市宏塍净化给排水制造有限公司 废硫酸冷却塔
KR102614218B1 (ko) 2017-07-06 2023-12-15 토프쉐 에이/에스 습식 가스 황산 플랜트에서의 층간 냉각 방법
JP2019067994A (ja) * 2017-10-04 2019-04-25 トヨタ自動車株式会社 積層基板とその製造方法
EP4043820A4 (en) 2019-09-27 2023-10-25 Clark Solutions LLC SAFETY BUFFERED MULTI-LUID HEAT EXCHANGER AND SAFETY BUFFERED MULTI-LUID HEAT EXCHANGE METHOD

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2766442A (en) * 1952-11-26 1956-10-09 Jr William H Meyer Leak detection apparatus
US4123107A (en) * 1977-02-03 1978-10-31 Freeport Minerals Company Integrated sulfur mining - sulfuric acid production system
US4996038A (en) * 1983-07-05 1991-02-26 Monsanto Company Heat recovery from concentrated sulfuric acid
US4576813A (en) * 1983-07-05 1986-03-18 Monsanto Company Heat recovery from concentrated sulfuric acid
US5130112A (en) * 1990-03-23 1992-07-14 Monsanto Company Method for recovering high grade process energy from a contact sulfuric acid process
DE10128032A1 (de) * 2001-06-08 2002-12-12 Outokumpu Oy Verfahren zum Schutz gegen Korrossion eines Stahlteils aus austenitischem oder halbaustenitischem Stahl bei der Herstellung von Schwefelsäure
DE10128774A1 (de) * 2001-06-13 2002-12-19 Outokumpu Oy Plattenwärmeaustauscher mit anodischem Korrosionsschutz
DE102004022506B4 (de) * 2004-05-05 2012-06-21 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure aus schwefeldioxidreichen Gasen
DE102005008109A1 (de) * 2005-02-21 2006-08-24 Outokumpu Technology Oy Verfahren und Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure

Also Published As

Publication number Publication date
US20130000869A1 (en) 2013-01-03
AP2012006435A0 (en) 2012-08-31
MX2012008670A (es) 2012-08-23
BR112012019114B1 (pt) 2019-11-12
WO2011091950A2 (en) 2011-08-04
KR20120139707A (ko) 2012-12-27
CN102741159A (zh) 2012-10-17
WO2011091950A3 (en) 2011-10-27
CN102741159B (zh) 2014-11-19
ES2514667T3 (es) 2014-10-28
AU2011209094B2 (en) 2013-11-14
BR112012019114A2 (pt) 2016-09-13
DE102010006541B4 (de) 2016-03-17
PL2531446T3 (pl) 2015-04-30
CL2012002119A1 (es) 2012-11-30
EP2531446B1 (en) 2014-09-03
EA021625B1 (ru) 2015-07-30
ZA201204830B (en) 2013-09-25
EG26895A (en) 2014-12-03
EA201290649A1 (ru) 2013-03-29
DE102010006541A1 (de) 2011-09-29
MA34022B1 (fr) 2013-02-01
US8906133B2 (en) 2014-12-09
EP2531446A2 (en) 2012-12-12
AU2011209094A1 (en) 2012-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101687052B1 (ko) 황산의 냉각 방법 및 설비
EP3233723B1 (en) Process and plant for improved energy-efficient production of sulfuric acid
US10875770B2 (en) Method and equipment for cooling sulphuric acid
CN105722786B (zh) 操作硫酸设备的方法
FI86666B (fi) Trycksatt pannanlaeggning.
CN102556982A (zh) 一种用于回收硫酸装置中的低温余热系统及其用途
FI121637B (fi) Menetelmä ja laite lämmönsiirtimen suojaamiseksi
CN203963889U (zh) 双对称管壳式硫酸冷却器
CN103836602B (zh) 双对称管壳式硫酸冷却器
US10294105B2 (en) Process and apparatus for cooling a gas containing SO2 and/or SO3 and water
CN211688265U (zh) 一种发烟酸生产系统
CN215353337U (zh) 一种甲醇合成塔内件泄漏监测装置
CN104321538B (zh) 用于压缩湿气流的装置
CN205556346U (zh) 硝酸酯废水处理系统
EP4122879A1 (en) Method and equipment for cooling sulphuric acid

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant