NO864647L - Fremgangsmaate og apparat for fremstilling av konsentrert svovelsyre. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte og apparat til fremstilling av konsentrert svovelsyre ved absorbsjon av svoveltrioksyd i svovelsyre.

I fremstillingen av svovelsyre fra svoveldioksyd i den klassiske kontaktprosessen blir en tørr svoveldioksydgass oppnådd som føres gjennom i en rekke katalysatorsjikt i hvilke i det vesentlige alt svoveldioksyd blir omdannet til svoveltrioksyd. Svoveltrioksydet blir deretter absorbert i svovelsyre i en eller flere absorbsjonstårn for å fremskaffe en konsentrert svovelsyre-strøm.

Typisk inneholder svoveltrioksydgass-strømmen fra de katalytiske omdanningssjikt 5-13 volum% svoveltrioksyd og blir generelt avkjølt til en temperatur i området 160 - 260°C før absorbsjonstrinnet. Svoveltrioksydet blir typisk fjernet fra gass-strømmen ved motstrømsabsorbsjon med svovelsyre i et teglsteinspakket absorbsjonstårn.

På grunn av de meget store varmemengder som generes ved absorbsjon av svoveltrioksydet og på grunn av ønsket om å unngå gjennomstrømning av uabsorbert svoveltrioksyd i den utløpende gass-strøm, krever absorbsjonstårn en stor syregjennomstrømning hvis svært varm, korroderende syre skal unngås. Videre er det også ønskelig at store syrekonsentrasjonsområder bør unngås under bruken av tilstrekkelig stor absorbsjonssyrestrøm. Typisk kan en syreproduktfjernestrøm representere bare 5 - 10% av den sirkule-rende syrestrøm inneholdt i absorbsjonstårnpakkingen og hjelpe-rør. Når man bruker materialer som er økonomisk tilgjengelig, er syretemperaturen typisk i området opp til 120°C.

Motstrøms nedoversyrestrøm og oppovergass-strøm gjennom tårnpakkingen krever at tårnet er konstruert for å fremskaffe tilstrekkelig tomrom til å tillate de to fluider å virke sammen og la begge passere og å unngå situasjonen kjent som "flooding" hvor gass-strømmen hindrer væskeavløp gjennom pakkingen. Dette problem er mest alvorlig hvor gassen først når pakkingen fordi dette er hvor gass-strømmen er størst på grunn av svoveltrioksydet som er tilstede i gassen og den varmeste (således lavest densitet) og resulterer i det største volum av gass-strøm gjennom tomrommet i pakkingen. Noe som øker problemet er at nedover-væskestrøm også er størst i den laveste pakkeregion som et resultat av at syren absorberer mest svoveltrioksyd fra gassen i denne regionen.

Absorbsjonstårn av nåværende konstruksjon krever fordelere på toppen av pakkingen for å spre den innkomne absorbsjonssyre over pakkingen slik at hele overflaten til pakkingen blir fuktet for å få maksimum absorbsjon av svoveltrioksydet.

En alvorlig mangel ved konvensjonelle absorbsjonstårn er behovet for tykke teglstenslag inne i tårnet for å unngå nærværet av varme tårnskall og varme foringer bak teglstenen. Varm gass (160-260°C) blir fødet, typisk i den lavere region av tårnet rett etter teglstensforingen - som blir, ufordelaktig, bare uregelmes-sig fuktet. Slike teglstensforinger øker kostnadene til et tårn og er vanskelig å installere ordentlig.

I tillegg er det typisk to behov i konflikt med hverandre som må tilfredsstilles i fjerningen av svoveltrioksyd ved syreabsorbsjon. Det er et behov for stor fjerning av svoveltrioksyd fra gassen uten å overskride konsentrasjons- og temperatur-grensene som er satt på svovelsyren som blir brukt, og et annet behov for å fjerne i det vesentlige all svoveltrioksyd i gassen til effektivitetsnivåer opp til 99,9% og høyere.

Det første behovet blir vanligvis gjennomført i bunnen 15 - 20% av pakkingen i tårnet, dvs. den første del av pakkingen som kommer i kontakt med innløpsgassen. Dette behovet beregner tårndiameteren og er således en fundamental faktor i tårnom-kostningene. De gjenværende 80 - 85% av pakkingen utfører svoveltrioksydabsorbsjonen til de høye nivå krevet av miljøverns-autoriteter og for hvilke det ikke er noe behov for en slik stor diametertårn eller stor syrestrøm.

Således er det videre en mangel ved konvensjonelle absorbsjonstårn at tårnene er overdimensjonert i toppen i forhold til den gjenværende del av tårnet og gasstettheten og strømmen og syrestrømmen i den øvre del.

Moderne fremgangsmåter for fremstilling av svovelsyre anvender de doble absorbsjonssystem som har to absorbsjonstårn, hver av hvilket lider av de ovennevnte mangler.

Det er en gjenstand ved foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et absorbsjonstårn og fremgangsmåte hvor tårnstørrelse og syresirkulasjonshastighet i tårnets pakkeregion er redusert under konvensjonell størrelse.

Det er videre en gjenstand ved foreliggende oppfinnelse å redusere den skadelige effekt av gassen på materialene i kon-struksjonen i bunnen av tårnet slik at tynnere eller ingen teglstensforing kan anvendes.

Herav i en av sine aspekter, fremskaffet oppfinnelsen et svoveldioksyd absorbsjonstårn omfattende: (a) en mantel; (b) et svovelsyre sprøytekammer inne i den lavere del av nevnte mantel; (c) en svoveltrioksyd pakket absorbsjonssone over nevnte sprøytekammer inne i nevnte mantel; (d) utstyr for å sprøyte en svovelsyrestrøm inne i nevnte sprøytekammer; (e) utstyr for å føde en varm gass-strøm inneholdende svoveltrioksyd til nevnte sprøytekammer, hvor en uttynnet svovel-trioksydgass-strøm blir produsert; (f) utstyr for å føde nevnte uttynnede svoveltrioksydgass-strøm

til nevnte pakkede absorbsjonssone;

(g) utstyr for å føde en svovelsyrestrøm til nevnte pakkede

absorbsjonssone;

(h) utstyr for å samle opp svovelsyrestrømmen fra nevnte

sprøytekammer og nevnte absorbsjonssone; og

(i) utstyr for å samle den resulterende gass-strømmen fra nevnte pakkede absorbsjonssone.

I en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen fremskaffes et tårn som her definert, som videre omfatter et side-sprøytekammer utenfor nevnte tårn og forbundet med nevnte svovelsyresprøytekammer.

I et videre aspekt fremskaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av konsentrert svovelsyre fra en varm gass-strøm inneholdende svoveltrioksyd, hvilken prosess omfatter: (a) å føde nevnte gass-strøm til et svovelsyresprøytekammer inne

i et absorbsjonstårn;

(b) å sprøyte en første tilbakesirkulert svovelsyrestrøm i

nevnte sprøytekammer for å utføre absorbsjon av en hoveddel av nevnte svoveltrioksyd fra nevnte gass-strøm i nevnte

tilbakesirkulerte svovelsyre for å fremstille en første anriket svovelsyrestrøm og en uttynnet svoveltrioksydgass-strøm;

(c) å føde nevnte uttynnede svoveltrioksyd gass-strøm til en svoveltrioksyd pakket absorbsjonssone ovenfor nevnte

sprøytekammer innen nevnte absorbsjonstårn;

(d) å føde en annen tilbakesirkulert svovelsyrestrøm til nevnte svoveltrioksyd absorbsjonssone for å utføre absorbsjon av i det vesentlige alt av nevnte svoveltrioksyd som er igjen i nevnte uttynnede svoveltrioksydgass-strøm for å fremstille en annen anrikede svovelsyrestrøm og en i det vesentlige

svoveltrioksydfri gass-strøm; (e) å oppsamle nevnte første og annen anrikede svovelsyre-strømmer; og (f) å oppsamle nevnte i det vesentlige svoveltrioksydfri gass-strøm .

De første og andre tilbakesirkulerte gass-strømmer som fødes til sprøytekammeret og den pakkede absorbsjonssone, kan komme fra en direkte felleskilde, eller kan hver strømme ut fra en passende og distingt syrekrets funnet innen en hel svovelsyrefremstil-lingsfabrikk. F.eks. kan den tilbakesirkulerte syren til det pakkede absorbsjonstårn fødes også fra enten en tørr, primær eller endelig tårnsyrestrøm eller enhver kombinasjon derav. Syretilførselen til sprøytekammeret kan strømme ut fra enhver av de ovennevnte pakkede absorbsjonssonesyrekilder eller også fra en videre separat krets. Fortrinnsvis strømmer de to fødeseriene fra en felles kilde av sirkulasjonssyre med volumet til sprøyte-kammersyre som er større enn volumet til den pakkede absorbsjons-sonesyre.

Således fremskaffes i en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte som ovenfor definert hvor nevnte første tilbakesirkulerte svovelsyrestrøm består av en hoveddel av en tilbakesirkulert felles svovelsyrestrøm og nevnte andre tilbakesirkulerte svovelstrøm består av en mindre del av nevnte tilbakesirkulerte felles svovelsyrestrøm.

De relative mengder av tilbakesirkulert syretilførsel til den pakkede absorbsjonssone og sprøytekammer beregnes av syre-temperaturene og konsentrasjonene av deønskede anrikede syre- strømmer. Under normale operasjonsbetingelser, vil syrestrøm-behovet til sprøytekammeret vanligvis overskride det til den pakkede absorbsjonssone. Men i det tilfellet hvor energigjenvinning eller andre betraktninger anvendes, er det mulig at det relative strømforhold kan variere slik at det motsatte er sant. Et slikt tilfelle ville være når meget varm syre fra sprøytekammeret er ønsket som kunne trenge et redusert volum av tilført, tilbakesirkulert syre til sprøytekammeret.

De to anrikede syrestrømmer kan enten kombineres inne i tårnet for å gå ut som en blanding av syrer, eller tas ut av tårnet som adskilte strømmer fra den pakkede absorbsjonssonen og sprøytekammeret. I det førstnevnte tilfellet i hvilke de to anrikede syrestrømmer blir kombinert, er det å anse at dette resulterer i en felles strøm av syreoverførsel sålenge det angår fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. På den annen side, er det med uttrykket "separat" krets ment at det ikke er noen direkte blanding av de anrikede syrestrømmer som kommer ut fra den pakkede absorbsjonssone og sprøytekammer.

Således kan det sees at de anrikede syrer fremstilt i de to forskjellige regioner av tårnet kan eventuelt være kombinert enten sammen og/eller med enhver annen passende syre som sirku-lerer inne i en hel svovelsyrefabrikk.

I en foretrukket utførelse blir en anriket syre fra den pakkede absorbsjonssone tillatt og føres gjennom sprøytekammeret og således bli kombinert med den anrikede syre fra sprøyte-kammeret .

For at oppfinnelsen skal kunne forstås bedre, vil foretrukne utførelser ifølge oppfinnelsen nå beskrives, ved hjelp av eksempler, med referanse til de medfølgende tegninger: Fig. 1 viser et vertikalt snitt av et svovelsyretrioksyd absorbsjonstårn ifølge oppfinnelsen;

fig. 2 viser et skjematisk snitt av en oppstilling av syresprøyter fordelt inne i tårnet i fig.l;

fig. 3 viser et vertikalsnitt av tårnet i fig. 1 utstyrt med en sideoppstilling av syresprøyter, og

fig. 4, 5 og 6 viser skjematisk syresirkulasjonssystemer assosiert med et absorbsjonstårn ifølge foreliggende oppfinnelse.

Absorbsjonstårnet vist i fig. 1 omfatter en karbonstålmantel 11 som har et utløpsgassutløp 12 i toppen og et varmgassinnløp 13 og et syreutløp 14 i bunnen.

Mantel 11 har i sin lavere del en indre foring 15 laget av syreresistent teglsten og en keramisk bærer 16, som sammen med bunnen av mantelen definerer et svovelsyresprøytekammer 17. Fordelt inne i kammeret 17 er det en oppstilling av syrefor-delingssprøyter 18 som leder fra et syreinnløp 19.

Innen mantel 11 over opplagring 16 er en svoveltrioksyd absorbsjonssone 20 pakket med keramisk sadelpakking gjennom hvilken gass og syre kan sive for å lave en hel og intim kontakt dem imellom.

Mantel 11 har i en øvre del et syreinnløp 21 og en støpe-jerns syrefordeler 22 over hvilken det er en tåkeeliminator 23 laget av glassfiber inneholdt i en rustfri stålramme.

Fig. 2 viser oppstillingen av syresprøyter 18 satt sammen som et flertall av parallelle rør som har et flertall av lav-trykks falldyser 24. En alternativ oppsetning av sprøyter kan arrangeres som en radial oppstilling av dyser innen sprøyte-kammeret .

Sprøyteoppstillingen som består av utstyret for å sprøyte svovelsyre inn i sprøytekammer 17 kunne, i en alternativ ut-førelse, fremstille syre som en ko-strøm, motstrøms eller kryss-strøms idet det ikke er noe tilbaketrykk av svoveltrioksyd over svovelsyren. Oppstillingen av sprøyter kan typisk være til å inspisere og til å settes tilbake på plass.

Fig. 3 viser et mer foretrukket absorbsjonstårn ifølge oppfinnelsen i hvilken mantelen 11 i fig. 1 er blitt modifisert ved å være påmontert et varmgassrør 25 laget av stål og påført syreresistent teglsten 26. Sidene av røret 25 definerer et sidesprøytekammer 27 utenfor tårnet og innenfor hvilket kammer 26 er det en sideoppstilling av syresprøyter 28.

I en alternativ form av tårnet i fig. 3 kan sprøyteopp-stillingen være fordelt innen en ytre forstørret nedoverstrøm-mende vertikal trakt for å behandle den varme svoveltrioksyden før innførsel i tårnet.

Fig. 4 viser en tilbakesirkulert vanlig syrekrets forbundet med et absorbsjonstårn hvor den første og andre anrikede svovel- syrestrømmer fra sprøytekammeret og pakkede absorbsjonen blir kombinert inne i tårnet og fjernet til pumpetank 29. Syrer fra tank 29 blir resirkulert og avkjølt gjennom varmeveksler 30 til sprøytekammer 17 og pakket absorbsjonssone 20 i henholdsvis større og mindre mengder. En produktavtakingslinje 31 er passende lokalisert som vist. Fig. 5 viser en alternativ tilbakesirkulert vanlig syrekrets hvor varmeveksleren 30 er plassert etter sprøytekammer syrestrøm-uttakspunktet og før inngangen til den pakkede absorbsjonssone. Et slikt arrangement tillater høyere temperaturer og eventuelt anvendes ved sammenslåingen av den totale tilbakesirkulerte syre. Fig. 6 viser separate syretilbakesirkuleringskretser for den pakkede absorbsjonssone og sprøytekammer. En separat føding og syrekrets for sprøytekammeret som tillater fremstilling av anriket syre ved høyere temperatur får høyere energigjenvinning.

I bruk representerer tårnene ifølge oppfinnelsen primære absorbere for bruk i en typisk 2.000 STPD svovelsyrefabrikk som mottar en svovelsyretrioksyd gass-strøm ved 200°C oppnådd fra 93% omdannelse av en 12% svoveldioksydstrøm.

Med referanse til fig. 1 og 4, tilføres en vanlig tilbake-sirkuleringssyrestrøm på 4.000 USGPM tårnet ved 80°C og 98,5% styrke. En hoveddel (2.500 gpm) blir fødet til sprøytekammeret og en mindre del (1.500 gpm) til det pakkede absorbsjonstårnet.

I den viste utførelse er diameteren i tårnet over den pakkede absorbsjonssone 20 fot og krever bare en 12 fots dybde på typisk 3" sadelpakking. Dette er å være i kontrast med behovet for 20 fots dybde av pakking i et tårn av konvensjonell konstruksjon for å oppnå den samme ytelse ved svoveltrioksydfjerning.

Syren som går ut ved bunnen av tårnet gjennom utløpet 14 forlater typisk ved 120°C og 99,2% styrke. Svoveltrioksyd absorbsjonseffektiviteten er typisk i overkant av 99,99%.

I en modifisert fremgangsmåte tilføres tårnet med referanse til fig. 1 og 5 den tilbakesirkulerte svovelsyre gjennom et pakket absorbsjonssoneinnløp 21 ved en lavere temperatur enn den som går inn gjennom sprøytekammerinnløpet 19. Syrestrømmen gjennom innløpet 19 kan avkjøles bare til 100°C, mens det gjennom innløp 21 avkjøles til 80°C. I dette tilfellet er det nå 84% av den totale varmen tilgjengelig for varmeoverføring over 100°C i kontrast til bare 51% av den totale varme som vist i det første eksempel prosessen hvor begge syrestrømmer ble avkjølt til 80°C.

Fordelen ved varmefjerning ved adskillelse av de to utførel-ser tillater ved signifikant konstruksjonsfleksibilitet ikke det tilsvarende i konvensjonelle enkelttårn konsepter.

Således kan det sees at forbedringen i svoveltrioksyd-absorbsjon i svovelsyre fremskaffet ved foreliggende oppfinnelse ligger i bruken av sprøyter av absorbsjonssyre mot tidligere absorbert svoveltrioksyd fra gass-strømmen før innføring i pakkemassen, med slike sprøyter lokalisert typisk i rommet under pakkingen og eventuelt i innløpet av gasstrakten. Syrestrømmen anvendt til sprøytene er hoveddelen av den tilbakesirkulerte syre i absorbsjonssystemet, med den mindre delen som blir brukt for å overrisle absorbsjonstårnpakkingen.

Mange fordeler står frem ved på forhånds-absorbsjonsprosessen beskrevet her.

Først blir teglstenen eller metallet i begynnelsesgass-sonen i hvilken sprøyter blir brukt kontinuerlig overrislet med kald syre, som beskytter foringene bak teglstenen. Også tynnere teglstensforinger kan brukes, som resulterer i sparinger i kapitalkostnad.

I alternative utførelser tillater bruken av nylig utviklede korrosjonsresistente metaller i begynnelsesgass-sonen i tårnet i utøvelsen av oppfinnelsen den fullstendige eliminering av syreteglsten.

En annen fordel ligger i bruken av et tårn av mindre størrelse som et resultat av redusert gass-strøm, høyere gass-tetthet, og redusert væskestrøm som trengs over pakkingen. Typisk kan tårndiameteren reduseres med opp til 25% for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

En tredje fordel ligger i reduksjonen i syrestrøm i distri-busjonssystemet, som tillater bruken av mindre rør, og lignende i tårntoppen.

Videre ligger det en fordel i muligheten til å variere syrestrømmen til sprøytene i samsvar med forandringer i svovel-trioksydabsorbsjon mens overrislingen over pakkingen forblir uforandret. Konvensjonelle fordelere er ikke lett skrudd ned i strømmen mens sprøytesystemer kan konstrueres som kan operere med redusert trykk eller med individuelle dyser skrudd av hvis ønsket. Denne fordel er spesiell brukbar hvis energigjenvinning skal utføres i absorbsjonsprosessen.

En videre fordel ligger i separeringen av hovedvarme-fjerningsoperasjonen forbundet med sprøytene, hvor en lav syretemperatur ikke er essensiell, fra kjølingen i pakkingen hvor god kjøling er krevet.

Claims (6)

1. En fremgangsmåte for fremstilling av konsentrert svovelsyre fra en varm gass-strøm inneholdende svoveltrioksyd, hvilken prosess omfatter: (a) å føde nevnte gass-strøm til et svovelsyresprø ytekammer inneholdt i et absorbsjonstårn; (b) å sprøyte en første tilbakesirkulert svovelsyrestrøm inni nevnte sprøytekammer for å utføre absorbsjon av en hoveddel av nevnte svoveltrioksyd fra nevnte gass-strøm inn i nevnte tilbakesirkulerte svovelsyre for å fremstille en første anriket svovelsyrestrø m og en uttynnet svoveltrioksydgass-strøm; (c) å føde nevnte uttynnede svoveltrioksydgass-strøm til en svoveltrioksyd pakket absorbsjonssone over nevnte sprøyte-kammer inne i nevnte absorbsjonstårn; (d) å føde en andre tilbakesirkulert svovelsyrestrøm til nevnte svoveltrioksyd absorbsjonssone for å utføre absorbsjon av i det vesentlige alt av gjenværende nevnte svoveltrioksyd i nevnte uttynnede svoveltrioksyd gass-strøm for å fremstille en annen anriket svovelsyrestrøm og en i det vesentlige svoveltrioksydfri gass-strøm; (e) å oppsamle nevnte første og andre anrikede svovelsyre-strømmer; og (f) å oppsamle nevnte i det vesentlige svoveltrioksydfri gass-strøm .

2. En fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor nevnte første tilbakesirkulerte svovelsyrestrø m består av en hoveddel av en tilbakesirkulert felles svovelsyrestrø m og nevnte andre tilbakesirkulerte svovelsyrestrøm består av en mindre del av nevnte tilbakesirkulerte felles svovelsyrestrøm.

3. En fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor nevnte første og andre anrikede svovelsyrestrø mmer er kombinert.

4. En fremgangsmåte som angitt i ethvert av kravene 1, 2 og 3 som videre omfatter å sprøyte nevnte gass-strøm med en del av nevnte første tilbakesirkulerte svovelsyre inne i et sidesprøyte-kammer utenfor nevnte tårn og forbundet til nevnte svovelsyre-kammer, før fø ding av nevnte gass-strøm til nevnte svovelsyre-kammer.

5. Et svovelsyre trioksyd absorbsjonstårn omfattende (a) en mantel; (b) et svovelsyre sprøytekammer innenfor en lavere del av nevnte mantel; (c) en svoveltrioksyd pakket absorbsjonssone over nevnte sprøytekammer innen nevnte mantel; (d) utstyr for sprøyting av svovelsyrestrøm innen nevnte sprø ytekammer; (e) utstyr for føde av varmgass-strøm inneholdende svoveltrioksyd til nevnte sprøytekammer hvor en uttynnet svoveltrioksyd gass-strøm blir produsert; (f) utstyr for fø ding av nevnte uttynnede svoveltrioksydgass-strøm til nevnte pakkede absorbsjonssone; (g) utstyr for føding av svovelsyrestrøm til nevnte pakkede absorbsjonssone; (h) utstyr for oppsamling av svovelsyrestrøm fra nevnte sprøyte-kammer og nevnte absorbsjonssone; og (i) utstyr for oppsamling av resulterende gass-strøm fra nevnte pakkede absorbsjonssone.

6. Et tårn som angitt i krav 5 som videre omfatter et side-sprøytekammer utenfor nevnte tårn og forbundet med nevnte svovelsyresprøytekammer.