Opis patentowy opublikowano: 15.12.1977 Twórca wynalazku: 91778 MKP BOld 53/26 COlb 17/74 Int. Cl.2 B01D 53/26 C01B 17/74 ¦¦-\ Ltitocj Uprawniony z patentu: Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen (Republika Federalna Niemiec) Sposób suszenia gazów zawierajacych SO2 jak tez powietrza do spalania siarki Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu suszenia gazów zawierajacych S02 ziwlaszcza gazów praizal- nych lub z rozszczepienia, jak tez powietrza do spalania siarki., za pomoca kwasu siarkowego.Niezaleznie od mokrej katalizy, podczas której przez zastosowanie wysokich temperatur gazu unika sie wydzielenia kondensatu kwasu siarko¬ wego na samym kontakcie i w nastepnych ukla¬ dach, przewodach rurowych i wymiennikach, zna¬ ne jest ze stanu techniki mozliwie dokladne su¬ szenie gazów zawierajacych S02) po ich oczyszcze¬ niu na mokro przez przemywanie stezonym kwa¬ sem siarkowym, przed doprowadzeniem ich do katalitycznego utleniania.Po oczyszczaniu na mokro gazy sa nasycone lub przesycone para wodna i suszy sie je nastepnie w wiezach z wypelnieniem, w przeciwpradzie, za pomoca 95—08% kwasu siarkowego. Za posred¬ nictwem ciepla rozcienczania i kondensacji kwas zostaje ogrzany przy temperaturze .narastajacej maksymalnie o 50°iC, do temperatury 60—75°C.W stosowanych zwykle urzadzeniach suszacych, stezenie kwasu siarkowego odplywajacego z wiezy suszarniezej zostaje ponownie podniesione za po¬ moca swiezego kwasu i kwas zostaje schlodzony.Podobnie postepuje sie podczas suszenia powiet¬ rza do spalania siarki i powietrza do rozcienczania.Oczywiscie ilosc wody, która ma byc skondenso¬ wana jest znacznie nizsza anizeli w gazach , pra-j zalnyoh.Cisnienie parcjalne pary wodnej nad 95% kwa¬ sem siarkowym i w temperaturze 50°C wynosi 0,0059 g/Nm3. Wieze zraszane, pracujace sposobem uprzednio opisanym, osiagaja jednak stopien wy¬ suszenia wynoszacy tylko 0,05, a w najlepszym ra¬ zie 0,03 g H20/Nm2. Jak wynika z badan (Peter, A. Chem. Techn. 22,410. (1970), te duza róznice od równowagi nalezy przypisac niskiemu stopnio¬ wi zwilzenia, wynoszacym 0,5 w konwencjonal¬ nych wiezach suszarniezych, to znaczy, ze tylko polowa zawartego w wiezy suszarniezej kwasu wzglednie ksztaltek wypelniajacych dochodzi do dzialania. Zjawisko to nalezy przypisac dosc zlej zwilzalnosci w temperaturze 50°C z powodu lep¬ kosci kwasu, jak tez stosowania niskiej intensyw¬ nosci zraiszania.Mimo tych faktów, w praktyce i w literaturze zakorzenila sie zasada eksploatowania wiez su- szarniczych przy maksymalnej temperaturze wzro¬ stu kwasu wynoszacej T=50°C. Poza tym zawsze podaje sie, ze konieczne jest suszenie do wilgot¬ nosci resztkowej 30, najwyzej 50 mg H20/Nm3, aze¬ by uniknac tworzenia sie mgly S03 — H20 pod¬ czas absorpcji kontaktowanych gazów w kwasie siarkowym.Stwierdzono, ze przy suszeniu gazów z S02, za¬ wierajacych wode, jak tez powietrza do spalania i rozcienczania, stosowanych przy wytwarzaniu kwasu siarkowego* mojze wystarczac znacznie niz¬ szy stosunek ilosci kwatsu do ilosci gazu. 917783 91778 4 Niniejszy wynalazek dotyczy wiec sposobu su¬ szenia za pomoca stezonego kwasu siarkowego ga¬ zów zawierajacych SOg jak tez powietrza do spa¬ lania i rozcienczania isitosowanych w procesie wytwarzania %kwasu siarkowego, przy czym spo¬ sób ten charakteryzuje sie tym, ze gazy przezna¬ czone do suszenia poddaje sie zetknieciu w czasie 0,2—2 sekund,, korzystnie 0,2—1,0 sekundy z dok¬ ladnie rozdrobnionym kwasem siarkowym o po¬ wierzchni 104—107 m2/h\, korzystnie 10B—106 m2/h, o stezeniu 96—07% wagowych i w tempera¬ turze 35^80°lC, zwlaszcza 50—70° specjalnie 55°^65°iG, przy czym nastawia sie je na wilgot¬ nosc reszlikowa wynoszaca 30—250 mg, korzystnie 50—200, specjalnie 80-^160 mg H^O/Nm*.Potrzebna do przenikania masy graniczna po¬ wierzchnia faz, zostaje przy tym wytworzona me¬ chanicznie. Moze to nastapic np. przez rozpyle¬ nie za pomoca dyszy. Przy rozpylaniu kwasu ko¬ nieczna ilosc materialu obiegowego nie jest juz zalezna od intensywnosci zraszania lecz jedynie jeszcze od pozadanego spadku stezenia miedzy materialem doprowadzanym i odprowadzanym.Tak np. dla powietrza w ilosci 60.00fr Nm»/h, przy wilgotnosci 15 g H^O/Nim* i przy spadku steze¬ nia od 96,0 do 95,5% H2S04 potrzebna 1000 m8 kwa¬ su na godzine w celu wysuszenia gazu.Jezeli "wybiera sie spadek^ stezenia na poziomie 1% (np. z 96,5% do 95,5% ^HaSO*), wówczas ilosc kwasu wynosi polowe, a wiec 50 mtyh. Przy up¬ rzednio podanej ilosci kwasu, stopien wysuszenia, do którego sie dazy, jest w wysokim stopniu za¬ lezny od mechanicznie wytworzonej granicznej powierzchni faz i mozna go ekonomicznie opty¬ malizowac, przy czym wymiary aparatury nie sta¬ nowia tu czynników ograniczajacych. Nie jest wy- , magana okreslona srednica kropelek. Dla suszenia jest decydujaca jedynie powierzchnia kropelek.Przy czasie przebywania maksymalnie 2 sekund, zaabsorbowana czasteczka wody moze przeniknac do kropili kwasu na glebokosc mniejsza od 100 A.Przy kroplach o srednicy wiekszej od 100 A ste¬ zenie rdzenia nie zostaje zmienione podczas pro¬ cesu suszenia.Doswiadczenia wykazalyj ze mozna tolerowac maksymalna wilgotnosc 250 mg H^O/Nm*, specjal¬ nie jezeli chodzi o tworzenie mgly S03 — H/).Szczególnie odpowiednie do suszenia gazów spo¬ sobem wedlug wynalazku sa np. tak zwane absorbe¬ ry yeniturrego, fctóreopisano w opisiepatentowym UFN, DAS nr 2 050579 i które zostaly zastosowane do absorpcji S03. Wlacza sie przy tym jedna za dru¬ ga, korzystnie 2 lub 3 suszarki rozpylowe.Dwie mozliwe formy wykonania zostaly opisa¬ ne za pomoca figur 1 i 2, przy czym kazdorazo¬ wo kombinowano po dwie suszarki rozpylowe, któ¬ rych elementy maja nastepujace oznaczenia: 1 = suszarka rozpylowa, 2 = suszarka rozpylowa, 3 = odistojnik kwaisu siarkowego, 4 = warstwa oczy¬ szczajaca, 5 = oddzielacz kropel, 6 = zbiornik na kwas obiegowy, 7 = wlot gazu, 8 = wylot gazu, 9, 9a == przewody doprowadzajace kwas, 10 _.== . d#sza przeciwpradowa;; Jl, 12 = dysze ^yenturi:ego, 13 = odprowadzenie rozcienczonego kwasu, 14 =- doprowadzenie stezonego Kwasu.Poprzez 7 zostaje doprowadzony gaz przezna¬ czony do suszenia, z szybkoscia 5—30 m/s, korzy- stnie 10—15 m/s a przy 1 i 2 nad 9 i 9a zostaje on doprowadzony do zetkniecia z kwasem siarko¬ wym o stezeniu 95^09% wagowo, korzystnie 96— —98%. Wedlug korzystnej formy wykonania,przed¬ stawionej na figurach 112, mozna wbudowac io miedzy pierwsza i druga dysze rozpylowa Ven- turi'ego, 11 i 12 dysze przeciwpradowa 10, przez która wprowadza sie trzeci czesciowy strumien kwasu. Dysze przeciwpradowa 10 laczy sie z prze¬ wodem 9a doprowadzajacym kwas.Temperatura kwasu prowadzonego w obiegu zamknietym przez zbiornik 6 — wynoszaca okolo —80°C — utrzymywana jest bez chlodzenia na poziomie stalym, poniewaz tworzace sie cieplo zo¬ staje odprowadzone z wysuszonymi gazami. Tem- peratura gazu odprowadzonego i temperatura kwaisu sa jednakowe w kazdym etapie pracy.Temperatura kwasu ustala sie w zaleznosci od temperatury i wilgotnosci gazu poddawanego su¬ szeniu i dlatego podlega ona wahaniom w dlugich okresach czasu (zalezy od pory roku). Ze zbiornika 6 odciaga sie przewodem 13 czesc rozcienczonego kwasu i miesza sie ze swiezym stezonym kwasem doprowadzanym przewodem 14 w celu osiagniecia poczatkowego stezenia. Stosunek gazu do przet- M laiczanego kwasu zalezy, przy zalozonym spadku stezenia miedzy kiwasem doplywajacym i odplywa¬ jacym, od zawartosci wody w gazie.Przy spadku stezenia kwasu np. z 97 do 96% i przy wilgotnosci powietrza 5—30 g/iNm8 stosunek kwasu do gazu wynosi 0,27^1,65 m3/1000 Nm3, a przy wilgotnosci gazu prazalnego 20—50 g/Nm3 1*1—2,75 m3/1000 Nm3 gazu prazalnego.Spadek stezenia kwasu moze wynosic równiez wiecej anizeli 1%, moze on wynosic do 3%. Uprzed- 40 nio przytloczone cyfry dotyczace stosunku zmniej¬ szaja sie wówczas odpowiednio, przy róznicy 3% np. do V3. Dotychczas do suszenia stosowano naj¬ czesciej wieze wypelniona ksztaltkami, która pra¬ cowala przy szybkosci gazu okolo 1 Nm/sek. i przy 45 intensywnosci do 15 m8 kwasu/m^, tak ze nieza¬ leznie od stopnia wilgotnosci gazów poddawanych suszeniu, stosunek przetlaczanego kwasu do gazu wynosi okolo 4,2 m3/1000 Nm6. Spadek stezenia kwasu obiegowego jest przy tym funkcja wilgot- 50 noscigazu. ' Kwas siarkowy doprowadza sie kazdorazowo w miejisou zwezenia skrubera z taka szybkoscia we wspólpradzie do suszonego gazu, ze w gazie rozprowadzony zostaje kwas o duzej powierzchni 55 (10*—lf0« m2/th).Kazdorazowo w najwezszej strefie skruberów nastawia sie szybkosci gazu i kwasu na poziomie okolo 20—35 m/sek, przy stosunku szybkosci w strefie zwezonej do strefy poszerzonej wynosza- «) cym 1,5:1 do 3;1.W postaci wykonania przedstawionej na fig. 1, przed rozdzielaczem kropli 5, wbudowana jest warstwa oczyszczajaca 4 z niezraszanymi ksztalt¬ uj ,<¦ kiami, iktpra przede wszystkim powoduje powie- •5 91778 6 kszanie sie kropelek kwasu. Oprócz tego gaz zo¬ staje dodatkowo osuszony przez zatrzymany kwas.Oddzielenie kropelek nastepuje w oddzielaczu 5. Ja¬ ko oddzielacze moga byc zastosowane znane, w technice, filtry.W postaci wykonania wedlug fig. 2 rezygnuje sie z warstwy oczyszczajacej i oddzielanie krope¬ lek nastepuje tylko z oddzielacza 5.W znanydh sposobach i w sposobie wedlug wy¬ nalazku bezposrednim miernikiem wymacanej ob¬ jetosci .urzadzenia jalk (tez ekonomicznosci jest ko¬ nieczny czas przebywania (obrabianego materialu).Tak np. w przypadku .tradycyjnej wiezy suszar- niczej czas przebywania wynosi 3,3 sek., a w przy¬ padku wysokoszybkosciowej suszarki rozpylowej wedlug figury /wynosi on tylko 0,6 sek.Miara funkcjonalnego dzialania jest: stopien osuszenia = wilgotnosc w .stanie równowagi rzeczywista wilgotnosc gaziu i dla wiez do suszenia wynosi on przy 50°C 0,118—0^196; a dla suszarek rozpylowych przy 65°C 0,22 v , Uzyskiwane efekty wynikaja z ponizszych porów¬ nan: Wilgotnosc w stanie równowagi nad 95% H^SO* przy 50°C = 5,9 mg/Nm* przy 65°C = 22 mg/Nni* Rzeczywista wilgotnosc gazu w wiezach o pier¬ wotnej budowie, szybkosc gazu 1,2 m/sek przy 50°C = 30—60 mg/Nm* w suszarkach rozpylowych szybkosc gazu do m/isek przy 65°C = 100 mg/Nims.Zastosowanie zaproponowanego sposobu susze¬ nia bez, wzglednie przy slabym chlodzeniu gazu jest szczególnie korzystne w urzadzeniach do spa¬ lania siarki. W urzadzeniach tych wyzsza zawar¬ tosc energii spalanego powietrza moze byc oddana po procesie spalania, korzystnie w postaci pary.Przy zastosowaniu tej wysokoszybkosciowej su¬ szarki rozpylowej konieczne sa mniejsze inwesty¬ cje, poniewaz aparat ten w porównaniu z trady¬ cyjnymi wiezami do suszenia jest duzo mniejszy.Zrezygnowanie z chlodzenia kwasu powoduje osz¬ czednosci na chlodnicy i stale zaoszczedzanie energii chlodzenia. Przy spadku stezenia doply¬ wajacego i odplywajacego kwasu do suszenia wy¬ noszacym 1% mozna zmniejszyc ilosc przepompo¬ wanego kwasu do 70% w porównaniu z tradycyj¬ nymi urzadzeniami do suszenia.Ponizej na podstawie przykladów objasnia sie Tlizej sposób wedlug wynalazku. "*" Przyklad la. W urzadzeniu wedlug fig. 1, jednak bez uruchomiania dyszy przeciwpradowej do wprowadzania trzeciego, czesciowego stru¬ mienia kwasu, suszono 50 000 Nim* powietrza/h o wilgotnosci 4,0 g H^O/Nim*. Temperatura gazu wchodzacego wynosila 3,4°C, stezenie kwasu wy¬ nosilo 96i,4% HaS04 a jego temperatura 34°C. Osu¬ szone powietrze wykazalo wilgotnosc resztkowa 66 mig H^O/Nim* i temperature okolo 34°C. Obieg kwasu wynosil 120—180 rnityh, W warunkach pro¬ wadzenia procesu powierzchnia rozpylonego H3SO4, wynosila 1,53:10* m2/h.Przyklad Ib. W urzadzeniu jak w przykla¬ dzie la suszono taka sama ilosc gazu, ale o wil¬ gotnosci 7,0 g H^O/Nm3. Stezenie kwasu wynosilo 96,3% HzSC4 a temperatura kwasu, wynosila 41°C. s Wilgotnosc resztkowa wynosila w tym przypadku 10i2 mg H20/Nm*. Obieg kwasu wynosil 120— li80 m*/h. W warunkach prowadzenia procesu po¬ wierzchnia rozpylonego H2S04 wynosila 1,07- •105 m*/h.Przyklad Ilia. W urzajdfceniki przedstawio¬ nym na fig, 1 suszono gaz w ilosci 60.000 Nm'/h i o wilgotnosci 5fi g H^O/Nlm8. Temperaturai gazu wchodzacego wynosila 7°C, temperatura kwasu ^33°C, a stezenie kwasu 96,3—96% H2SO4. Odnoszo- ne powietrze wykazywalb wilgotnosc reszftkiowa 43 mg H20/N1m*. W warunkach pracy rozpylany kwas siarkowy wykazywal pciwierzchnie ,3,3 • • 105 m2/h. Obieg kwasu wynosil okolo 51 m*/h.Przyklad Ilb. W urzadzeniu, jak to opisa- 29 no w przykladzie Ha, suszono 60.000 Nim* po¬ wietrza/h o* wilgotnosci 14,9 g H^O/Nm3. Tempe¬ ratura kwasu wynosila G^G* stezenie kwasu wy¬ nosilo 96,5—96% H2SO4. Znaleziona wilgotnosc resztkowa osuszonego powietrza wynosila 81 mg H20/Nni3. W warunkach pracy rozpylany kwas siatrkowy wykazywal powierzchnie 3,6 • 105 m2/h.Obieg kwasu wynosil okolo 50 m*/h.Przytklad HI. W urzadzeniu wedlug fig. 2 suszono 60.000 Nm* o wilgotnosci 19 mg H20/Nm3 i temperaturze^ 22°iC. Ilosc wprowadzonej wody wymostiila przy tym 1j140 kg/h. Przy stezeniu wejsciowym 96^5 % w przewodach 9 i 9a i w dyszy 10 oraz przy stezeniu wyjsciowym w od- stojtniku 3 obieg kwasu wynosil 118 m*/h, Tem- perartura na wlocie i wylocie kwasu* jak tez -przy wylocie gazu wynosila 77°C Rozpylany kwas siarkowy wykazywal powierzchnie 4,50 • 105 m2/h.Wilgotnosc resztkowa wynosila 95 mg HjO/Nm1.Przyklad IV. W urzadzeniu) wedlug fig. 2 40 przeprowadzono suszenie W takich samych wa¬ runkach jak w przykladzie IH'. Przez zmienione ustawienie dyszy wytworzono jednak powierzch¬ nie kwasu 9 • 105 m2/h. Wilgotnosc resztkowa wy¬ nosila w tym przypadku 65 mg AO/Nm1. 45 PL