Способ конденсации серной кислоты Советский патент 1993 года по МПК C01B17/74 

Описание патента на изобретение SU1838232A3

ел

с

Похожие патенты SU1838232A3

название год авторы номер документа
СПОСОБ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1990
  • Скоуби Петер[Dk]
RU2018483C1
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ SO ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ РЕАКЦИЕЙ С HO 2003
  • Нильсен Мортен Теллефсен
  • Скобю Петер
  • Кристенсен Курт Агербэк
RU2346731C2
Способ очистки увлажненных горячих отходящих газовых потоков 1987
  • Гарретт Л.Моррисон
SU1757444A3
Способ получения серной кислоты 1987
  • Зотов Борис Георгиевич
  • Морозов Альберт Васильевич
  • Колганова Тамара Георгиевна
  • Киприянов Юрий Иванович
  • Гзовский Александр Степанович
  • Решетов Владимир Александрович
  • Яковлев Александр Петрович
  • Данилов Сергей Николаевич
SU1717536A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ 2004
  • Кристенсен Курт Агербек
  • Шубай Петер
RU2350551C2
СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ДАННОМ СПОСОБЕ 2017
  • Мёллерхой, Мартин
RU2762755C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ 1971
  • Хальдор Топе Дани
  • Жерар Таре Франци
  • Иностранна Фирлга
  • Сосьете Насиональ Петроль Акитэн Франци
SU305638A1
СМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ПОТОКОВ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ТРУБЕ 2005
  • Хансен Микаэль Бо
RU2385183C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО ИСХОДНОГО СЫРЬЯ С БЫСТРЫМ ГАЗОВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ 2017
  • Теллефсен Мортен
  • Мёллерхой Мартин
RU2746896C2
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ SO ИЗ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ ИЗ ПАРОВОГО КОТЛА 2012
  • Шоубие Петер
RU2604746C2

Иллюстрации к изобретению SU 1 838 232 A3

Реферат патента 1993 года Способ конденсации серной кислоты

При концентрации серной кислоты из газов, содержащих пары серной кислоты и избыток водяного пара, например образующихся на электростанциях, достигают суще- ственного уменьшения количества мельчайших капелек серной кислоты (так называемого кислотного тумана), выделяющихся в окружную среду, даже в случаях, когда заводы по производству серной кислоты снабжены аэрозольными фильтрами, при концентрации мельчайших центров конденсации в газе от 109 до 1012 твердых частиц на 1 нм3 на 0,1 % п ров H2S04 в газе. Центры конденсации могут образовываться, например, при сгорании углеводородов с 2 атомами углерода или кремния или быть внесены в виде дыма от электрической дуги или сварки. 11 з.п. ф--лы, 1 табл. 4 ил.

Формула изобретения SU 1 838 232 A3

Изобретение относится к способу получения серной кислоты конденсацией паров серной кислоты из газовой смеси, содержащей от 6.01 до 10 об. % до паров с&рной кислоты (при условии, что ЗОз полностью гидратируется), и от 0 до 5 об.% водяного пара, прямым или косвенным охлаждением в поглотительной баше, орошаемой серной кислотой.

При производстве серной кислоты во многих случаях получают ее в виде паров с примесью водяного пара, например, в случае получения серной кислоты, включающего каталитическое окисление (обычно, на промотированном щелочью ванадиевом катализаторе) S02 до 50з, который впоследст- вии гидратируют водным паром с

образованием паров серной кислоты, конденсируемых при охлаждении. Этот процесс получения серноР кислоты важен, между прочим, в связи с очисткой дымовых газов от серы.

При конценсации паров серной кислоты, которая происходит при охлаждении-в различных условиях, образуется, так называемый, кислотный туман (сернокислый туман), т.е. вид аэрозоля, содержащий очень маленькие капельки серной кислоты в газовой смеси, на которых конденсируется серная кислота, и которые обычно содержат водяной пар в большем количестве, чем необходимо для полной гидратации ЗОз в H2S04. Важно предотвратить выброс значительных количеств кислотного тумана в ок00

со,

00

ю

СА) Ю

СО

ружающую среду. Из соображений охраны окружающей среды максимальная утечка сернокислого тумана может составить около 40 мг H2S04/HM3, соответствующая 9 миллионам долям H2SQ4.

В соответствии с изобретением образование активных центров конденсации может происходить охлаждение в серно-кислотной башне насадкой в противотоке с серной кислотой.

Способ, соответствующий изобретению, можно также применять при охлаждении газовой смеси, содержащей серную кислоту, в колонках (в основном, вертикальных) с внешним охлаждением в которых газовая, смесь поступает снизу вверх в противотоке с, предпочтительно, газообразным внешним хладагентом.

Изобретение особенно полезно в комбинации с известным способом отличается тем, что при его использовании для конденсации паров серной кислоты, которые после конденсации стекают через колонку вниз в виде жидкости, получают высококонцентрированную серную кислоту, указанные пары H2S04 получают из газов, содержащих от 0,01 до 10% по объему паров НаЗОз {рассчитано в предположении, приведенном выше) и от 0 до 50% об. водного пара, причем газ подают снизу при температуре по крайней мере, сернокислотной точки росы в условиях давления и температуры, преобладающих в колонке, и охлаждают при прохождении вверх до температуры на выходе Та, которая ниже, чем температура, при которой давление паров HaSO/i около 2 бар в равновесии с парциальным давлением водяного пара, преобладающего в конце на выходе из колонки; при этом колонки охлаждают снаружи газообразным веществом, которое, в основном, течет в противотоке.с газом, содержащим серную кислоту. Указанное газообразное веществе, в свою очередь, нагревается от исходной температуры TAiO-50°C до конечной температуры ТАг, которая удовлетворяет условию:

а-30-10 а °С где Т а и о. имеют значения, указанные выше.

i

На фиг. 1 схематически изображен завод, подходящий для проведения процесса в соответствии с изобретением; на фиг, 2 - графики, показывающие содержание кислотного тумана в выпускаемом газе после аэрозольного фильтра и после добавки различных количеств твердых частиц; на фиг. 3 - экспериментальная установка; на фиг. 4 - фильтр, примененный в этой установке..

На фиг. 1 показан завод, нэ котором способ, соответствующий настоящему изобретению, может быть реализован соответствующим образом вместе с очисткой дыма

от котла силовой станции, топливом для которого являются уголь и нефть, содержащие серу. Дым от котла 1 охлаждают в секции предварительного охлаждения 2 и затем в бойлере 3 до приблизительно 200°С

0 перед пыльным фильтром 4, на котором содержание летящей золы и частиц, пыли из дыма уменьшают до количества менее 20 мг/нм предпочтительно ниже 5 мг/нм3 с помощью мешочного фильтра. Среди раз-.

5 личныхтипов мешочных фильтров особенно предпочтительны те, которые содержат мембраны из тефлона (политетрафторэтилена), которые задерживают все частицы вплоть до частиц с диаметром менее 0,01

0 мкм. Затем дым нагревают в теплообменнике 5 приблизительно до 390°С и прямым нагнетанием на нефтяной горелке 6 нагревают до 420°С в реакторе, в котором около 96% присутствующего в газе ЗОз превраща5 ется в ЗОз с помощью промотированного щелочью ванадиемого катализатора. Этот катализатор обладает следующим свойством, В процессе он поглощает около 90% оставшейся в газе пыли вследствие того, что

0 поверхность катализатора увлажнена расплавом щелочных пиросульфатов. Затем газ, содержащий ЗОз. охлаждают в теплообменнике 5 до температуры около 250°С, после чего основную часть содержащего в газе

5 ЗОз гидратируют до паров H2S04, которые затем конденсируют в жидкую серную кислоту на вертикальных, охлаждаемых газом стеклянных колонках в конденсаторе серной кислоты 8 (стеклянная трубчатая баш0 ня), где газ охлаждается до 100°С, а охлаждающий газ в то же время нагревается обычно до 20°С до 190°С, Стеклянные колонки имеют такие же размеры в таких же условиях, как о экспериментальной установ5 ке, показанной на рис. 3. колонки смонтированы, как в известном трубчато-листовом теплообменнике (Donald Q. Kern. Process Heat Transfer, 1950. с, 127-136}, где воздух течет по внешней стороне стеклянных коло0 нок в противотоке с газом о колонках и, вследствие наличия перегородок в теплообменнике, шесть раз проходит в противотоке с газом в колонках, На каждой стеклянной колонке укреплен капельный фильтр для от5 деления капелек серной кислоты. Фильтр 4 и реактор 7 обычно гарантируют, что количество частиц в газе меньше, чем оптимальное для отделения серной кислоты нэ капельном фильтре, который, конечно, необходимым для оптимизации отделения капелек кислоты при добавлении частиц к потоку газа.

На заводе (фиг. 1} добавка частиц активных центров происходит с помощью нефтяной пламенной горелки 6, которая, в свою очередь, выполняет две функции,контролируемые автоматически с помощью управляемого компьютера 9: поддерживать температуру газа, подаваемого в SO, конвертер при определенной температуре (420°С), что достигают регулировкой подачи нефти в горелку; генерировать оптимальное количество активных центров, что осуществляют одновременно регулировкой скорости подачи воздуха/нефти на горелку таким образом, что сигнал на управляющий компьютер от автоматически действующего измерителя кислотного тумана 10 в газе после конденсатора серной кислоты показывает минимальное содержание кислотного тумана или, по крайней мере, что содержание кислотного тумана ниже установленного максимума 10 миллионных долей H2S04. Управляющий компьютер осуществляет регуляцию в соответствии с общеизвестными принципами. Если вместо нагрева S02 - содержащего газа перед реактором на нефтяной или пропановой газовой пламенной горелке выбирают непрямое нагревание, добавка частиц может происходить в виде дыма от электрической дуги, или от сжигаемых углеводородов, или в виде аэрозоля раствора, например сульфата железа. Скорость добавки частиц регулируют с помощью регулировочного контура, содержащего постоянно действующий измеритель содержания кислотного тумана в газе после конденсации серной кислоты. В качестве пыльного фильтра предпочитают мешочный фильтр, т.к. он наилучшим образом осуществляет то, что частицы присутствуют в дефиците,

В то время, как действующий завод (фиг. 1) содержит очень большое количество колонок, например, для силсьой станции, имеющей производительность 309 Mtjj, количество колонок равно 60000, экспериментальная установка, показанная на фиг. 3, содержит только одну колонку. Она может перерабатывать до 20 газа, содержащего серную кислоту, причем газ готовят путем отбора воздуха из комнаты с помощью воздуходувки 11, воздух нагревают о электрическом нагревателе 12 и смешивают его с водяным паром и газообразным S02 для получения желательного состава газа. Газовую смесь ззтем нагревают до приблизительно 420°С в электрическом нагревателе 13, после которого смесь пропускают через каталитический реактор VI, а

котором около 96% содержащегося в газь SO окислителя, образуя 50з при помощи сернокислотного катализатора известного типа, содержащего ванадий и калий п кзче- 5 стве активных компонентов. Затем газ охлаждают в темплообменнике 15 до температуры около 250°С (П) перед входом в конденсатор серной кислоты, состоящий из одной стеклянной колонки 16, имеющей

10 длину 6 м, внутренний диаметр 36 мм и внешний диаметр 40 мм более 5,4 м длины стеклянной колонки заключены в большую трубку, через которую охлаждающий воздух проходит от воздуходувки 17, охлаждая га5 зоаый поток в колонке 16. который движется в противотоке с потоком воздуха во внеш- ней трубке. Внешнюю трубку изолируют 100 м минеральной шерсти. Охлаждающий ооз- дух можно вводить через один из клапанов

0 18-21, при этом охлаждаемую зону можно устанавливать 5,4; 4,95; 4,55 или 4,05 м соответственно. Условия тока охлаждающего воздуха подбирают таким образом, что объем теплопередачи (h т) на внешней стороне

5 колонки такой же, как в соответствующей колонке промышленного предприятия.

На фиг, 4 изображен один из нескольких возможных типов фильтров для испсльзова- пия на экспериментальной установке. Он

0 состоит из цилиндрнчс ,кой стеклянной трубки, которую D дальнейшем отмечают, как патрон фильтра 22, имеющей внутренний диаметр 46 мм и длину 200 мм. Патрон фильтра 22 имеет в дне горловины 23, внеш5 ний диаметр который 40 мм; с помощью внешней плотно пригнанной муфты из тефлона 24 к горловине присоединяют стеклянную трубку 16, имеющую такой же внешний диаметр, перепад даслеп я в ппт0 ропе фильтра измеряют с помощью отводи

25. проходящего через муфту, В пзт.ооп фильтра помещают фильтрующее вещество26. оно состоит из волокон фтсруглеродпого полимера, имеющих толщину 0.33 мм п соединенных а ткань с толщиной около 150 м.м.

5 свернутой тканью патрон. Это г сверток имеет такой же диаметр, как и BI утренний диаметр пзтропо фильтра. Волокнистый .материал составляет примерно 7% объема свертка. Когда кспел и роен кисло0 ты, присутствующие с газе, движутся снизу

вверх через сверток, их улшз., и сим

собираются и образуют большие капл:--. ко торые стекают сверху вниз в протпсогокд с

газом, и проходят дальше п стеклянную

5 трубку.

Сумма экспериментальных результатов представлена в таблице, где Ti - темг,е;х::ту- рз газа на входе в колонку, г-:/с, обозчлчзй: скорость газз при прохождении через

фильтр; Ар- спад давления в фильтре, мбар (миллибарах); ТЛ, TAi и ТАа имеют значения, данные ранее.

При повторении этих экспериментов обнаружено, что при других неизвестных условиях фиксируют значительное снижение содержания кислотного тумана после фильтра, когда дым от сигарет, искры от точильного камня или дым от электросварки добавляют к воздуху, направленному на воздуходувку 11 (фиг. 3), или когда добавляют дым от сжигания углеводородов с количеством атомов углерода в молекуле более двух при условии, что отношение воздух/топливо устанавливают.таким, чтобы пламя едва светилось. Когда добавляют большее количество дыма, содержание кислотного тумана после фильтра снова резко возрастает. Содержание кислотного тумана после фильтра в экспериментах, представленных в таблице 1, может также сильно меняться при изменении только нагрузки на воздуходувке 11, используемой в этих экспериментах; причем воздуходувка - это обычный домашний пылесос марки Hitfisk снабженный мотором, с коллектором, который охлаждает воздухом, проходящим через воздуходувку. Содержание капелек серной кислоты в газе после фильтров значительно уменьшается, когда нагрузку на мотор увеличивают,прикрывая клапан,пропускающий воздушный поток до и после воздуходувки.

При большей нагрузке коллектор больше искрит, вследствие чего большое количество частиц угла и металла поступает в воздух от электрических точек контакта с ротором мотора.

Измерения кислотного тумана выполнены непрерывно действующим фотометрическим измерителем аэрозоля, который .обычно калибруют по газам, содержащим химически определенное количество НаЗСм. Что касается условий процесса, таких как поток, температуры, длина охлаждаемой зоны и перепад давления, их выбрали из таблицы и повторили здесь, варьируя содержание активных центров.

При повторении эксперимента 1-1 было обнаружено следующее содержание НаЗОз в газе после фильтра:

1. От 6 до 10 миллионных долей при использовании чистого вводимого воздуха и такой же нагрузки мотора, как в исходном эксперименте.2. Содержание кислотного тумана падения до величины около 1 миллионной доли при увеличении нагрузки до величины, близкой к предельной нагрузке мотора, после чего количество кислотного тумана снова заметно увеличится при перегрузке мотора.3. От 5 до 100 миллионных долей с чис- тым воздухом, когда вместо упомянутого выше пылесоса применяли воздуходувку, в которой воздух не контактирует с мотором. Очистка вводимого воздуха на мешочном фильтре незначительно меняет содержание кислотного тумана. В следующих экспериментах применяли воздуходувку, в которой воздух не контактирует с мотором.4. Добавка нескольких см3/с дыма от электросварки например, с железными

электродами, к газу, подаваемому со скоростью 14 нм3ч, снова вызывает уменьшение содержания кислотного тумана от 0 до 1 Миллионной доли . Однако большое количество дыма сварки резко увеличивает

кислотный туман. При добавке около 100 нм /с дыма от сварки содержание кислотного тумана растет до 1000 млн. долей, это означает, что почти вся H2S04 их вводимого в колонку газа проходит через аэрозольный

фильтр А. Фильтр другой конструкции, помеченный Вт, с таким же спадом давления, как в фильтре А, не является более эффективным, чем фильтр А, в то время, как фильтр Ва удаляет кислотный туман до уровня ниже 50-100 млн долей после фильтра при передозировке дыма от сварки.

5. Кислотный туман также исчезает до уровня ниже 1 млн, доли НаЗОз при добавке

к поступающему газу аэрозоля из частиц сульфата железа, который готовят из воздушного аэрозоля, капель 20% раствора сульфата железа, который атомизируют с помощью сжатого воздуха, после чего испаряют воду, содержащуюся в капельках, при 300°С перед тем, как твердый остаток добавляют к газу. Раствор сульфата железа необходимо атомизировать со скоростью 5-10 см /мин, чтобы получить оптимальное

удаление кислотного тумана.

6. Добавка к газу SOa перед реактором

дыма от сжигания дизельного топлива на

нефтяной горелке дает эффект по уменьше нию содержания кислотного тумана после

аэрозольного фильтра, показанный на фиг. 2. Добавка около 5% нефтяного дыма в газ, проходящий на конденсационную колонку, уменьшает кислотный туман до 0-1 млн доли, в то время, кзк добавка больших количеств нефтяного дыма вызывает повышение содержания кислотного тумана после фильтра до нескольких сотен миллионных долей НаЗОз. Понижая избыток воздуха в пламени так, чтобы установить более желтое пламя, до появления копоти, снижают

количество нефтяного дыма, необходимое для понижения содержания кислотного тумана до минимума в 0-1 млн. долей (штриховая линия на фиг. 2). Это указывает, что очень маленькие частицы в дыме действуют как активные центры, что частицы полностью или частично проходят через реактор для каталитического окисления S02, не окисляясь.

7. Дым от сжигания пропана или бутана оказывает в основном такое же действие на кислотный туман, как и дым от сжигания нефти. Дым от сжигания этана дает слабый эффект и активен только в случае дефицита воздуха. Дым от сжигания метана не дает эффекта на кислотный туман даже при дефиците воздуха, предполагают потому, что в метановом пламени не получаются частицы угля в этом эксперименте.8. Помещение на пути газового потока перед реактором очень эффективно мешочного фильтра, имеющего мембраны из тефлона R которые задерживают все частицы с размером выше, чем приблизительно 0,01 мкм, и дает содержание H2S04 после аэрозольного фильтра от 50 до 100 мл долей H2S04, независимо от того, сколько воздуха добавили перед мешочным фильтром от искрящего мотора, с коллектором, или дыма сварки, или дыма от сжигания углеводородов (см. п. 6 или 7). Это показывает, что частицы, а не другие параметры, относящиеся к представленным экспериментам, оказывают эффект, проявляющийся на содержании H2S04 в газе после аэрозольного фильтра.

Добавка частиц к газу изменяет только ширину температурного интервала и минимальное содержание HaSCM, получаемое после аэрозольного фильтра, Это происходит вследствие того, что присутствие в подаваемом газе либо очень маленького, либо очень большого количества частиц вызывает сужение температурного интервала и увеличивает минимальное содержание H2S04, получаемое после фильтра, и/или увеличивает спад давления на фильтре, необходимый для получения определенного минимального содержания H2S04. Между прочим, установили, что удаление кислотного тумана имеет самую высокую чувствительность к изменениям частиц в газе при концентрации H2SCM в подаваемом газе ниже 0,5% и, что оптимальная концентрация частиц увеличивается почти пропорционально концентрации hhSCU до 0,5% H2S04 в подаваемом газе. При более высоких концентрациях H2SCM необходимо увеличение концентрации твердых частиц для минимизации кислотного тумана приблизительно

до нуля. При 6% H2S04 в подаваемом газе эффект от концентрации частиц еще виден, и, по-видимому концентрация имеет оптимальное значение между двукратной идеся- 5 тикратной концентрацией частиц. Оптимальной для 0,5% H2SCU. При 6% H2S04 и потоке подаваемого в стеклянную колонку (имеющую внутренний диаметр 36 мм) газа ниже 11 нм /ч, оптимальных темпе0 ратурных условиях и оптимальном содержании частиц наблюдают возможность получения содержания H2S04 в выпускаемом из колонки газе ниже 10 млн, долей без фильтрации газа в или после колонки.

5 в экспериментах, проводимых до сих пор, невозможно было осуществить абсолютные измерения количества или размера частиц, добавляемых в течение описанных экспериментов. Снижение частиц в опти0 мальном дыме, получаемом при сжигании углеводородов, не дает совсем или дает лишь слабую туманность в дыме, в то время как, активный дым от сварки или сигареты синеватый, что указывает на то, что частицы

5 могут быть меньше 0,6 мкм. Фильтр с теф- лоновой мембраной (п. 3) по данным производителя, удаляет частицы с размерами меньше 0,01 мкм, но при излучении частиц от нефтяного дыма и дыма сварки попытка

0 задержать эти частицы на таком фильтре потерпели неудачу, вероятно, потому, что эти частицы проникают через фильтр. Однако можно определить оптимальную концентрацию частиц на основании следующего

5 обсуждения метода управления частицами. Во время конденсации серной кислоты в колонке пары в слое газа у стенки колонки переохлаждаются. В случае реальной пленки конденсируемые пары серной кис0 лоты диффундируют через этот .переохлажденный слой газа и конденсируются на стенках. По видимому, пары серной кислоты (из-за низкого поверхностного натяжения серной кислоты) нельзя переохладить ниже,

5 чем до 10-30°С, ниже точки росы, не вызывая спонтанного образования капелек серной кислоты в переохлажденном слое. Переохлажденные пары кислоты продолжают конденсироваться на этих капельках и

0

затем, проходя по колонке вверх, они увеличиваются до таких размеров, что отбрасываются к стенкам колонки, или их легко удалить грубым капельным фильтром на конце колонки, это при услосии что образуется не слишком много капель относительно количества паров кислоты при возможности прекращения роста капель. Увеличение разницы температур между газом в колонках и хладагентом с другой стороны

колонок вызывает увеличение переохлэждения слоя и в то же время увеличение количества капель; исключительно при низком содержании H2S04 в подаваемом газе это является причиной того, что капельки не достигают размера, по крайней пере 2 мкм, что имеет существенное значение для их отделения на капельном фильтре, в то.же время, вызывая спад давления ниже 10 мбар. Трудно контролировать это спонтанное образование активных центров в газовой фазе, и это имеет серьезное ограничение в управлении процессом; эти ограничения устраняют контролируемую добавку к подаваемому газу частиц, действующих как активные центры, давая точно оптимальное количество капелек серной кислоты. Когда присутствует очень много частичек, образуется очень много капель и, следовательно, трудно фильтруемый кислотный туман; если, с другой стороны, присутствует очень мало частичек, то высокое перенасыщение/переохлаждение вызывает спонтанное образование активных центров.

Кажется, что не существует ограничений, касающихся химического состава твердых частиц или относительно их размера, позволяющих им действовать в качестве активных центров. Однако, они должны быть такими маленькими, как только возможно, чтобы проходить, например, каталитический реактор для окисления S02, чтобы не вызывать заметного загрязнения получаемой серной кислоты,

Основываясь на предложении, что каждая частица образует одну капельку кислоты, можно легко сосчитать по формуле, приведенной ниже, что требуется, например 2,6 10 частиц/нм для концентрации 0,1% H2S04 в подаваемом газе в виде капелек серной кислоты, имеющих размер 3 мкм, капелек, которые отделяют на фильтре при концентрации 75% серной кислоты, и плотность 1,6 г/см3. Что касается порядка величины, она согласуется с экспериментом (п. 4), представленным выше и выполненным с дымом от сварки. Дым от сварки может содержать около 1 г окиси железа на нм3, вероятно, имея средний диаметр частиц 0,1, мкм. Соответственно дым содержит около 6 -10й частиц на 1 нм , что соответствует добавке около 1,6 см дыма от сварки в 1 с, чтобы получить 2,6 10 частиц/нм при подаче газа в колонку 14 нм /ч. Несмотря на большую непосредственность в таких подсчетах, они согласуются с величинами, определенными экспериментально. По крайне мере, с высокой степенью определенности можно заключить, что для оптимального отделения капель серной кислоты нужно добавить 109-1012 частиц на 1 нм3 газа, подаваемого в колонки, с 0,1% содержанием H2S04 в газе. Для чистоты конденсированной серной кислоты важно, чтобы частички - активные центры были маленькими. Например, 2,6 10 частиц, имеющих размер 0,1 мкм, для 0,1 % HaS04 в газе дают содержание 80 млн. долей по весу (окиси

железа в конденсированной серной кислоте, в то время, как частицы имеющие размер 0.05 мкм, дает 10 млн. долей в кислоте.

В соответствии с предпочтительной конструкцией изобретения газовую смесь,

следовательно, охлаждают в колонках, в основном в вертикальных, с внешним охлаждением, где отдаваемый газ течет ото дна вверх в противотоке с внешним хладагентом, предпочтительно газообразным.

Удобно, чтобы внутри или на конце каждой колонки к тому же было вмонтировано в газонепроницаемую муфту устройство для отделения капелек серной кислоты, присутствующей в газе, Устройство должно быть

таким, чтобы -капельки стекали вниз через колонку.

Соотношение между п - количеством частиц или капелек в нм газа, с содержанием частиц или капелек в газе, выраженному в г/нм , д- плотностью частиц или капелек, выраженной в г/см , и d - диаметром частиц или капелек, выраженным в см (1 см 10000 мкм) таково:

(4)п 6с/( (3d3)частиц/нм3)частиц/нм3 Концентрацию с капелек серной кислоты в газе считали по выражению

(5) с (капли серной кислоты) 4380 а // г капель/нм где о. - обьемный процент паров H2S04,

соответствующий с в предложении, что испарили все капли, и fi - весовой процент H2S04 в каплях (/3 обычно 75% H2S04 по весу).

Чтобы избежать очень большого количества частиц в газе во время конденсации,

можно очищать газ от содержащихся в нем твердых частиц (перед добавкой твердых частиц, как описано) предпочтительно, с помощью мешочного фильтра.

В практике, в соответствии с изображением, добавлять твердые частицы к газовому потоку, содержащему и стехиометрический избыток Н20 и затем пропускать газовый поток с добавкой через слой сернокислого катализатора при температуре 360-500°С для окисления S02 до ЗОз, который гидратируют при воздействии водяного пара, и, если требуется, охладить газовый поток до 0-200°С (выше точки росы

серной кислоты) перед его поступлением в сернокислую башню.

Целесообразно добавлять частицы, подмешивая дым от сжигания углеводородов, предпочтительно, по крайней мере, с 2 атомами углерода в молекуле, при этом регулируют или отношение воздух-топливо А на горелке, или добавляемое количество углеводородов с помощью автоматического регулирующего контура, содержащего ана- лизер для измерения содержания капелек серной кислоты в газе после того, как он покидает сернокислую башню, или устройство для отделения капелек серной кислоты, причем по сигналам от анализера непрерывно регулируют и корректируют Я добавляемое количество дыма так, чтобы обеспечить содержание капелек серной кислоты в газе такое малое, какое только возможно, и предпочтительно ниже 10 млн, долей H2S04 выпускаемом газе.

Когда дымовой газ от котла содержит высокую концентрацию частиц с размером меньше 1 мкм, что часто бывает в случае сжигания угольной пыли, в соответствии с изобретением можно даже позволить газу внести в конденсатор серой кислоты требуемое количество активных частиц при контролируемой добавке малых частиц от дымового газа следующим образом: газ, содержащий летающую сажу (от котла) делят на потоки, обычно, основной поток, из которого удалены все или почти все частицы на эффективном мешочном фильтре, например, на мешочном фильтре с мембранными из тефлона, и на другой поток, обычно, меньший, который регулируют описанным выше образом, и который обходит фильтр и затем смешивается с основным потоком перед конденсатором серной кислоты. Особенно удобно подмешивать указанный второй поток в первый перед реактором, чтобы содержащий в нем S02 окислялся до ЗОз и, кроме того, чтобы удалить содержание в меньшем потоке грубые частицы с размером больше 1 мкм, например, на циклонном или маленьком электростатическом фильтре, т.к. грубые частицы оседают в реакторе, а также загрязняют конденсированную серную кислоту без существенного вклада в образование активных центров.

Однако также может быть выгодно добавляв частицы в виде дыма от металла или оки .гов металла, который получают от элек- тг/веской дуги, причем количество добавля- v/ в единицу времени частиц регулируют с ,ем, чтобы получить минимальное содержание капелек серной кислоты в газе, покидающем колонку, или среднюю величину для отделяемых капелек серной кислоты.

Доказано, что особенно выгодно добавлять частицы сжигаемых на горелке силико- 5 новых масел в смеси с жидким углеводородным топливом (в этом определении жидкий означает либо жидкий, либо газообразный) при этом дым от горелки содержит частицы 5Ю2. Этот дым смешивают

0 с дымовым газом перед входом в сернокислую башню, предпочтительно между пыльными фильтром А и воздуходувкой 11 на фиг. 1, При сжигании таким способом дизельного топлива в смеси с 0,05-0,5% по весу сили5 конового, масла или при смешивании паров силоксанов, имеющих давление пара выше 0,01 мбар. с воздухом, поступающим на горелку, необходимо только добавлять около 4 г SI02 на 1 нм3 дымового газа, со0 держащего 0,1% паров H2S04, для получения оптимального отделения кислотного тумана; это соответствует диаметру частиц SI02 около 50 А.

Ожидают, что это изобретение будет

5 важным для промышленности, особенно для удаления двуокиси серы из процессов обжига и из топочных газов силовых установок, особе нно средних и больших силовых установок, и таким высокоэффективным об0 разом,.что в атмосферу почти не выбрасывают кислотный туман. Следовательно, изобретение делает большой вклад в уменьшение загрязнения воздуха в промышленных районах.

5 Формула изобретения

1. Способ конденсации серной кислоты из парогазовой смеси, содержащей 0,01-10 об.% паров серной кислоты и 0,0-50% паров воды, включающий охлаждение исходной

0 смеси при непосредственном или косвенном контакте с хладагентом в сернокислотной башне, отличающийся тем, что в исходную парогазовую смесь перед подачей на охлаждение вводят твердые частицы

5 в количестве 109-.Ю12 на н/м3 из расчета на 0,1%-ное содержание паров серной кислоты в газе при входе в башню и при условии полной гидратации триоксида серы до серной кислоты.

0 2. Способ по п.1,отличающийся тем, что охлаждение ведут в башне с насадкой в прототипе к циркулирующей серной кислоте в количестве хладагента.

3. Способ поп. 1,отличающийся 5 тем, что косвенное охлаждение ведут газообразным хладагентом в противотоке.4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что температуру подаваемых парогазо- ЕЫХ смесей и хладагента поддерживают на уровне, соответствующем условию

,- 30-10 С°С, где ТА2 - температура входящего агента:

Гд, - точка росы серной кислоты; а. - содержание серной кислоты при условии полной гидратации триоксида серы до серной кислоты.

5. Способ по пп. 1-4, отличающий- с я тем, что в исходную смесь вводят частицы, имеющие диаметр менее 1 мкм.6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что вводят твердые частицы, предпочтительно, с диаметром от 0,002 до 0,1 мкм.7. Способ по п. 1,отличающийся тем, что газ подвергают предварительной очистке от избыточного содержания твердых частиц,8. Способ по пп. 1-8, отличающий- с я тем, что в качестве источника твердых частиц используют дым, полученный при

Эксперименты с подводимым гезом. содержащим 1000 млн.долей Н230л -7% НзО Т - 185°С. ТАз 155°С.. Точка росы для 2 млн. долей HtSOs и 7% НгО ровна 09°С

сжигании углеводородов, причем количество дыма автоматически регулирую.

9. Способ поп.8, отличающ и и с я

тем, что используют дым, полученный при

сжигании углеводородов, содержащих по

крайней мере 2 атома углерода в молекуле.

10. Способ ло пп. 1-9, от ли ч а ю щи й- с я тем, что в качестве твердых частиц используют частицы металлов или оксидов ме- таллов, образующихся при электрической дуге.11. Способ по п.1,отличающийся тем, что твердые частицы вводят в виде аэрозоля раствора соли металла или суспен- зии.12. Способ по п. 1,отличающий с я тем, что в качестве твердых частиц используют продукты совместного сжигания жидкого топлива с кремнийсодержащим компонентом, выбранным из класса, содержащего силиконовые масла или силоксаны.

AIR

(риг. /

fy ppm H2$0Ј AFTER FILTER

100

50

0

% SMOKE FROM OIL BURNER

.Z

7 ТА

}- .

©-Я

AtK ьог

Фа-г. 3

Редактор

Составитель Л.Темирова Техред М.МоргенталКорректор С.Петрушева

21

26

24

х

УЬг.4

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1993 года SU1838232A3

Патент США № 4348373, кл
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
АНТЕННА ДЛЯ ГЕОРАДАРА 1997
  • О Ен Ден
  • Резников Александр Евгеньевич
RU2117368C1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Способ размножения копий рисунков, текста и т.п. 1921
  • Левенц М.А.
SU89A1
кл
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

SU 1 838 232 A3

Авторы

Петер Скоуби

Даты

1993-08-30Публикация

1990-12-07Подача