способ концентрирования серной кислоты

Формула изобретения

1. Способ концентрирования серной кислоты путем контактирования в противотоке исходного потока серной кислоты и горячей среды в испарителе с насадкой с подачей серной кислоты в верхнюю часть испарителя с получением отходящего газа и концентрированной серной кислоты, отличающийся тем, что исходный поток серной кислоты подают при температуре 150-270^oС, а отходящий газ подвергают конденсации в вертикальных стеклянных трубках охлаждаемого воздухом конденсатора с ниспадающим тонким слоем или в концентраторе башенного типа с насадкой, в котором газ контактирует в противотоке с потоком циркулирующей серной кислоты с последующим возвратом в цикл конденсата в верхнюю часть испарителя с насадкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горячей среды используют горячий воздух или горячий технологический газ.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что горячую среду подают в нижнюю часть аппарата с насадкой при температуре 350 - 600^oС.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что часть горячей среды смешивают с газом, отходящим из испарителя с насадкой, причем температура указанной горячей среды выше температуры отходящего газа.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что к газу, отходящему из испарителя с насадкой, добавляют частицы.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что до контактирования с горячей средой исходный поток серной кислоты подвергают непрямому нагреву горячей концентрированной серной кислотой.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед возвратом в цикл в верхнюю часть испарителя с насадкой конденсат соединяют с нагреваемым непрямым образом исходным потоком серной кислоты.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве испарителя с насадкой используют башню, в которой осуществляют контактирование параллельных потоков при атмосферном давлении.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к технологии концентрирования неорганических кислот, в особенности к способу концентрирования серной кислоты.

Известен способ концентрирования серной кислоты до концентраций, превышающих 93% серной кислоты, согласно которому горячий дымовой газ, образовавшийся при сжигании нефти или газа, пропускают через три сосуда, в которых дымовой газ подается через иммерсионную трубку в кислоту, подвергающуюся концентрации. Кислота течет противотоком по отношению к газам в сосудах, расположенных каскадом. Согласно этому способу кислоту, которую подвергают концентрированию, подают в последний сосуд, из которого часть концентрированной кислоты возвращают в цикл во второй сосуд, из которого часть концентрированной кислоты возвращают в первый сосуд, откуда отбирают конечную концентрированную кислоту. Кроме того, из последнего сосуда отбирают для очистки отходящий газ (см. книгу "Ullmann"s Encyclopedia of Industrial Chemistry", т. A 25, стр. 687-688, фиг. 45, изд-во "Springer Verlag", 1995 г.).

Наиболее серьезным недостатком известного способа являются проблемы, вызванные сильной коррозией и образованием большого количества отходящего газа с высоким содержанием паров серной кислоты, которые очень трудно удалить, прежде чем газ может быть выпущен в атмосферу. Эти проблемы возрастают с повышением концентрации целевой кислоты и 98%-ную серную кислоту можно получить с трудом.

Известен еще способ концентрирования серной кислоты, который включает подачу серной кислоты, подвергающейся концентрированию, в верхнюю часть дистилляционной колонны, установленной на сосуде, снабженном якорной мешалкой, контактирование при противотоке кислоты с отработанными парами, образовавшимися при косвенном обогреве сосуда газами, осуществление конденсации полученного таким образом отходящего газа с последующей очисткой и непрерывным отведением горячей концентрированной серной кислоты из сосуда (см. вышеприведенную ссылку, стр. 688-689, фиг.46). Также известен способ концентрирования серной кислоты путем контактирования в противотоке серной кислоты и горячей среды в испарителе с насадкой с подачей серной кислоты в верхнюю часть испарителя с получением отходящего газа и концентрированной серной кислоты (см. US 4348773, С 01 В 17/88). 98%-ную Серную кислоту этим способом также трудно получить.

Целью данного изобретения является создание способа концентрирования серной кислоты, который является простым и обеспечивает получение серной кислоты, имеющей концентрацию до 98,8%.

Эта цель достигается предлагаемым способом концентрирования серной кислоты путем контактирования в противотоке исходного потока серной кислоты и горячей среды в испарителе с насадкой с подачей серной кислоты в верхнюю часть испарителя с получением отходящего газа и концентрированной серной кислоты за счет того, что исходный поток серной кислоты подают при температуре 150-270^oС, а отходящий газ подвергают конденсации в вертикальных стеклянных трубках охлаждаемого воздухом конденсатора с ниспадающим тонким слоем или в концентраторе башенного типа с насадкой, в котором газ контактирует в противотоке с потоком циркулирующей серной кислоты с последующим возвратом в цикл конденсата в верхнюю часть испарителя с насадкой.

Испаритель с насадкой, используемый в способе согласно данному изобретению, предпочтительно представляет собой башню, в которой противоточное контактирование осуществляют предпочтительно при атмосферном давлении.

В качестве горячей среды предпочтительно использовать горячий воздух или горячий технологический газ с установки для получения серной кислоты. Горячую среду подают в нижнюю часть испарителя с насадкой при температуре от 350 до 600^oС. Согласно еще одному предпочтительному признаку изобретения часть горячей среды смешивают с газом, отходящим из испарителя с насадкой, при этом температура указанной горячей среды выше температуры отходящего газа. Другой предпочтительный признак изобретения состоит в том, что к отходящему из испарителя с насадкой газу добавляют частицы.

Способ согласно данному изобретению позволяет получить серную кислоту с концентрацией 96-98,8%.

Данное изобретение обладает преимуществами по сравнению с известными способами концентрирования серной кислоты и в особенности способами концентрирования серной кислоты, полученной на установках получения серной кислоты с использованием мокрого газа, которые заключаются в том, что:

(а) для концентрирования кислоты используется горячий воздух или горячий технологический газ, который всегда получается на установках по производству серной кислоты;

(б) контактирование кислоты в испарительной башне с насадкой является более эффективным для контактирования газа с кислотой;

(в) дымящая серная кислота в виде пара серной кислоты и кислотного тумана в газе, отходящем из испарительной башни с насадкой, эффективно и с низкими расходами удаляется в существующей башне конденсации кислоты на установке производства серной кислоты с применением мокрого газа и

(г) потребление энергии и расходы на теплообменники снижаются за счет подачи горячей кислоты из конденсатора кислоты на установке по производству серной кислоты непосредственно в верхнюю часть испарительной башни.

Крепость концентрированной серной кислоты, которую можно получить в испарительной башне с насадкой, ограничена содержанием водяного пара в горячей среде, используемой для концентрирования. Следовательно, горячий воздух предпочтительнее, чем горячий технологический газ, например, когда необходима концентрация, по меньшей мере, 98% серной кислоты и технологический газ содержит примерно более 5% воды после полной гидратации содержащегося в нем серного ангидрида в парофазную серную кислоту.

В соответствии с данным изобретением способ может быть также использован для концентрирования серной кислоты, полученной на установках по производству серной кислоты с использованием сухого газа, на которых содержащий серный ангидрид технологический газ является сухим, и серный ангидрид абсорбируется циркулирующей серной кислотой. В таких случаях горячий технологический газ после одной из стадий конверсии сернистого ангидрида, предпочтительно технологический газ с температурой 400-460^oС после последней стадии конверсии сернистого ангидрида, используется для концентрирования потока кислоты. Газ, выходящий из испарительной башни, затем конденсируется в вертикальных стеклянных трубках охлаждаемого воздухом конденсатора с ниспадающим тонким слоем или в башенном концентраторе с насадкой, в котором осуществляется параллельное контактирование газа с циркулирующей серной кислотой.

Аппараты для осуществления способа по изобретению показаны на прилагаемых чертежах, где представлены фигуры 1 и 2, представляющие собой схемы, иллюстрирующие осуществление данного изобретения.

На фиг. 1 показано осуществление изобретения, когда горячий воздух, полученный в нагревателе воздуха известной установки по производству серной кислоты с использованием мокрого газа, используется для концентрирования серной кислоты.

Горячий воздух, имеющий температуру от 350 до 600^oС, обычно 480^oС, подают по линии 1 в испарительную башню 2, снабженную насадкой 3 из кислотостойких элементов, например керамических колец Рашига или седлообразных элементов, по линии 4 подают исходный поток серной кислоты с температурой от 150 до 270^oС в верхнюю часть 5 башни 2 и по линии 6 отводят газ, выходящий из испарительной башни 2. В линию 6 входит линия 7, куда подается часть горячего воздуха для того, чтобы вызвать испарение тумана кислоты и повысить температуру в линии 6 до величины, превышающей точку росы кислоты отходящего газа, который смешан с основным потоком технологического газа (содержащего серный ангидрид) в линию 8 установки по производству серной кислоты с использованием мокрого газа. Линия 8 связана с нижней частью 9 охлаждаемого воздухом конденсатора серной кислоты 10. Поток в линии 8 содержит частицы, требующиеся для подавления образования паров тумана кислоты в конденсаторе серной кислоты 10. Кислота, сконденсированная в охлаждаемом воздухом конденсаторе серной кислоты 10, выходит из конденсатора по линии 4. Кислота в линии 4 обычно имеет концентрацию, равную 94%, и температуру, равную 260^oС. Концентрация и температура кислоты, подвергаемой концентрированию в башне 2, может быть в пределах 92-98% серной кислоты и 180-270^oС соответственно в зависимости от состава газа, подаваемого в конденсатор 10 и от рабочих параметров конденсатора 10.

Испарительная башня 2 снабжена далее линией 11 для отвода горячей концентрированной кислоты, которая охлаждается в теплообменнике 12. В случае процесса, показанного на фиг.1, кислота с концентрацией до 92-93% может быть сконцентрирована до величины 98-98,5% серной кислоты воздухом, предварительно нагретым при 450-500^oС. Потребление горячего воздуха возрастает с уменьшением крепости вводимой кислоты; оно обычно составляет примерно 500 Нм³/час при 500^oС на тонну серной кислоты, когда осуществляется концентрирование кислоты с 93% в линии 4 до 98% в линии 11. С большими количествами горячего воздуха крепость кислоты может быть увеличена еще больше, до величины, приближающейся к теоретическому азеотропному максимуму, равному 98,7-98,8% серной кислоты.

По способу, представленному на фиг.1, вместо горячего воздуха может быть использован горячий технологический газ (содержащий серный ангидрид), имеющий температуру около 400^oС. И в этом случае часть газа из линии 1 отводится по обводной линии 7 для того, чтобы повысить температуру отходящего газа в линии 6 до величины, превышающей точку росы кислоты.

Недостаток использования горячего технологического газа состоит в том, что на практике при использовании технологического газа, который содержит больше 12-15% избыточной воды, нельзя получить кислоту с концентрацией 98%.

На фиг. 2 показана другая форма выполнения изобретения, используемая в комбинации с установкой по производству серной кислоты с применением сухого газа. В этом примере часть сухого газообразного серного ангидрида, имеющего температуру 400-450^oС, подают по линии 1 в испарительную башню 2. Поток серной кислоты, подвергаемой концентрированию, вводится по линии 13 и предварительно нагревается концентрированной кислотой в теплообменнике 12 типа жидкость-жидкость до ввода в башню 2 по линии 14. Газ, выходящий из башни 2, подают по линиям 6 и 15 в конденсатор серной кислоты 10, в котором содержащаяся в нем серная кислота конденсируется с образованием концентрированной серной кислоты, которая, проходя по линии 4, смешивается с потоком кислоты, подвергаемой концентрированию, после чего последняя нагревается в теплообменнике 12 потоком концентрированной кислоты, выходящей из башни 2. Газ, выходящий из башни 2, в линии 6 смешивается с воздухом из конденсатора кислоты 10, выходящим из него по линии 16, и затем нагревается в теплообменнике 17 до температуры обычно около 250^oС для того, чтобы поддерживать температуру газа в линии 15, минимум на 20^o превышающую точку росы кислоты, содержащейся в нем. Частицы, требующиеся для подавления образования тумана кислоты в конденсаторе 10, добавляют к воздуху по линии 18.

Вариант изобретения, показанный на фиг.2, представляет особенный интерес в случае установок по производству серной кислоты с использованием сухого газа, когда содержание воды во входящих газах так велико, что потоки разбавленной кислоты не могут быть собраны в абсорбере серного ангидрида на этой установке.

В предпочтительном варианте предлагаемого способа концентрирования серной кислоты подвергают исходный поток серной кислоты до контактирования с горячей средой непрямому нагреву горячей концентрированной серной кислоты. А особенно предпочтительно перед возвратом в цикл в верхнюю часть испарителя с насадкой конденсат соединяют с нагреваемым непрямым образом исходным потоком серной кислоты.

В дальнейшем предпочтительном варианте изобретения в качестве испарителя с насадкой используют башню, в которой осуществляют контактирование параллельных потоков при атмосферном давлении.