專利名稱：硫酸生產(chǎn)方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基本上豎向耐酸材料(通常用玻璃)的管中制取硫酸同時冷凝硫酸蒸汽的方法。其目的是保證將硫酸小液滴(酸霧)捕集在一個特殊過濾器中。冷凝的硫酸沿該管向下流，并于靠近其底端處收集。本發(fā)明還涉及用于此方法的一種設(shè)備。
本方法特別適用于從焙燒過程和鍋爐及電站的煙氣中除掉二氧化硫，從而以濃硫酸形式從氣體中回收二氧化硫，也適用于從含各種氧化硫不超過10%的氣體生產(chǎn)硫酸。
在原理上屬于此種一般類型的從煙氣中脫硫并同時除去NOx的裝置在以下文獻(xiàn)中有所描述P.Schoubye，Dansk Kemi(Danish Chemistry)，11，1985，327-330;P.Schoubye等，“Processing and Utilization of High Sulfur Coals Ⅱ”，Chugh等(ed.)，Elsevier 1987;USP-A-924，621。
一般情況下，這些管子的內(nèi)徑為25-60毫米，有效冷卻長度是內(nèi)徑的120-150倍。管子的數(shù)目取決于該裝置的規(guī)模。對于容量為300兆瓦的電站而言，管數(shù)目的數(shù)量級為60000。
長期以來人所熟知，在空氣中和在含有水汽(水蒸汽)的空氣中使硫酸蒸汽冷凝，形成硫酸霧，也就是硫酸微細(xì)液滴的氣溶膠。在USP 2017676中提出，通過在豎向細(xì)陶瓷管中冷卻含SO3、H2SO4蒸汽和H2O的氣體來制止生成酸霧，陶瓷管外圍繞一層砂，其作用是延遲該氣體的冷卻，其外再圍繞一個外層金屬管;優(yōu)選的冷卻介質(zhì)是水，水和金屬的外表面接觸。采用這種方式只可以得到低濃度的硫酸，并且從管頂逸出的氣體中所含酸霧量要超過現(xiàn)行環(huán)境保護(hù)要求的標(biāo)準(zhǔn)。
在丹麥專利145，457(相應(yīng)于USP 4348373)中披露了從含SO3和過量H2O的氣體制取濃硫酸的方法。將該氣體冷卻并在含有填充物的吸收塔中以兩段法將硫酸冷凝并濃縮。在其最低一段，進(jìn)料氣體通入并向上流，與已冷凝的酸成逆流流動，從而使該硫酸的濃度提高。在其后的一段中硫酸的蒸汽被通過含有填充物那一層再循環(huán)的硫酸所吸收。通過對該再循環(huán)酸離開塔的溫度進(jìn)行特別調(diào)節(jié)，使硫酸霧的含量保持在低水平。按照此發(fā)明，用吸收段后面所設(shè)置的氣溶膠過濾器來除掉余下的酸霧。該過濾器是一種“低速度”過濾器，其線速度是低于1米/秒，壓力降約為20-30毫巴。
在丹麥專利申請1361/82(相當(dāng)于英國專利2117368)中，披露了在該專利所述的一種硫酸塔中制備硫酸的方法。該塔的構(gòu)造似一個管式熱交換器，有兩個水平向花板和一個豎向管束，由耐酸的管子伸入位于下部花板之下的進(jìn)料室。
這項已知方法與本發(fā)明相似，可參照附

圖1來說明，這圖代表此技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)水平。
在各附圖中圖1是實施英國專利2117368所披露方法的設(shè)備示意圖。
圖2是實施按本發(fā)明方法的實驗所用的實驗裝置示意圖。
圖3和圖4是按本發(fā)明方法所用氣溶膠過濾器的兩種不同實施方案。
圖5是氣體中分別含1ppm和2ppm硫酸蒸汽時的硫酸露點(diǎn)與該氣體中水蒸汽含量的函數(shù)關(guān)系。
從英國專利2117368(見圖1)的方法可知，一個240-330℃的熱氣流，其中含不超過10%(體積)SO3和50%H2O(體積)并且(H2O%(體積)/SO3%(體積))＞1，從室2向上流動通過耐酸管7，管7外部用空氣冷卻，冷卻的方式是使硫酸冷凝成為沿管內(nèi)壁向下流的液膜。冷卻用空氣通過此設(shè)備時是與管內(nèi)的含硫酸氣體呈逆流方式，亦即在12處通入冷卻用空氣，然后從頂部向下方向逐段逆流通過各個段，各段是由水平向擋板9所分開。為了不使離開管子的氣體中生成大量酸霧，要使離開塔的冷卻用空氣溫度(TA2)滿足下列條件。
TA2＞125+6α+β+0.2(T1-Td)℃ (4)其中α是濃度，即在送入塔內(nèi)的氣體中SO3+H2SO4蒸汽的濃度，%(體積);β也是濃度，即在同一進(jìn)塔氣體中水蒸汽的濃度，%(體積);T1是同一進(jìn)塔氣體的溫度，℃;Td是同一進(jìn)塔氣體中硫酸蒸汽的露點(diǎn)，℃。
在圖1中，1表示帶耐酸襯里的進(jìn)料管。管子7的在上下花板5和10之間的那段是冷凝區(qū)，該管的內(nèi)徑一般為25-50毫米;制管材料的導(dǎo)熱率至少為0.5千卡/米·小時·℃，實用中玻璃的導(dǎo)率約為1.1千卡/米·小時·℃。冷卻空氣通過一個入口12送入，從各管排出的氣體經(jīng)過一個集合室16，通過管15而排出。冷卻用空氣由擋板9導(dǎo)向，呈橫跨方向和向下交替流至排出口13，14，這些口按需要打開或關(guān)閉。T2是氣體從各管子出口時的溫度。
此處所討論的從英國專利2117368(丹麥專利申請?zhí)?361/82)所知的方法與USP4348373相比包含數(shù)方面優(yōu)點(diǎn)，最主要是由氣體冷卻和硫酸冷凝所放出的熱量被用于預(yù)熱空氣或氣體，而在USP4348373的方法中，這一大批熱量浪費(fèi)在冷卻水中。然而，此方法也有某些短處。
第一，當(dāng)采用所述的方法時，應(yīng)用內(nèi)徑約30毫米或更粗的管，就不能使酸霧(硫酸小液滴)濃度達(dá)到約25ppm H2SO4以下(100毫克H2SO4/標(biāo)準(zhǔn)立方米)，而由于結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)的原因，最好使用內(nèi)徑35-40毫米和外徑40-45毫米的管子，特別是在大型裝置。另外還發(fā)現(xiàn)，按該專利的表格中報告，經(jīng)過重復(fù)性測定，在相同實驗條件下經(jīng)過該玻璃管之后的酸霧含量有時要高于表中所示值的2倍以上。
第二，正如該專利中所述，當(dāng)將內(nèi)徑36毫米的管長度增至6米來增大熱交換面積以求達(dá)到所需T2和TA2值時，若管內(nèi)的線速度從所述的5米/秒例如增至8米/秒，則該排出氣體中硫酸小液滴含量增加。對于內(nèi)徑36毫米管的進(jìn)料量從約9標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時例如增至17標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時是十分需要的，因為如圖1所示一個塔的造價在很大程度上取決于塔的總截面積，而把管子加長來增加管子的進(jìn)料量所花費(fèi)用是很少的。
第三，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在進(jìn)料氣體中的硫酸蒸汽含量下降至1%H2SO4(體積)以下時，從管子排出氣體中酸霧含量增加。因此，在0.1%H2SO4(體積)或更低時，氣體中所含硫酸的主要部分是以小液滴形式與排出氣體一起排出，甚至溫度條件滿足(4)式的要求時也是這樣。由于按英國專利2117368的方法對于煙氣脫硫十分重要(見USP-A-924621)，所以一項重要要求就是如何將之改進(jìn)使得排出氣體中所含硫酸小液滴量低于約40毫克H2SO4/標(biāo)準(zhǔn)立方米(相當(dāng)于約9ppm H2SO4)，這個值已是環(huán)境保護(hù)要求規(guī)定的最高值。
從丹麥專利145457(USP4348373)已知的在這些管子之后除掉酸霧(硫酸小液滴)的方法包括在一個對圖1所示塔中全部玻璃管是公用的氣溶膠過濾器中過濾該排出氣體。在一個填料塔中冷凝了硫酸蒸汽之后所含殘余的酸霧再在一個“低速度”氣溶膠過濾器中除掉。這種氣溶膠過濾器一般用于普通硫酸工廠中，要求能除掉小于1微米的液滴。一個低速度過濾器一般包含有由直徑小于0.05微米的纖維或單絲所制的紗線，操作時氣體線速度低于1米/秒，產(chǎn)生的壓力降高于20-30毫巴。使用這種氣溶膠過濾器來凈化從那些管子出來的氣體將帶來不方便，因為這種過濾器的尺寸太大，也由于帶來額外的壓力降。此外，在該過濾器中所分離出的酸濃度約為75%，在實施中不能再循環(huán)并分配到該等管子中。這將引起另外兩項嚴(yán)重缺點(diǎn)，一是在該過濾器中分離的酸(當(dāng)處理貧氣例如煙氣時，可能構(gòu)成所產(chǎn)酸的大部分)還需要在另一套裝置中濃縮到93-96% H2SO4;另一是難于保持管子清潔不沾塵污，這本來是利用從管內(nèi)流回的硫酸沖洗掉的。
本發(fā)明的目的是針對上述丹麥專利145457和英國專利2117368的已知方法的缺點(diǎn)提供解決辦法。
令人驚異地發(fā)現(xiàn)，使用一種比較小的“高速度”氣溶膠過濾器，可以將那些管子出口處氣體中酸霧，亦即酸的小液滴減少至含量低于每標(biāo)準(zhǔn)立方米中40毫克H2SO4，所述氣溶膠過濾器是由直徑0.05-0.5毫米的單絲或纖維制成，并且放置于每條管子之內(nèi)，氣體速度為2-6米/秒(按實際壓力計算，對于由該過濾器吸收的體積未加校正)，通過該過濾器的壓力降為2-20毫巴，通常是4-10毫巴，其溫度條件滿足下列方程式TA2＞TA＊2＝Td-30-10α℃ (1)T2＜T＊2(2)T2-TA1＜90℃(最好＜85℃) (3)其中Td、T2和α按照前述定義;TA1和TA2分別是冷卻用空氣的入口溫度和出口溫度;TA＊2是按方程(1)計算出來的溫度;T＊2是在離開各管子的氣體中H2SO4的蒸汽壓相當(dāng)于含有2ppm H2SO4的相應(yīng)溫度。所有溫度均以℃表示，T＊2通常為100-125℃，視該氣體中H2O的分壓而定，如圖5所示。分離出來的硫酸流回到管內(nèi)并在近管底之處以濃硫酸形式離開管子。
如果遇到入口和出口溫度不能滿足的情況，則用所述簡單高速氣溶膠過濾器就不能除掉這些酸霧。
因此，本發(fā)明是涉及這樣一種方法，該方法是在基本上豎向的耐酸管中，從含0.01-10%(體積)H2SO4蒸汽和0-50%(體積)水蒸汽的氣體中將硫酸蒸汽冷凝并捕集硫酸小液滴，該含硫酸的氣體是從管子下部導(dǎo)入，溫度為高于該氣體中硫酸露點(diǎn)0-100℃，并在通過管子向上流的過程中被冷卻，到達(dá)出口的溫度為T2，T2溫度是低于與在管頂部出口處占主要成分的水蒸汽分壓成平衡并且數(shù)值為約2×10-6巴的硫酸蒸汽壓應(yīng)有的溫度，由一種氣體介質(zhì)在管外冷卻這些管子，氣體介質(zhì)的流動基本上與該含硫酸氣體成逆流，于是該氣體介質(zhì)被加熱，從入口溫度TA1為0-50℃升至滿足方程式(1)的出口溫度TA2，同時在管子頂部的溫差T2-TA1滿足方程式(3);而Td是通至這些管的含硫酸氣體中硫酸的露點(diǎn)(℃);α是H2SO4%(體積)，在計算此值時是假設(shè)了SO3已完全水合;在此冷卻過程中，冷凝的硫酸通過這些管子向下流。
本發(fā)明方法的特征在于，離開每一條管子的氣體是通過一個氣溶膠過濾器，該過濾器安裝在管子的頂部，或者用與之氣密的連接件，該氣溶膠過濾器中的過濾介質(zhì)是由直徑為0.04-0.7毫米(最好是0.04-0.5毫米)的耐酸纖維或單絲所構(gòu)成，該單絲或纖維的使用量要使它們具備一定的厚度和構(gòu)型，使得通過該氣溶膠過濾器的壓力降低于20毫巴，其特征還在于，在該氣溶膠過濾器中所捕集的硫酸液滴是返回到該管中并在該管中與進(jìn)入的氣體以逆流方式向下流動。
本發(fā)明還涉及到一種實施該方法的設(shè)備。該設(shè)備包括一個或多個由基本上豎向的耐酸材料管子組成的管束，每一條管底部有氣體進(jìn)入口，頂部有氣體出口，靠近底端處有酸的出口，所述管子穿過一個冷卻段，該冷卻段是在頂部有入口，在底部有出口，使氣體冷卻介質(zhì)能進(jìn)出，從而該冷卻介質(zhì)以逆流方式通過，并借助于擋板的作用可任選有一部分是與管內(nèi)氣體成交錯流向;按本發(fā)明，每條管的內(nèi)徑均為25-60毫米，冷卻段長度為管內(nèi)徑的120-250倍。
本發(fā)明設(shè)備的管子之內(nèi)，為了提高傳熱系數(shù)而放置由耐酸材料制成的厚度為2-7毫米的股繩，它們是卷繞成螺旋狀，卷成的螺旋的外徑為該管內(nèi)徑的90-100%，螺距為每圈20-200毫米。
為闡明本發(fā)明，在圖2所示的實驗裝置中進(jìn)行了一系列實驗。這里只有一條管，其處理能力可達(dá)每小時20標(biāo)準(zhǔn)立方米的含硫酸氣體，該氣體是來自用鼓風(fēng)機(jī)20從室內(nèi)抽取空氣，用電熱器22將該空氣加熱，然后與水蒸汽和SO2氣體混合，達(dá)到所要求的氣體組成。然后在電熱器24將該混合氣進(jìn)一步加熱至約420℃，然后通過催化反應(yīng)器26，在其中借助已知類型含釩和鉀活性組分的硫酸催化劑將氣體中所含SO2的約96%氧化成SO3。然后氣體經(jīng)過熱交換器28冷卻至約250℃(T1)，再進(jìn)入硫酸冷凝器，該冷凝器只有一條管子30，長度為6米，內(nèi)徑為36毫米，外徑為40毫米。在管子全長的上部5.4米是套在較大的管子32之內(nèi)，其中通過來自鼓風(fēng)機(jī)34的冷卻用空氣，使管30之內(nèi)的氣流與外管中空氣流成逆流而被冷卻。外管用100毫米礦質(zhì)棉絕熱。冷卻用空氣可通過多個閥門36、38、40、42之一而通入，因此冷卻段長度可調(diào)節(jié)至長度為5.4、4.95、4.55或4.05米。該冷卻用空氣的流動條件要達(dá)到這樣的要求，使得管外壁的傳熱系數(shù)(hv)等同于工業(yè)裝置中相應(yīng)的管子，而在工業(yè)裝置中冷卻用空氣是以一般為6段的交錯流方式通過管束并形成逆流，如圖1所示。在管外壁的傳熱系數(shù)一般為70瓦/平方米/℃，而內(nèi)壁為30瓦/平方米/℃，同時通過玻璃壁的傳熱阻力可忽略不計。
如上所述，該管的全部長度上都塞上由厚度為2-7毫米的股繩所繞成的螺旋，并且螺旋的外徑比管內(nèi)徑略小或相等，并且螺旋有適當(dāng)螺距，則可提高其傳熱系數(shù)。這是由于這些螺旋加劇了氣體流過管子時的湍流，同時并不增多酸霧量，也不阻礙酸沿管子向下流。結(jié)果，這些螺旋就開辟了提高管子處理能力而不必增加管子長度的可能性。在這些實驗中，使用的螺旋的外徑為35毫米，每圈螺距為120毫米。
在其他實驗中還發(fā)現(xiàn)，在管內(nèi)插入其它物件來增加湍流，例如用鏈條或橫向尺寸更小得多的螺旋，使得管的內(nèi)腔讓更多的酸霧通過管30頂部的過濾器44而逸出，所以這些物件不適用于提高管內(nèi)的傳熱系數(shù)。
進(jìn)行實驗時使用了兩種不同類型的過濾器44，第一種示于圖3，稱為A型過濾器，另一種示于圖4，稱為B型過濾器。
A型過濾器是由圓筒形玻璃管構(gòu)成，后文中稱為過濾筒50，其內(nèi)徑為46毫米，長度為200毫米。過濾筒50的底部有縮頸部分52，其外徑為40毫米;借助于聚四氟乙烯制的外密封套54而連接至外徑相同的玻璃管30上。借助從套上穿過的支管56來測量經(jīng)過過濾器的壓力降。在該過濾筒內(nèi)放有過濾介質(zhì)58;它是由厚度為0.3毫米的氟碳聚合物單絲束制成，經(jīng)過針織加工成寬度約160毫米的幅料，把幅料卷成適配于該過濾筒。這個卷的直徑和過濾筒的內(nèi)徑相同。由單絲材料構(gòu)成該卷的體積的7%左右。當(dāng)氣體中的硫酸小液滴向上流動通過這個卷時，小液滴就被捕集并聚集成為大的液滴，于是與氣體成逆流而向下流并進(jìn)一步通過該玻璃管而流下。
B型過濾器是圖4所示的徑向過濾器，其中包括耐酸材料制的多孔圓筒60，其外徑約24毫米，多孔段的長度為40毫米。用直徑0.1毫米的纖維或單絲織成的濾布在此圓筒外裹包10層。借助于在圓筒內(nèi)緊密配裝一個塞子64并將之調(diào)節(jié)到堵住圓筒上的一些孔，留下所要求的流過面積，從而能調(diào)節(jié)過濾器的流過面積由最大值30平方厘米(按該圓筒外表面計算)直至所要求的面積。在下文中，符號B1和B2分別表示在該徑向過濾器中未堵住的流過面積為26和23平方厘米。該多孔圓筒是裝在內(nèi)徑約52毫米的套筒66中，在它的下部利用一個緊密配合的底68而連接上圓筒60，底68上有一個導(dǎo)管70穿過，用于引出過濾下來的酸并通過該玻璃管，這些酸被氣流迫向該過濾器的外部表面。
通過該過濾器的壓力降△P可按如下所示的已知公式來計算，條件是通過該過濾器的氣體線速度v，纖維或單絲的厚度d以及沿過濾層流向的長度l(A型)或過濾布的層數(shù)n(B型)需為已知A型△P＝3×10-3×v1.2×l/d毫巴 (5)B型△P＝3.5×10-5×v1.2×n/d毫巴 (6)下面由實例闡明本發(fā)明的方法。
實例1
表1、2、3中匯總了應(yīng)用兩種過濾器的典型實驗結(jié)果;送入管中的氣體分別含有0.1%H2SO+7%H2O(或25%)，1%H2SO4+8%H2O。這些濃度是SO3完全水合形成H2SO4的標(biāo)稱組成。水合反應(yīng)
在這些實驗條件下總是處于平衡狀態(tài)，并且在低于250℃溫度時實際上完全推移到右方。
表1中的實驗結(jié)果1-1至1-6(進(jìn)料氣中含0.1%H2SO4+7%H2O)表明，當(dāng)T1、T2和TA1在恒定值時TA2從194℃降至124℃，并且冷卻段的長度從5.4米縮短至4.05米，同時冷卻用空氣氣流增加以便維持T2恒定在100℃，在過濾器之前的氣相中硫酸小液滴的含量幾乎是恒定的，并且相當(dāng)于該進(jìn)料氣中SO3含量的60-80%。直至TA2值下降至約160℃，過濾器A能捕集這些小液滴的98-99%，其后從A型過濾器排出氣體中H2SO4含量急劇增加，TA2低至170℃時為8-10ppm，到TA2＝151℃為約40ppm，到138℃為200ppm，到TA2＝124℃為400ppm;到這個TA2值時，似乎該過濾器已實際上不能從氣相除掉酸的小液滴。實驗1-7和1-8表明，TA2值是決定在該過濾器中是否能分離掉酸霧的關(guān)鍵數(shù)值。在這些實驗中，通過在實驗1-8提高和在實驗1-7降低T1至230℃，TA2是下降至低于155℃;這樣的冷卻流也造成酸霧能穿過該過濾器。實驗1-10表明將通過管子的氣流加大至18標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時，使得過濾前的氣體中酸霧含量增加至硫酸總量的90%，但該過濾器仍能有效地除掉小液滴。應(yīng)能看到，把氣流進(jìn)一步加大至22標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時的嘗試失敗了，因為在該情況下，酸不能以與氣體逆流方式經(jīng)過管子而流回。在實驗1-11至1-13中，將氣流減小至9標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時，結(jié)果是使該過濾器前的酸霧含量下降，而在過濾器之后的含量稍有增加。實驗1-13是1-12的重復(fù)，不同之處只是A型過濾器的過濾段長度加倍，這使壓力降加倍，使過濾器后酸霧含量下降超過一半。在實驗1-14和1-15中，T2升高至112℃，在1-14是借助于將TA1升高至50℃，1-15是借助于減小冷卻用空氣流。兩種情況下都使過濾器之后的酸霧含量明顯增加，這表明了氣體出口溫度最高值是保證該過濾器高效除掉小液滴的另一項條件。業(yè)已觀察到，在112℃時，H2SO4以蒸汽形式逸出量僅為3ppm，亦即此處所逸出的酸超過80%是處于小液滴形式。圖5所示是含有1或2ppm硫酸蒸汽的氣體的硫酸露點(diǎn)與該氣體中H2O含量的函數(shù)關(guān)系。
關(guān)于通過該過濾器的壓力降問題，可以看到在已述的溫度范圍內(nèi)，A和B1型過濾器除酸霧后降至8-10ppm H2SO4，壓力降約為8毫巴;而在B2型過濾器的情況，氣體線速度是4米/秒而不是B1的2米/秒，其他條件相同，使凈化程度達(dá)1ppm H2SO4，壓力降則為18毫巴。(當(dāng)在所示的溫度條件操作時，只有少量液體存留在過濾器中，則其壓力降值與相同氣體速度和溫度情況下，氣體中無H2SO4即干的條件下操作該過濾器時的壓力降相比，前者高出10-20%。)在實驗1-17和1-18中，空氣入口溫度TA1下降至10℃和0℃，同時保持出口溫度T1在100℃，于是溫差T2-TA1從80℃增至90℃和100℃;經(jīng)過氣溶膠過濾器后的酸霧含量明顯增大，當(dāng)T2-TA1＝100℃時超過100ppm H2SO4。在實驗1-19中，T2降至80℃，同時保持TA2＝0℃(借助于增大冷卻用空氣氣流)，使得A和B1型過濾器后的酸霧量下降至100ppm H2SO4;這就表明，對于該過濾器除酸霧的能力而言，重要的不是TA1的絕對值，而是按方程(3)的溫差。
表2示出用含1%H2SO4+7%H2O的進(jìn)料氣所得實驗結(jié)果。在所有各次測定中，進(jìn)料氣為14標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時，過濾器前的酸霧含量為500-1000ppm H2SO4。A、B1和B2型過濾器按與表1的實驗相同的方式除掉酸小液滴，不同之處只是TA2的關(guān)鍵值似乎是在170℃左右，相當(dāng)于按公式(1)計算的TA2為172℃。
表3示出應(yīng)用含6%SO3+13%H2O的進(jìn)料氣所得結(jié)果。從實驗3-1至3-6可以看到，TA2必須高于約175℃才能使A和B1型過濾器把酸霧含量從500-1000ppm H2SO4降至10ppm H2SO4以下。與含0.1%H2SO4的進(jìn)料氣的情況相比，似乎也是在較低的線速度和較低壓力降條件下能夠有效地除掉酸霧。
增加氣體中水蒸汽含量許可該玻璃管的出口溫度T2在較高溫度操作。這可從表1中的實驗1-21和1-22看到。將進(jìn)料氣中H2O含量增至25%，就有可能將出口溫度增高至120-125℃，而不致有排出氣體中H2SO4含量超過約10ppm的危險(根據(jù)方程(2)的條件，以及在含2ppm H2SO4蒸汽和排出氣中H2O的分壓從圖5讀出的硫酸露點(diǎn)Td)。從表3的實驗3-11和3-12可相應(yīng)地看到，將進(jìn)料氣中H2O增至25%，則排出氣中含H2O為19%，按方程(2)的條件T2可以增高至約120℃。象實驗1-17和1-18一樣，實驗3-8表明過濾器后的氣體中H2SO4含量隨溫差T2-TA1的增大而增多，但此處用更濃氣體所作實驗的效果似乎比用更貧氣體(即進(jìn)口氣體中H2SO4量在0.1%的數(shù)量級)時要弱一些。
實例2使用由厚度為0.05、0.1、0.2和0.5毫米的單絲制成圖3所示的過濾器(即A型)，其形式是成為針織品的螺旋卷，得以下結(jié)果當(dāng)使用厚度為0.05毫米的單絲時，當(dāng)氣體速度高于約1.5米/秒則所濾下來的酸不能從過濾器處流回到玻璃管內(nèi)，而是被支持在過濾器中，所以這種是不能用的。使用厚度為0.1毫米的單絲時，當(dāng)氣體速度為2-3米/秒也發(fā)生上述情況;當(dāng)單絲厚度為0.2毫米則在氣體速度高于約5米/秒時酸不能流回來。當(dāng)氣體速度較低時，如果能滿足方程(1)、(2)、(3)所規(guī)定的溫度條件，則使用幅寬為160毫米的單絲材料針織幅料卷成的螺旋卷可使濾去酸的小液滴之后的濃度低于5-10ppm H2SO4，而壓力降低于10-20毫巴;當(dāng)使用0.5毫米單絲時，就沒有把液體支持在過濾器上的危險，但必須是在過濾器殼體中插入兩個幅寬120毫米的螺旋卷，以便使排出氣中酸含量低于10ppm;此外，與表1中相同操作條件和壓力降并且在0.1%SO3的情況相比，這時過濾后的酸霧含量似乎要高出幾個ppm。從這些實驗可得出結(jié)論，最適于本發(fā)明的單絲厚度為0.2-0.4毫米。
實例3除表1、2、3所示出的實驗結(jié)果之外，使用由厚度0.1毫米的纖維制成的薄軟織物裝在B型徑向過濾器中，使用厚度為0.05、0.2、0.3毫米的紗線進(jìn)行實驗。實驗表明，通過由0.05毫米纖維厚度的線織物所成過濾器的壓力降是不穩(wěn)定的。特別在變換操作條件時，有些階段的壓力降能夠增高2至3倍。使用大于0.2毫米紗線所制的布制成過濾器時，為了在滿足方程(1)、(2)、(3)所規(guī)定參數(shù)條件下達(dá)到足夠的除酸霧程度，則需要或是使過濾器中的氣體線速度達(dá)到如此之高，使得壓力降比表1、2、3所示大得多;或是在徑向過濾器中必須使用超過10層的過濾布，但在實際上，在玻璃管塔的管束中，各管之間沒有夠大的空間去滿足所述的(最佳)管間距離，也就是裝不下更多濾布。
本發(fā)明的工業(yè)應(yīng)用預(yù)期本發(fā)明將具有工業(yè)重要性，特別是用于從焙燒過程和從電站的煙氣中脫除二氧化硫，特別是大中型電站。因此可以預(yù)期本發(fā)明能夠大幅度降低工業(yè)區(qū)的空氣污染。其中一項特別優(yōu)點(diǎn)在于，進(jìn)料氣中的二氧化硫是以高純度的高濃度硫酸形式來回收。
權(quán)利要求
1.一種冷凝硫酸蒸汽和捕集硫酸小液滴的方法，該方法是將含有0.01-10%(體積)H2SO4蒸汽和0-50%(體積)H2O蒸汽的氣體在基本上豎向的耐酸管子中進(jìn)行冷凝和捕集，該含硫酸的氣體是以高于該氣體中硫酸的露點(diǎn)0-100℃的溫度從管底部導(dǎo)入管內(nèi)，并于管內(nèi)向上流動過程中被冷卻，達(dá)到出口時的溫度T2是低于與該管頂部出口處的水蒸汽分壓成平衡的H2SO4蒸汽壓是約2×10-6巴應(yīng)有的溫度，這些管子外部由一種氣體介質(zhì)冷卻，該介質(zhì)的流向基本上與該含硫酸氣體成逆流方向，于是該氣體介質(zhì)從進(jìn)口溫度TA1為0-50℃被加熱到出口溫度TA2℃并滿足下述條件TA2＞Td-30-10α℃ (1)T2-TA1＜90℃ (3)其中Td是通過該管子的含硫酸氣體中硫酸的露點(diǎn)，℃，α是H2SO4%(體積)并在計算時是假定SO3已完全水合，在冷卻過程中，冷凝的硫酸經(jīng)過該管子而流下，所述方法的特征在于i)離開每一條管子的氣體通過一個氣溶膠過濾器，該過濾器是利用氣密方式連接在該管子的頂部，在該氣溶膠過濾器中的過濾介質(zhì)是由直徑為0.04-0.7毫米的纖維或單絲所組成，該纖維或單絲材料的存在量是使其厚度和構(gòu)型能保證通過該氣溶膠過濾器的壓力降保持在低于20毫巴；ii)使該氣溶膠過濾器內(nèi)捕集的硫酸再流回至該管內(nèi)并與進(jìn)料氣成逆流而向下流過該管子。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于應(yīng)用一種過濾器，包括一個基本上豎向的圓筒形外殼，其中放置一種過濾介質(zhì)，所述介質(zhì)是由耐酸單絲的針織材料所組成，這些單絲的厚度為0.2-0.7毫米，針織組織寬度為1-10毫米，所述針織材料經(jīng)過螺卷或折疊而形成一個圓柱狀塞形，其高度為20-300毫米，其橫截面積相當(dāng)于氣流線速度為2-5米/秒，同時所述橫截面要與該外殼的內(nèi)橫截面完全相同。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于ⅰ)使用一種過濾器，包括一個基本上圓形的豎向外殼，內(nèi)含有一種過濾介質(zhì)，該介質(zhì)是由耐酸纖維或單絲織造的織物所組成，纖維或單絲的直徑為0.04-0.3毫米，所述織造的織物是裹包在一個與外殼同軸的多孔圓筒之上并成為這樣的形式，使得氣體以1-7米/秒的線速度沿徑向流過這些裹包的織物和那些孔;ⅱ)捕集在該過濾介質(zhì)中冷凝的硫酸和該氣體通過該過濾介質(zhì)時所攜帶的硫酸以及進(jìn)入該過濾器之前在該過濾器外殼底部已冷凝的硫酸;ⅲ)使這些冷凝的硫酸由此經(jīng)過通道而流入氣體被冷卻的管內(nèi)。
4.權(quán)利要求3(ⅰ)的方法，其特征在于該纖維或單絲的直徑是0.05-0.2毫米。
5.權(quán)利要求3(ⅰ)的方法，其特征在于該氣體徑向流過裹包的織物和孔的線速度為2-6米/秒。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于該含硫酸氣體在管內(nèi)的速度按理想氣體溫度為0℃計算為2-6米/秒。
7.一種用于權(quán)利要求1-6中任一項的方法的設(shè)備，包括耐酸材料制的一個或多個管束，每一條管均在底部有氣體入口，在頂部有氣體出口，在近于底端有酸的出口，所述管子延伸穿過一個冷卻段，該段在頂及底部分別有入口及出口以供氣體冷卻介質(zhì)按與管內(nèi)氣體成逆流的方式通過，其特征在于每條管的內(nèi)徑均為25-60毫米，冷卻段長度為管子內(nèi)徑的12 120-250倍。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于該冷卻段的長度是可以調(diào)節(jié)的。
9.權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括導(dǎo)向擋板，用于將氣體冷卻介質(zhì)部分地導(dǎo)引至與管內(nèi)的氣體成交錯流動方向。
10.一種用于權(quán)利要求7的設(shè)備的管子，其特征在于將一種耐酸材料制成的股繩置于其內(nèi)，所述股繩的厚度為2-7毫米，卷繞成外徑為該管內(nèi)徑90-100%的螺旋形，每圈螺距為20-200毫米。
全文摘要
按環(huán)境保護(hù)要求，不許可將含SO
文檔編號C01B17/74GK1038796SQ8910375
公開日1990年1月17日 申請日期1989年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月2日
發(fā)明者彼得·紹拜 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司