專利名稱：從熱原料氣中冷凝三氧化硫的方法和裝置的制作方法
從熱原料氣中冷凝三氧化硫的方法和裝置本發(fā)明涉及從含三氧化硫的熱原料氣中冷凝三氧化硫的方法和 裝置。這種方法經(jīng)常用來從含三氧化硫的氣體中分離和回收三氧化硫。在技術(shù)領(lǐng)域中，三氧化硫通常是從發(fā)煙硫酸得到的，發(fā)煙硫酸也 就是溶解了三氧化硫的濃硫酸。為此目的，首先在蒸發(fā)器中將溶解于 發(fā)煙硫酸中的三氧化硫從發(fā)煙硫酸中排出，然后在冷凝裝置中通過冷 凝將三氧化硫從生成的富含三氧化疏的氣體混合物中冷凝分離出來。 為了生產(chǎn)富含三氧化硫的原料氣，傳統(tǒng)上，將游離三氧化硫濃度為28~ 64wtQ/。的發(fā)煙石克酸貧化為游離S03濃度為5~ 30wtW的發(fā)煙硫酸。 對(duì)于蒸發(fā)器，經(jīng)常使用來自硫酸工廠的工藝氣或來自熱空氣發(fā)生器的 熱空氣作載熱介質(zhì)。由于發(fā)煙硫酸的存量比較低，蒸發(fā)器經(jīng)常設(shè)計(jì)成 降膜裝置，其中，與其它類型的蒸發(fā)器相比，由于連續(xù)操作，氣流夾 帶的液滴較少，因此所述富含三氧化硫的氣體含有較少的雜質(zhì)。為了從富含三氧化硫的熱原料氣中冷凝三氧化疏，通常使用以水 作冷卻介質(zhì)的管殼式或降膜換熱器形式的冷凝裝置，其中首先將原料 氣冷卻到飽和蒸汽溫度，隨后S03從該冷卻的原料氣中冷凝下來。但 是，在冷凝裝置中使用水作為冷卻介質(zhì)涉及一些安全風(fēng)險(xiǎn)，例如在損 壞的情況下，冷卻劑循環(huán)水能與三氧化硫混合并因此發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)。 除此之外，冷凝裝置的雙重功能，即冷卻富含SO;的熱原料氣，和隨 后從冷卻的原料氣中冷凝三氧化硫，使得該冷凝裝置沒有最優(yōu)的設(shè)計(jì)。因此，本發(fā)明的根本目的是提供從含有三氧化疏的熱原料氣中冷 凝氣體三氧化硫的方法，該方法甚至在冷卻劑循環(huán)損害的情況下也十 分安全，該方法提供高純度的液體三氧化硫，該高純度的液體三氧化 疏特別不含水和亞硝基硫酸，并且該方法可以根據(jù)能量效率進(jìn)行最優(yōu) 操作。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過上面提到的方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟a) 在至少一個(gè)換熱器中將原料氣冷卻至40~45°C，其中使用氣 體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)，b) 將冷卻的原料氣導(dǎo)入冷凝裝置中，c) 在冷凝裝置中冷凝三氧化硫，其中使用對(duì)三氧化硫具有化學(xué) 惰性的液體作冷卻介質(zhì)，和d) 從冷凝裝置中取出冷凝的三氧化硫。由于所述冷凝裝置的上游提供了至少一個(gè)用于冷卻熱原料氣的 換熱器，其中含S03的熱原料氣的冷卻和三氧化硫的冷凝都按照已知 方法實(shí)施，整個(gè)方法所需要的能量可顯著降低，這是因?yàn)樗鲅b置的 至少兩部分可以根據(jù)其各自的目的進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。在換熱器中，除 去了所有露點(diǎn)為50 ~ 12(TC的組份，因此通過本發(fā)明的方法得到高純 度的液體三氧化硫，該高純度的液體三氧化硫至少基本上不含水和其 它雜質(zhì)諸如氮氧化物。此外，由于省略了作為冷卻劑的水，實(shí)現(xiàn)了安 全的方法。因?yàn)樯踔猎诶鋮s劑循環(huán)損害的情況下也不會(huì)發(fā)生冷卻介質(zhì) 和三氧化硫之間的顯著的放熱反應(yīng)。而且，在冷凝裝置上游提供的換 熱器中使用氣體作冷卻介質(zhì)，這為從用于加熱目的的換熱器中所排出 的冷卻氣提供了應(yīng)用，其中用于加熱目的的換熱器在本方法中所使用 的裝置的其它部分中或在其它裝置如常規(guī)硫酸裝置中。整體上，本發(fā) 明的方法由此提供了高純度液體三氧化硫的安全和廉價(jià)的生產(chǎn)方法。原則上，本發(fā)明的方法可用于從所有含有三氧化硫的熱氣體中冷 凝三氧化硫，而與其中的SOs濃度和可能的雜質(zhì)的種類和數(shù)量無關(guān)。 然而，當(dāng)通過在蒸發(fā)器中加熱溶解的三氧化硫濃度為28 64wt。/。的發(fā) 煙硫酸所產(chǎn)生的混合氣作為原料氣時(shí)，可以得到特別良好的結(jié)果。在 這種情況下，對(duì)硫酸裝置的下游冷凝裝置的安排將變得方便。根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，建議在將原料氣導(dǎo)入冷凝裝置前，串聯(lián)連接 用于冷卻原料氣的兩個(gè)換熱器。這樣，該方法可容易控制，因此在第 一換熱器中通過冷凝特別可靠地除去原料氣中的雜質(zhì)，特別是露點(diǎn)為 50~ 12(TC的雜質(zhì)，和在第二換熱器中將富含三氧化硫的氣體調(diào)整到用于最終冷凝的最佳溫度以獲得液體三氧化硫。從而得到品質(zhì)特別高的 液體三氧化石克。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)具體的實(shí)施方案，在第一和第二換熱器中都使 用對(duì)三氧化硫具有化學(xué)惰性的氣體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)。其結(jié) 果是， 一方面可靠地避免了不希望發(fā)生的原料氣和冷卻介質(zhì)之間的反 應(yīng)(該反應(yīng)會(huì)損害冷卻劑裝置)，和另一方面，加熱了的冷卻氣可以 在本裝置其它部分中作為加熱氣體，且因此可以減少本方法所需要的 能量。當(dāng)?shù)谝粨Q熱器逆流操作且冷卻介質(zhì)的入口溫度為25~ 35。C時(shí)， 得到特別有效的方法。優(yōu)選地，將在第一換熱器中冷卻原料氣時(shí)得到的冷凝物(特別包 括露點(diǎn)為50~ 12(TC的化合物)再循環(huán)至所迷發(fā)煙硫酸蒸發(fā)器中以排 出該冷凝物中所含的三氧化硫并提高該方法的總收率。根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，建議將原料氣在第一換熱器中冷卻至50~ 70'C并在第二換熱器中冷卻至40~45°C。優(yōu)選地，取決于在第二換熱器中可能獲得的冷凝物的三氧化硫的 濃度(該濃度可由本方法調(diào)節(jié))，或者將該冷凝物再循環(huán)至所述蒸發(fā) 器中以再次排出該冷凝物中所含的三氧化硫，或者將其導(dǎo)入冷凝裝置 中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體的實(shí)施方案，建議在所述冷凝裝置中使 用對(duì)S03具有化學(xué)惰性的熱載體油作冷卻介質(zhì)。與氣體相比，熱載體 油由于具有高熱穩(wěn)定性和高熱容，因此極好地適合于將氣體冷卻到足 以使三氧化硫冷凝的程度，甚至在氣體以高的體積流速通過冷凝裝置 時(shí)。由于與水相比，這些熱載體油對(duì)S03具有化學(xué)惰性，甚至在冷卻 劑管道內(nèi)部損壞的情況下，確保了過程的高度安全性。根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，建議使用在30。C下測(cè)量粘度為Q. 1~100 mPa s、優(yōu)選0. 5 ~ 20 mPa s、和特另'J優(yōu)選1 ~ 1. 2 mPa s的熱載體 油作為所述冷凝裝置中的冷卻介質(zhì)。當(dāng)在冷凝裝置中使用基于硅油的熱栽體油作為冷卻介質(zhì)時(shí)，獲得特別良好的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明，基于硅油的熱載體油，尤其是基于聚二甲基硅氧烷的硅油的那些，例如Dow Chemicals公司以商品名SYLTHERM XLT，SYLTHERM 800和SYLTHERM HF銷售的硅油，同樣已證明可用于此目的。
非常特別優(yōu)選使用SYLTHERM⑧XLT作為所述冷凝裝置中的冷卻介質(zhì)。
當(dāng)以工業(yè)規(guī)模使用熱載體油時(shí)，必須做實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以確定它們與 液體S03的反應(yīng)性。根據(jù)本發(fā)明，熱載體油應(yīng)該對(duì)液體S03的反應(yīng)活性低，以致于不能發(fā)生放熱反應(yīng)。可以通過測(cè)量來確定。硅油與液體S03 不會(huì)發(fā)生快速的放熱反應(yīng)。
原則上，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有用于該目的的裝置 作為用于本發(fā)明的方法的冷凝器裝置，特別是管殼式換熱器、板式換熱器和降膜式換熱器。
根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，建議并流操作冷凝裝置，在此情況下，所述 冷卻介質(zhì)的溫度優(yōu)選為25~35°C。
或者，所述冷凝器裝置也可逆流操作，在此情況下，所述冷卻介 質(zhì)的溫度優(yōu)選為30~ 35°C。
根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)具體的實(shí)施方案，冷卻介質(zhì)被引導(dǎo)著在一個(gè)閉 合管道中流動(dòng)，且其從冷凝裝置中排出來以后，首先在液-液換熱器中再冷卻，然后被再次導(dǎo)入到所述冷凝裝置中。
本發(fā)明的另一個(gè)主題是用于從含三氧化硫的熱原料氣中冷凝三 氧化硫的裝置，該裝置特別可用于實(shí)施本發(fā)明中的方法，包括
a) 第一換熱器，包括冷卻劑和含三氧化硫的原料氣的供應(yīng)和排 放管道，其中提供氣體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)，
b) 第二換熱器，包括冷卻劑和含有三氧化硫的原料氣的供應(yīng)和 排放管道，其中，提供氣體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)，和
c) 冷凝裝置，其中，提供對(duì)三氧化疏具有化學(xué)惰性的液體作為 冷卻介質(zhì)。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一換熱器的上游提供一發(fā)煙硫酸蒸發(fā)器。隨后將參考實(shí)施方案和附圖
來詳細(xì)解釋本發(fā)明。所有特征本身或 其任何組合構(gòu)成本發(fā)明的主題，其與權(quán)利要求中的它們的內(nèi)涵或它們的反向引用(back - reference )無關(guān)。從含有三氧化硫的熱原料氣中冷凝三氧化硫的裝置如唯一的圖 所示，其中所述熱原料氣通過從發(fā)煙硫酸中排出三氧化硫而產(chǎn)生，該 裝置包括作為發(fā)煙硫酸的儲(chǔ)罐的發(fā)煙硫酸塔1、發(fā)煙硫酸蒸發(fā)器2、兩 個(gè)換熱器3、 4以及冷凝裝置5。為產(chǎn)生原料氣，首先將發(fā)煙硫酸從發(fā)煙硫酸塔l中取出，其中發(fā) 煙硫酸塔1中游離三氧化硫含量為28 64wt。/。的發(fā)煙硫酸經(jīng)由管道6 和發(fā)煙硫酸循環(huán)冷卻器7循環(huán)以達(dá)到冷卻的目的，然后經(jīng)由管路8輸 送到發(fā)煙硫酸預(yù)熱器9中進(jìn)行預(yù)熱，在將預(yù)熱的發(fā)煙硫酸導(dǎo)入到經(jīng)由 管道IO供應(yīng)冷卻氣的發(fā)煙疏酸蒸發(fā)塔2中之前，在2中發(fā)煙硫酸被進(jìn) 一步加熱，直到發(fā)煙硫酸中溶解的大部分三氧化硫從發(fā)煙硫酸中排出 為止。而游離三氧化硫濃度為5~ 30wt。/。的貧發(fā)煙硫酸經(jīng)由管路11再 循環(huán)至發(fā)煙硫酸預(yù)熱器9中，排出的溫度為100~ 180。C的含三氧化硫 的原料氣經(jīng)由氣體管路12導(dǎo)入到第一換熱器3中，在該換熱器中含三 氧化硫的原料氣被空氣逆流冷卻至50~ 70°C，該空氣在換熱器3入口 處的空氣溫度為25~ 35°C。在該第一換熱器3中得到的冷凝物經(jīng)由管 路(圖中未表示)再循環(huán)至發(fā)煙硫酸蒸發(fā)器2中，而加熱了的冷空氣 從第一換熱器3中排出來并用于加熱目的。預(yù)冷卻的富含三氧化硫的 氣體經(jīng)由氣體供應(yīng)管路13輸入到第二換熱器4中，在那里用空氣作為 冷卻介質(zhì)將其進(jìn)一步冷卻至40~45°C，然后經(jīng)由氣體供應(yīng)管路13，將 其導(dǎo)入冷凝裝置5中。在第二換熱器4中得到的冷凝物可選擇性地供 應(yīng)到發(fā)煙疏酸蒸發(fā)器2或冷凝裝置5中。在冷凝裝置5中，5優(yōu)選地構(gòu)成管殼式換熱器或板式換熱器，S03 被合適的冷凝介質(zhì)從所述氣體中冷凝下來，優(yōu)選地，被對(duì)三氧化硫具 有化學(xué)惰性的熱栽體油冷凝。冷卻介質(zhì)經(jīng)由管路14、 14，和熱再冷卻 器15再循環(huán)，15例如構(gòu)成盤管式換熱器或板式換熱器，其中，冷卻介質(zhì)被再冷卻到通過使用正常存在于該裝置中的冷卻水來操作所述冷凝裝置5時(shí)所希望的溫度。如果冷凝裝置5并流操作，在冷凝裝置5 入口處冷卻介質(zhì)的溫度優(yōu)選為25~ 30X:，然而，在逆流操作的情況下， 該溫度優(yōu)選為30~ 35X:。在冷凝裝置5中冷凝的液體三氧化硫，可以例如通過重力經(jīng)由相 應(yīng)的管路排放到儲(chǔ)罐(圖中未表示)，其中所述管路構(gòu)成雙壁管路并 與冷卻循環(huán)的高溫端連接。實(shí)施例如附圖所示的冷凝裝置，其由連續(xù)操作的、產(chǎn)量為108噸/天的 常規(guī)硫酸廠的下游提供。在發(fā)煙硫酸蒸發(fā)器2中，將發(fā)煙硫酸加熱至約120'C以排出其中 溶解的三氧化硫，并將產(chǎn)生的富含三氧化硫的原料氣供應(yīng)到溫度約 135。C的第一換熱器3中，在那里將其冷卻至約60匸。在氣體被供應(yīng) 到冷凝裝置5中并被冷卻之前，在第二換熱器4中冷卻至約40。C，在 冷凝裝置5中使用SYLTHERM XLT作為冷卻介質(zhì)，它是可商購(gòu)于Dow Chemicals的基于珪油的熱載體油。每天得到18噸冷凝的三氧化硫。附圖標(biāo)記列表1 發(fā)煙硫酸塔2 發(fā)煙硫酸蒸發(fā)器3 第一換熱器4 第二換熱器5 冷凝裝置6 發(fā)煙硫酸循環(huán)管路7 發(fā)煙硫酸循環(huán)冷卻器8 發(fā)煙硫酸供應(yīng)管路9 發(fā)煙硫酸預(yù)熱器10 冷卻氣供應(yīng)管路11 發(fā)煙硫酸返回管路12 原料氣供應(yīng)管路13 13' 氣體供應(yīng)管路14 14， 冷卻劑循環(huán)管路15 熱再冷卻器
權(quán)利要求
1.從含有三氧化硫的熱原料氣中冷凝三氧化硫的方法，包括以下步驟a)在至少一個(gè)換熱器(3，4)中冷卻所述原料氣至40～45℃，其中使用氣體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)，b)將所述冷卻的原料氣導(dǎo)入冷凝裝置(5)中，c)在所述冷凝裝置(5)中冷凝三氧化硫，其中使用對(duì)三氧化硫具有化學(xué)惰性的液體作冷卻介質(zhì)，和d)從所述冷凝裝置(5)中取出冷凝的液體三氧化硫。
2. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過在蒸發(fā)器(2 )中加熱溶 解的三氧化硫含量為28 ~ 64wt %的發(fā)煙硫酸來制備所述含有三氧化 疏的原料氣。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在兩個(gè)串聯(lián)連接的換熱 器(3， 4)中實(shí)施根據(jù)步驟a)的對(duì)所述原料氣的冷卻。
4. 權(quán)利要求3的方法，其特征在于在兩個(gè)換熱器(3, 4)中使 用空氣作為冷卻介質(zhì)。
5. 權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于第一換熱器(3)逆流操 作，且所述冷卻介質(zhì)的入口溫度為25~ 35匸。
6. 權(quán)利要求2~ 5的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于將在第一換熱 器(3)中獲得的冷凝物再循環(huán)至所述蒸發(fā)器(2)中。
7. 權(quán)利要求3~6的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于將所述原料氣 在第一換熱器(3)中冷卻至50~70°C，并在第二換熱器(4)中冷卻 至40~ 45。C。
8. 權(quán)利要求2~7的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于將在第二換熱 器(4)中得到的冷凝物再循環(huán)至所述蒸發(fā)器(2)中或者導(dǎo)入到所述 冷凝裝置(5)中。
9. 前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在所述冷凝裝 置(5)中使用熱載體油作冷卻介質(zhì)。
10. 權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述熱載體油的粘度(30匸 下)為0. 1 ~ 100 mPa . s，優(yōu)選0. 5 ~ 20 mPa ' s,和特別優(yōu)選1 ~ 1. 2 mPa ' s。
11. 權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于所述熱載體油由硅油組成。
12. 前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述冷凝裝置 (5)構(gòu)成管殼式換熱器，板式換熱器或降膜式換熱器。
13. 前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述冷凝裝置 (5)并流操作，所述冷卻介質(zhì)溫度為25~301C。
14. 權(quán)利要求1 ~ 12的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述冷凝裝 置(5)逆流操作，所述冷卻介質(zhì)溫度為30~35'C。
15. 前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于循環(huán)使用所述 冷凝裝置(5)的冷卻介質(zhì)，和冷卻介質(zhì)從所述冷凝裝置(5)中排出 以后，在液-液換熱器(15)中被再冷卻，然后將其再次導(dǎo)入所述冷凝 裝置(5)中。
16. 從含有三氧化硫的熱原料氣中冷凝三氧化硫的裝置，其特別適 用于實(shí)施權(quán)利要求1~15的任一項(xiàng)的方法，包括a) 第一換熱器(3)，其包括冷卻劑和含三氧化硫的原料氣的供 應(yīng)和排放管道，其中提供氣體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)，b) 第二換熱器(4)，其包括冷卻劑和含三氧化硫的原料氣的供 應(yīng)和排放管道，其中提供氣體，優(yōu)選空氣，作為冷卻介質(zhì)，和c) 冷凝裝置(5)，其中提供對(duì)三氧化硫具有化學(xué)惰性的液體作 為冷卻介質(zhì)。
17. 權(quán)利要求16的裝置，其特征在于在所述第一換熱器(3)的 上游提供發(fā)煙疏酸蒸發(fā)器(2 )。
全文摘要
從熱原料氣中冷凝三氧化硫的方法，該方法包括以下步驟a)在至少一個(gè)換熱器(3)(4)中冷卻原料氣至40～450℃，其中，使用氣體作冷卻介質(zhì)，b)將冷卻的原料氣導(dǎo)入冷凝裝置(5)中，c)在冷凝裝置(5)中冷凝三氧化硫，其中使用對(duì)三氧化硫具有化學(xué)惰性的液體做冷卻介質(zhì)，和d)從冷凝裝置(5)中取出冷凝的液體三氧化硫。用于實(shí)施該方法的裝置包括包括冷卻劑和原料氣的供應(yīng)和排放管道的第一和第二換熱器(3)(4)以及冷凝裝置(5)，其中提供對(duì)三氧化硫具有化學(xué)惰性的液體作冷卻介質(zhì)。
文檔編號(hào)B01J19/00GK101222976SQ200680025606
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者M·沃勒, W-C·勞瑟 申請(qǐng)人:奧圖泰有限公司