BRPI0613435A2 - processo e instalação para uma condensação de trióxido de enxofre proveniente de gases de partida quentes - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E INSTALAçãO PARA UMA CONDENSAçãO DE TRIóXIDO DE ENXOFRE PROVENIENTE DE GASES DE PARTIDA QUENTES. A presente invenção refere-se a um processo para a condensação de trióxído de enxofre proveniente dos gases de partida quentes que compreende as seguintes etapas: a) resfriar o gás de partida em uma temperatura de 40 a 45<198>C em pelo menos um trocador de calor (3) (4), em que um gás é usado como meio de resfriamento, b) introduzir o gás de partida resfriado em um dispositivo de condensação (5), c) condensar o triáxido de enxofre no dispositivo de condensação (5), em que um líquido quimicamente inerte em relação ao triáxido de enxofre é usado como meio de resfriamento, e d) retirar o trióxido de enxofre líquido, condensado do dispositivo de com densação (5). Uma instalação para realizar o processo que compreende: um primeiro e um segundo trocadores de calor (3) (4) que compreendem condutos de fornecimento e descarga para gás de partida e refrigerante e um dispositivo de condensação (5), em que um líquido quimicamente inerte em relação ao triõxido de enxofre é proporcionado como meio de resfriamento.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOE INSTALAÇÃO PARA UMA CONDENSAÇÃO DE TRIÓXIDO DE ENXO-FRE PROVENIENTE DE GASES DE PARTIDA QUENTES".
A presente invenção refere-se a um processo e uma instalaçãopara a condensação de trióxido de enxofre proveniente dos gases de partidaquentes que contém trióxido de enxofre. Tais processos são geralmente em-pregados para separar e recuperar o trióxido de enxofre proveniente dosgases que contém trióxido de enxofre.
Em uma escala técnica, o trióxido de enxofre é geralmente obti-do do óleo, isto é, ácido sulfúrico concentrado com trióxido de enxofre dis-solvido neste. Para este propósito, o trióxido de enxofre dissolvido no óleo éexpelido primeiro do óleo em um evaporador, antes que o trióxido de enxofreseja separado da mistura de gás produzida rica em trióxido de enxofre porcondensação em um dispositivo de condensação. Para produzir os gases departida ricos em trióxido de enxofre, o óleo com uma concentração de trióxi-do de enxofre livre entre 28 e 64% em peso, é convencionalmente inclinadoem óleo com uma concentração de SO3 livre entre 5 e 30% em peso. Comoum meio de transferência de calor para o evaporador, geralmente se empre-ga o gás de processo de uma instalação de ácido sulfúrico ou do ar de a-quecimento de um gerador de ar de aquecimento. Devido aos baixos esto-ques de óleo, os evaporadores freqüentemente são projetados como apare-lhos de película descendentes, por causa de sua operação contínua quandocomparada a outros tipos de partículas líquidas com menos evaporadores,são carregadas pelo fluxo de gás, de modo que o gás rico em trióxido deenxofre contenha menos impurezas.
Para a condensação do trióxido de enxofre proveniente dos ga-ses de partida quentes ricos em trióxido de enxofre, geralmente se empregaum dispositivo de condensação na forma de um trocador de calor do tipocasco e tubo ou película descendente operado com água como meio de res-friamento, onde o gás de partida é resfriado primeiro em temperatura de flu-xo saturada e subseqüentemente o SO3 é condensado fora do gás de parti-da resfriado. Entretanto, o uso de água como meio de resfriamento no dis-positivo de condensação envolve alguns riscos de segurança, como no casode danos no circuito de água de resfriamento, pode ser misturada com o tri-óxido de enxofre e, portanto, pode ocorrer uma reação fortemente exotérmi-ca. Além disso, a função dual do dispositivo de condensação, isto é, o resfri-amento do gás de partida quente rico em SO3 e, subseqüentemente, a con-densação de trióxido de enxofre proveniente do gás de partida resfriado, nãopermite o desenho ótimo do dispositivo de condensação.
Portanto, é um objetivo da presente invenção proporcionar umprocesso para a condensação de trióxido de enxofre gasoso proveniente deum gás de partida quente que contém trióxido de enxofre, que é suficiente-mente seguro mesmo no caso de danos no circuito refrigerante, fornece trió-xido de enxofre líquido de pureza elevada, que em particular, fica amplamen-te livre de água e ácido nitrosil sulfúrico e pode ser otimamente operado emtermos de eficiência de energia.
De acordo com a invenção, este objetivo é solucionado por umprocesso conforme mencionado acima, que compreende as seguintes etapas:
a) resfriar o gás de partida a uma temperatura de 40 a 45°Cem pelo menos um trocador de calor, onde um gás, de pre-ferência, ar, é usado como meio de resfriamento,
b) introduzir o gás de partida resfriado em um dispositivo decondensação,
c) condensar o trióxido de enxofre no dispositivo de conden-sação, onde um líquido quimicamente inerte em relação aotrióxido de enxofre é usado como meio de resfriamento, e
d) retirar o trióxido de enxofre condensado do dispositivo decondensação.
Devido ao fato de que pelo menos um trocador de calor pararesfriar o gás de partida quente ser proporcionado a montante do dispositivode condensação, em que tanto o resfriamento dos gases quentes que con-tém SO3, como a condensação do trióxido de enxofre é efetuada de acordocom os processos conhecidos, a demanda de energia do processo total po-de ser significativamente reduzida, à medida que pelo menos duas partes dainstalação pode ser otimamente projetada para seus respectivos propósitos.No trocador de calor, todos os componentes com um ponto de orvalho entre50 e 120°C são removidos, de modo que por meio do processo da invençãoo trióxido de enxofre líquido de pureza elevada seja obtido, que fique pelomenos substancialmente livre de água e outras impurezas, tais como óxidosde nitrogênio. Além disso, omitindo-se a água como meio de resfriamento,um procedimento seguro é alcançado, como visto no caso de dano no circui-to refrigerante nenhuma reação significativamente exotérmica pode ocorrerentre o meio de resfriamento e o trióxido de enxofre. Além disso, o uso degás como meio de resfriamento no trocador de calor proporcionado a mon-tante do dispositivo de condensação proporciona a utilização do gás de res-friamento retirado do trocador de calor por razoes de aquecimento em outraspartes da instalação usada no processo ou em outras instalações, tal comoem uma instalação de ácido sulfúrico convencional. No geral, o processo deacordo com a invenção, proporciona deste modo, com a produção segura epouco dispendiosa de trióxido de enxofre líquido de alta qualidade.
Em princípio, o processo da invenção pode ser usado para acondensação de trióxido de enxofre proveniente de todos os gases quentesque contém trióxido de enxofre, independente de sua concentração de SO3 edo tipo e quantidade de impurezas possíveis. Particularmente, são obtidosbons resultados, entretanto, quando uma mistura de gás produzido pelo óleode aquecimento com um conteúdo de trióxido de enxofre dissolvido de 28 a64% em peso, é usado em um evaporador como gás de partida. Neste caso,torna-se expediente para dispor a instalação de condensação a jusante deuma instalação de ácido sulfúrico.
De acordo com um desenvolvimento da invenção, propõe-seconectar dois trocadores de calor em série para resfriar o gás de partida an-tes de introduzir o mesmo no dispositivo de condensação. Deste modo, oprocesso pode ser facilmente controlado, de modo que no primeiro trocadorde calor, as impurezas no gás de partida, em particular, aquelas com umponto de orvalho entre 50 e 120°C, são particularmente removidas por con-densação com segurança e no segundo trocador de calor, o gás rico em tri-óxido de enxofre é ajustado em uma temperatura ótima para que a conden-sação final obtenha o trióxido de enxofre líquido. Deste modo, o trióxido deenxofre líquido de qualidade particularmente alta é obtido.
De acordo com outra modalidade particular da invenção, propor-ciona-se o uso de um gás quimicamente inerte em relação ao trióxido deenxofre, de preferência, ar, como meio de resfriamento, tanto no primeiro,como no segundo trocador de calor. Como um resultado, as reações indese-jadas entre o gás de partida e o meio de resfriamento que podem danificar odispositivo refrigerante são evitadas com segurança e, por outro lado, osgases refrigerantes aquecidos podem ser usados como gás de aquecimentoem outras partes da instalação e a demanda de energia do processo pode,deste modo, ser reduzida. Um procedimento particularmente eficaz é obtidoquando o primeiro trocador de calor é operado contracorrente e o meio deresfriamento possui uma temperatura de entrada de 25 a 35°C.
O condensado obtido no primeiro trocador de calor quando res-fria o gás de partida, que em particular, inclui compostos com um ponto deorvalho entre 50 e 120°C, é,de preferência recirculado no evaporador de ó-leo, a fim de expelir o trióxido de enxofre contido no condensado aumenta aprodução total do processo.
De acordo com um desenvolvimento da invenção, propõe-seresfriar o gás de partida no primeiro trocador de calor em uma temperaturaentre 50 e 70°C e no segundo trocador de calor em uma temperatura entre40 e 45°C.
De preferência, o condensado possivelmente obtido no segundotrocador de calor, na dependência de sua concentração de trióxido de enxo-fre, que pode ser ajustada pelo procedimento, é tanto recirculada no evapo-rador para expelir novamente o trióxido de enxofre contido no condensado,como é introduzida no dispositivo de condensação. De acordo com outramodalidade particular da presente invenção, propõe-se o uso de um óleo detransferência de calor quimicamente inerte em relação ao SO3 como o meiode resfriamento no dispositivo de condensação. Devido a sua alta estabilida-de térmica e a sua capacidade térmica mais alta quando comparada comgases, os óleos de transferência de calor são adequados, de fora excelente,para resfriar o gás em uma extensão suficiente para a condensação de trió-xido de enxofre, mesmo com uma taxa de fluxo de volume alta do gás pas-sado através do dispositivo de condensação. À medida que estes óleos detransferência de calor são quimicamente inertes em relação ao SO3 quandocomparados com a água, um processo altamente seguro é asseguradomesmo no caso de danos dentro do circuito refrigerante.
De acordo com um desenvolvimento da invenção, propõe-seusar um óleo de transferência de calor com uma viscosidade medida a 30°Centre 0,1 e 100 mPa-s, de preferência entre 0,5 e 20 mPa-s, e particularmen-te de preferência, entre 1 e 1,2 mPa-s, como o meio de resfriamento no dis-positivo de condensação.
Particularmente, bons resultados são obtidos quando o óleo detransferência de calor baseado em óleos de silicone é usado como meio deresfriamento no dispositivo de condensação.
De acordo com a presente invenção, os óleos de transferênciade calor baseados em óleos de silicone, em particular, aqueles baseados empolidimetilsiloxanos, conforme eles são vendidos, por exemplo, pela empre-sa Dow Chemicals, sob os nomes comerciais SYLTHERM® XLT, SYL-THERM® 800 e SYLTHERM® HF, também se tornaram úteis para este pro-pósito.
De preferência, muito particularmente, o SYLTHERM® XLT éusado como meio de resfriamento no dispositivo de condensação.
Quando utilizarem outros óleos de transferência de calor emuma escala comercial, os experimentos de laboratório devem ser feitos paradeterminar suas reatividades com SO3 líquido. De acordo com a invenção,os óleos de transferência de calor precisam ter uma reatividade baixa comSO3 líquido, de modo que não possa ocorrer nenhuma reação exotérmica.Isto pode ser determinado por meio de uma medição. Os óleos de siliconenão apresentam nenhuma reação exotérmica rápida com SO3 líquido.
A princípio, como o dispositivo de condensação para o processoda invenção, todos os aparelhos conhecidos por aqueles versados na técni-ca para este propósito podem ser usados, em particular, trocadores de calordo tipo casco e tubo, trocadores de calor à placa e trocadores de calor depelícula descendente.
De acordo com um desenvolvimento da invenção, propõe-seoperar o dispositivo de condensação simultaneamente, sendo que neste ca-so o meio de resfriamento possui, de preferência, uma temperatura entre 25e 35°C.
Alternativamente, o dispositivo de condensação também podeser operado contracorrente, sendo que neste caso o meio de resfriamentopossui, de preferência, uma temperatura entre 30 e 35°C.
De acordo com outra modalidade particular da presente inven-ção, o meio de resfriamento do dispositivo de condensação é guiado em umcircuito fechado e mediante a descarga do dispositivo de condensação, pri-meiro é resfriado em um trocador de calor líquido-líquido, antes de ser no-vamente introduzido no dispositivo de condensação.
Outra questão da presente invenção é uma instalação para acondensação de trióxido de enxofre proveniente de um gás de partida quen-te que contém trióxido de enxofre, que pode, em particular, ser usada pararealizar o processo da invenção, que compreende:
a) um primeiro trocador de calor que compreende condutosde fornecimento e descarga para gás de partida e refrige-rante que contém trióxido de enxofre, onde um gás, de pre-ferência, ar, é proporcionado como meio de resfriamento,
b) um segundo trocador de calor que compreende condutosde fornecimento e descarga para gás de partida e refrige-rante que contém trióxido de enxofre, onde um gás, de pre-ferência, ar, é proporcionado como meio de resfriamento, e
c) um dispositivo de condensação, onde um líquido quimica-mente inerte em relação ao trióxido de enxofre é propor-cionado como meio de resfriamento.
De preferência, um evaporador de óleo é proporcionado a mon-tante do primeiro trocador de calor da instalação, de acordo com a invenção.
A invenção será subseqüentemente explicada em detalhes comreferência às modalidades e aos desenhos. Todos recursos por si mesmosou em qualquer forma de combinação do assunto da invenção, independen-te de sua inclusão nas reivindicações ou de sua referência anterior.
A instalação, como mostrada na única Figura, para a condensa-ção de trióxido de enxofre proveniente de um gás de partida quente que con-tém trióxido de enxofre, que é produzido ao expelir o trióxido de enxofre doóleo, compreende uma torre de óleo 1 como um tanque de armazenamentopara óleo, um evaporador de óleo 2, dois trocadores de calor 3, 4 e um dis-positivo de condensação 5.
Para produzir o gás de partida, o óleo primeiro é retirado da torrede óleo 1, onde o óleo com um conteúdo de trióxido de enxofre livre entre 28e 64% em peso, é circulado para propósitos de resfriamento através do con-duto 6 e do resfriador de circuito de óleo 7, e então, é fornecido através doconduto 8 para um preaquecedor de óleo 9 para propósitos de preaqueci-mento, antes que o óleo preaquecido seja introduzido no evaporador de óleo2 dotado do gás de resfriamento através do conduto 10, onde o mesmo éadicionalmente aquecido, até que uma grande parte do trióxido de enxofredissolvido no óleo tenha sido expelida do óleo. Enquanto o óleo inclinadocom um conteúdo de trióxido de enxofre livre entre 5 e 30% em peso, é re-circulado no preaquecedor de óleo 9 através do conduto 11, o gás de partidaexpelido que contém trióxido de enxofre com uma temperatura entre 100 e180°C é introduzido no primeiro trocador de calor 3 através do gás conduto12, onde o trocador de calor do gás de partida que contém trióxido de enxo-fre é resfriado contracorrente entre 50 e 70°C por meio de ar, que na entradado trocador de calor 3 possui uma temperatura entre 25 e 35°C. O conden-sado obtido no primeiro trocador de calor 3 é recirculado através de um con-duto (não mostrado) no evaporador de óleo 2, considerando que o ar de res-friamento aquecido seja descarregado do primeiro trocador de calor 3 e utili-zado para propósitos de aquecimento. Através do conduto de fornecimentode gás 13, o gás pré-resfriado rico em trióxido de enxofre é introduzido nosegundo trocador de calor 4, onde é adicionalmente resfriado a 40 a 45°C aousar o ar como meio de resfriamento, antes de ser introduzido no dispositivode condensação 5 através do conduto de fornecimento de gás 13'. O con-densado obtido no segundo trocador de calor 4 pode ser seletivamente for-necido para o evaporador de óleo 2 ou para o dispositivo de condensação 5.
No dispositivo de condensação 5, que constitui, de preferência,um trocador de calor do tipo casco e tubo ou um trocador de calor à placa, oSO3 é condensado fora do gás por um meio de resfriamento adequado, pre-ferencialmente por óleo de transferência de calor quimicamente inerte comrelação ao trióxido de enxofre. O meio de resfriamento é circulado atravésdos condutos 14, 14' e o resfriador térmico 15, que constitui, por exemplo,um trocador de calor espiral ou a trocador de calor à placa, onde o meio deresfriamento é resfriado em temperatura desejada para operar o dispositivode condensação 5 ao utilizar a água de resfriamento normalmente presentena instalação. Se o dispositivo de condensação 5 for operado contracorren-te, o meio de resfriamento possui, de preferência, uma temperatura entre 25e 30°C na entrada do dispositivo de condensação 5, no caso de uma opera-ção contracorrente, entretanto, a temperatura fica, de preferência, entre 30 e35°C.
O trióxido de enxofre líquido condensado no dispositivo de con-densação 5 pode ser descarregado, por exemplo pela gravidade, em umtanque de armazenamento (não mostrado) através de condutos correspon-dentes que constituem condutos com parede dupla e são conectados natemperatura final elevada do circuito de resfriamento.
Exemplo
Uma instalação de condensação, como mostrada na Figura, queé proporcionada a jusante de uma instalação de ácido sulfúrico convencionalcom uma capacidade de 108 toneladas por dia, foi operada, de forma contí-nua.
No evaporador de óleo 2, o óleo foi aquecido a uma temperaturade cerca de 120°C para expelir o trióxido de enxofre dissolvido neste e o gásde partida rico em trióxido de enxofre produzido foi fornecido para o primeirotrocador de calor 3 com uma temperatura de cerca de 135°C e resfriado nes-te a cerca de 60°C. No segundo trocador de calor 4, o gás foi então resfriadoa cerca de 40°C, antes de ser fornecido para o dispositivo de condensação5, que foi operado com SYLTHERM® XLT como meio de resfriamento, umóleo de transferência de calor baseado em óleo de silicone comercialmentedisponível junto a Dow Chemicals e foi condensado.
Obtiveram-se 18 toneladas de trióxido de enxofre condensadopor dia.LISTAGEM DE REFERÊNCIA
1 torre de óleo 2 evaporador de óleo 3 primeiro trocador de calor 4 segundo trocador de calor 5 dispositivo de condensação 6 conduto de circulação de óleo 7 resfriador de circuito de óleo 8 conduto de fornecimento de óleo 9 preaquecedor de óleo 10 conduto de fornecimento de gás de resfriamento 11 conduto de retorno de óleo 12 conduto de fornecimento de gás de partida 13,13' conduto de fornecimento de gás 14,14' conduto de circulação de refrigerante 15 resfriador térmico
Claims (17)
1. Processo para a condensação de trióxido de enxofre proveni-ente de um gás de partida quente que contém trióxido de enxofre, que com-preende as seguintes etapas:a) resfriar o gás de partida em uma temperatura de 40 a 45°Cem pelo menos um trocador de calor (3, 4), em que umgás, de preferência, ar, é usado como meio de resfriamen-to,b) introduzir o gás de partida resfriado em um dispositivo decondensação (5),c) condensar o trióxido de enxofre no dispositivo de conden-sação (5), em que um líquido quimicamente inerte em rela-ção ao trióxido de enxofre é usado como meio de resfria-mento, ed) retirar o trióxido de enxofre líquido, condensado do disposi-tivo de condensação (5).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o gás de partida que contém trióxido de enxofre é produzidopelo óleo de aquecimento com um conteúdo de trióxido de enxofre dissolvidode 28 a 64% em peso em um evaporador (2).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza-do pelo fato de que resfriar o gás de partida, de acordo com a etapa a) é rea-lizado em dois trocadores de calor conectados em série (3, 4).
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pe-lo fato de que nos dois trocadores de calor (3, 4) o ar é usado como meio deresfriamento.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteriza-do pelo fato de que o primeiro trocador de calor (3) é operado contracorrentee o meio de resfriamento possui uma temperatura de entrada de 25 a 35°C.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2a 5, caracterizado pelo fato de que o condensado obtido no primeiro trocadorde calor (3) é recirculado no evaporador (2).
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3a 6, caracterizado pelo fato de que o gás de partida é resfriado no primeirotrocador de calor (3) em uma temperatura entre 50 e 70°C e no segundo tro-cador de calor (4) em uma temperatura entre 40 e 45°C.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2a 7, caracterizado pelo fato de que o condensado obtido no segundo troca-dor de calor (4) é recirculado no evaporador (2) ou introduzido no dispositivode condensação (5).
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que no dispositivo de condensação(5) um óleo de transferência de calor é usado como meio de resfriamento.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o óleo de transferência de calor possui uma viscosidade (a 30°C) entre 0,1 e 100 mPa-s, de preferência entre 0,5 e 20 mPa-s e, particu-larmente, de preferência, entre 1 e 1,2 mPa-s.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri-zado pelo fato de que o óleo de transferência de calor consiste em óleos desilicone.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de condensação(5) constitui um trocador de calor do tipo casco e tubo, trocador de calor àplaca ou trocador de calor de película descendente.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de condensação(5) é operado simultaneamente, sendo que o meio de resfriamento possuiuma temperatura entre 25 e 30°C.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de condensação (5) é ope-rado contracorrente, sendo que o meio de resfriamento possui uma tempera-tura entre 30 e 35°C.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o meio de resfriamento do dis-positivo de condensação (5) é circulado e mediante a descarga do dispositi-vo de condensação (5) é resfriado em um trocador de calor líquido-líquido(15), antes de ser novamente introduzido no dispositivo de condensação (5).
16. Instalação para a condensação de trióxido de enxofre prove-niente de um gás de partida quente que contém trióxido de enxofre particu-larmente adequado para realizar um processo, como definido em qualqueruma das reivindicações 1 a 15, que compreende:a) um primeiro trocador de calor (3) que compreende condu-tos de fornecimento e descarga para gás de partida e refri-gerante que contém trióxido de enxofre, em que um gás,de preferência, ar, é proporcionado como meio de resfria-mento,b) um segundo trocador de calor (4) que compreende condu-tos de fornecimento e descarga para gás de partida e refri-gerante que contém trióxido de enxofre, em que um gás,de preferência, ar, é proporcionado como meio de resfria-mento, ec) um dispositivo de condensação (5), em que um líquidoquimicamente inerte com relação ao trióxido de enxofre éproporcionado como meio de resfriamento.
17. Instalação, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que um evaporador de óleo (2) é proporcionado montante doprimeiro trocador de calor (3).
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