RS63148B1 - Rekuperacija energije u proizvodnji sumporne kiseline - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na rekuperaciju energije u proizvodnji sumporne kiseline, a naročito na pojačanu rekuperaciju energije od apsorpcije vlažnog SO3u sumpornoj kiselini. Pronalazak je dalje usmeren na kontrolu formiranja izmaglice tokom apsorpcije SO3, i sadržaj izmaglice sumporne kiseline struje gasa koja napušta fazu apsorpcije SO3u postupku u kojem se apsorpciona energija SO3obnavlja iz apsorpcione kiseline u korisnom obliku.

[0002] Pre dvadeset pet godina razvijena je tehnologija za rekuperaciju toplote u korisnom obliku iz apsorpcije SO3u sumpornoj kiselini. Pre tog vremena, toplota iz apsorpcije nije mogla da se obnavlja u bilo kakvom korisnom obliku osim za centralno grejanje, zato što su problemi sa gradivnim materijalima ograničavali temperaturu na kojoj je apsorber SO3mogao da radi. Rashlađivači apsorpcione kiseline napravljeni od nerđajućeg čelika su obično radili na maksimalnoj ulaznoj temperaturi u okruženju od 110°C.

[0003] US Patent No.4,576,813 i 4,670,242 opisuju postupke u kojima bi apsorber SO3i rashlađivač apsorpcione kiseline mogli da rade na temperaturama od 120°C i višim održavanjem jačine struje sumporne kiseline koja napušta apsorber u koncentraciji od 98.5% ili većoj, poželjno 99% ili većoj, i rekuperacijom toplote iz apsorpcije u izmenjivaču toplote u kojem nastaju površine prenosa toplote navlažene kiselinom od pravilno izabranih Fe/Cr legura.

[0004] U postupcima opisanim u US Patent No.4,576,813 i 4,670,242, sumpor gori na suvom vazduhu da bi se proizvela struja gasa koja nosi suvi SO2koji sadrži višak kiseonika, a struja SO2prolazi kroz konverter da bi se proizvela struja gasa koja nosi suvi SO3koja je usmerena na apsorpcioni toranj gde stupa u kontakt sa sumpornom kiselinom zbog apsorpcije SO3na visokim temperaturama. Apsorpciona kiselina iz tornja visoke temperature, koji je obično označena sa "toranj za rekuperaciju toplote," cirkuliše kroz spoljašnji izmenjivač toplote cev u cev koji obuhvata cevi napravljene od odgovarajuće Fe/Cr legure. U izmenjivaču toplote, toplota se prenosi na prenosni fluid toplote i obnavlja se u korisnom obliku. U komercijalnoj primeni postupaka opisanih u US Patent No.4,576,813 i 4,670,242, toplota prenesena od apsorpcione kiseline stvara paru srednjeg pritiska koja je korisna u stvaranju električne energije i/ili u koordinatnim postupcima.

[0005] Apsorber visokih temperatura obično radi kao međuprolazni toranj iz kojeg se struja SO2koja ne sadrži SO3vraća u dodatnu fazu konvertera kako bi se proizvela SO3struja gasa koja se zatim usmerava na konačni apsorpcioni toranj. Da bi se rekuperacija SO3dovela do maksimuma i da bi se izmaglica sumporne kiselina svela na minimum, konačni toranj apsorpcije obično radi na relativno umerenoj temperaturi, na primer, oko 80°C.

[0006] US Patent No.5,118,490 opisuje rekuperaciju SO3apsorpcione toplote iz "vlažnog gasa." U postupku opisanom u US Patent No.5,118,490, SO3se stvara konverzijom SO2struje koja je za uzvrat proizvedena sagorevanjem sumpora ambijentalnim vazduhom koji je prošao kroz toranj za sušenje zbog uklanjanja vodene pare. Samim tim parcijalni pritisak vodene pare u SO3struji odražava vlagu ambijentalnog vazduha kao razblaženog gasovima sumporoksida nastalog tokom sagorevanja.

[0007] US Patent No.5,130,112 i EP 0521075 B1 opisuju postupak u kojem je energija obnovljena iz apsorpcije SO3pojačana ubrizgavanjem struje u SO3struju konverzionog gasa pre apsorpcije. Nakon ubrizgvavanja pare, konverzioni gas poželjno prolazi kroz ekonomizator, poželjnije kondenzujući ekonomizator, pre ulaska u apsorber. Prema opštem otkrivanju, proporcija pare ubrizgane u struju gasa može da bude u opsegu do 1.05 molova po molu SO3. U glavnom radnom primeru, ubrizgavanje pare povećava temperaturu SO3struje gasa za oko 30°C, ali se temperatura ove struje smanjuje za gotovo 100°C u kondenzujućem ekonomizatoru uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote. Primer 2 opisuje izvedeni test korozije na polupogonskom nivou u kojem je obezbeđeno 100% razblaženja vode za toranj za rekuperaciju toplote ubrizgavanjem pare.

[0008] US Patent No.5,538,707 opisuje postupak rekuperacije toplote apsorpcijom SO3u kojem se koncentracija kiseline koja izlazi iz apsorbera kontroliše regulisanjem brzine uvođenja pare u SO3struju konverzionog gasa koja ulazi u apsorpcionu zonu. Ovo otkrivanje je usmereno na kontrolu postupka, prevashodno u svrhe svođenja na minimum korozije izmenjivača toplote apsorpcione kiseline. Prilikom opisivanja prednosti postupka koji se tamo štiti, US Patent No.5,538,707 suprotstavlja ovaj postupak sa hipotetičkom alternativnom u kojoj 100% vode za razblaživanje je obezbeđeno u gasu vlažnog postupka. Ova druga opcija je kritikovana jer omogućava kontrolu koncentracije kiseline mnogo više iznad azeotropa, tj., između 98.8% i 99.2% sa posledičnim neželjenim efektima korozije.

[0009] US Patent No.4,996,038 opisuje postupak u kojem voda za razblaženje može da se doda u cirkulišuću kiselinu u obliku pare, opciono unutar tornja. I US Patent No.4,996,038 i US Patent No. 5,538,707 opisuju rekuperaciju toplote u apsorpcionom tornju koji obuhvata primarnu apsorpcionu zonu u koju se SO3struja gasa inicijalno uvodi, i sekundarnu apsorpcionu zonu, iznad primarne zone, u kojoj se struja gasa hladi a preostali SO3se obnavlja.

[0010] Ubrizgavanje pare u struju SO3konverzionog gasa koja ulazi u toranj za rekuperaciju toplote se praktikuje komercijalno u Sjedinjenim državama. Zbog postojanja raznih problema, uključujući koroziju izmenjivača toplote apsorpcione kiseline i stvaranje izmaglice kiseline, najveća proporcija vode za razblaživanje obezbeđene ubrizgavanjem pare u konverzioni gas je ograničena na oko 33% u industrijskim operacijama u Sjedinjenim državama.

[0011] Bez obzira na to da li je rekuperacija energije pojačano ubrizgavanjem pare u konverzioni gas koji ulazi apsorber, potencijal za formiranjem izmaglice sumporne kiseline u struji gasa je generalno pogoršan radom SO3apsorbera na visokoj temperaturi radi rekuperacije apsorpcione toplote u korisnom obliku. Rad na visokoj temperaturi povećava ravnotežne koncentracije SO3, sumporne kiseline i vodene pare u struji gasa. Kako se gas hladi tokom kontra-strujanja apsorpcione kiseline u apsorberu, i u kanalu protoka gasa nizvodno od izlaza gasa iz apsorbebra, sumporna kiselina se kondenzuje u finim kapljicama u struji gasa. Preostali SO3se kombinuje sa vodom u struji gasa radi stvaranja daljih količina pare sumporne kiseline koja se kondenzuje kako bi se formirala dodatna izmaglica. I u operacijama sa suvim gasom i sa vlažnim gasom, uključujući ali bez ograničenja na ubrizgavanje pare, izmagilca je složena i često predstavlja zbunjujući problem. Tamo gde apsorber za rekuperaciju toplote funkcioniše kao međuprolazni apsorber, izmaglica u struji izlaznog gasa može da se deponuje na nizvodnim površinama čime se uzrokuje značajna korozija. Tamo gde apsorber za rekuperaciju toplote funkcioniše kao finalni apsorber, struja gasa koja izlazi iz apsorbera se provetrava u atmosferu gde izmaglica sumporne kiseline postaje zagađivač.

KRATAK SADRŽAJ PRONALASKA

[0012] U postupcima kontaktne sumporne kiseline prema ovom pronalasku, pojačana rekuperacija energije se dobija iz apsorpcione zone u kojoj se SO3apsorbuje u sumpornu kiselinu. Energija se obnavlja u korisnom obliku, na primer, u obliku pare neposrednog pritiska. Pojačana rekuperacija energije se postiže dok se istovremeno čuva kontrola korozije na površinama razmene toplote koje su navlažene apsorpcionom kiselinom, i bez prekomernog ili nepodnošljivog stvaranja izmaglice kiseline. Količina pare neposrednog pritiska koja može da generiše iz apsorpcione petlje, može značajno da se poveća, npr. za do 25% ili više, u poređenju sa komercijalnim postupcima u kojima ne više od oko 33% vode za razblaženje može da se obezbedi u obliku vodene pare koja se nalazi u struji gasa koja ulazi u apsorber.

[0013] Ukratko, ovaj pronalazak je usmeren na postupak za pripremu sumporne kiseline koji obuhvata:

spaljivanje izvora sumpora u gasu koji obuhvata višak kiseonika radi proizvodnje struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata gas sagorevanja koji obuhvata sumpordioksid i kiseonik;

stupanje u kontakt struje gasa koji nosi sumporoksid koja obuhvata pomenuti gas sagorevanja sa katalizatorom radi pretvaranja sumpordioksida u sumportrioksid, čime se pretvara struja gasa koji nosi sumporoksid u konverzioni gas koji sadrži SO3;

stupanje u kontakt konverzionog gasa u primarnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije energije sa primarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu, čime se sumporna kiselina iz konverzionog gasa prenosi u primarnu apsorpcionu tečnost;

uvođenje vodene pare u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od primarne apsorpcione zone rekuperacije energije u odnosu na pravac protoka gasa u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare do najmanje 0.40 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida u gasu koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije; cirkulisanje pomenute primarne apsorpcione tečnosti između pomenute primarne apsorpcione zone rekuperacije energije i indirektnog izmenjivača toplote u kojem se toplota koja se stvara reakcijom sumporoksida i vode, kondenzacijom sumporne kiseline, i/ili apsorpcijom sumporoksida u primarnu apsorpcionu tečnost prenosi na prenosni fluid toplote, čime se prenosni fluid toplote zagreva do najmanje 150°C;

stupanje u kontakt struje gasa koja izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije sa sekundarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, pri čemu se preostali SO3koji se nalazi u struji gasa koja ulazi u pomenutu sekundarnu apsorpcionu zonu obnavlja u obliku sumporne kiseline u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti;

kontrolisanje brzine isporuke sekundarne apsorpcione kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu radi održavanja razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 25°C i na ulazu tečnosti i na izlazu tečnosti sekundarne apsorpcione zone; i

kontrolisanje koncentracije sekundarne apsorpcione kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da se obezbedi da kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone bude jednaka ili veća od azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i jednaka ili ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.

[0014] Ovaj pronalazak je dalje usmeren na postupak kao što je prethodno definisano u kojem je ekvivalentna koncentracija sumporne kiseline gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone najmanje 0.2 mas.% manja od azeotropa.

[0015] Pronalazak je dalje usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0013] koji dalje obuhvata: utvrđivanje i/ili podešavanje brzine isporuke kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu radi održavanja razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 25°C i na ulazu tečnosti i na izlazu tečnosti sekundarne apsorpcione zone;

merenje i/ili utvrđivanje jačine kiseline u kontaktu sa gasom koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije;

merenje i/ili utvrđivanje brzine na kojoj se SO3isporučuje u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije; i

od brzine na kojoj se sekundarna apsorpciona kiselina isporučuje u sekundarnu apsorpcionu zonu, jačine kiseline u kontaktu sa gasom koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije toplote, i brzine isporuke SO3u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije, utvrđivanje i/ili podešavanje jačine kiseline isporučene u ulaz sekundarne apsorpcione zone kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da bi se osiguralo da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone iznad azeotropne kompozicija u odnosu na sadržaj vode i ispod azeotropne kompozicije u odnosu na SO3sadržaj.

[0016] U daljem aspektu, ovaj pronalazak je usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0015] koji dalje obuhvata protokol pokretanja u kojem:

su utvrđeni izbor brzine isporuke SO3u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije toplote i izbor temperature gasa koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije;

ciljani opsezi su izabrani za temperaturu kiseline u kontaktu sa gasom koji ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu, temperaturu gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone, i temperaturu kiseline u kontaktu sa gasom koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone;

isporuka sekundarne apsorpcione kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu je utvrđena pri brzini efektivnoj za održavanje razlika između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 25°C i na ulazu tečnosti i na izlazu tečnosti sekundarne apsorpcione zone; i

jačina kiseline isporučene u ulaz sekundarne apsorpcione zone je utvrđena kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da se osigura da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone iznad azeotropne kompozicija u odnosu na sadržaj vode i ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.

[0017] U daljem aspektu, ovaj pronalazak je usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0013] u kojem se razlika između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu održava na ne više od 30°C kroz drugu apsorpcionu zonu.

[0018] Ovaj pronalazak je takođe usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0013] u kojem se L/G u sekundarnoj apsorpcionoj zoni održava između 0.4 i 1.5 na bazi ukupnog protoka gasa.

[0019] Opet u daljem aspektu, ovaj pronalazak je usmeren na postupak za pripremu sumporne kiseline koji obuhvata:

stupanje u kontakt gasa koji sadrži kiseonik sa desikantom da bi se obezbedio osušen gas koji sadrži kiseonik;

uvođenje sumpora i osušenog gasa koji sadrži kiseonik u zonu sagorevanja, pri čemu je sadržaj kiseonika iz gasa koji sadrži kiseonik uveden u pomenutu zonu u stehiometrijskom višku u odnosu na sumpor uveden u pomenutu zonu;

spaljivanje sumpora sa kiseonikom osušenog gasa radi proizvodnje struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata gas sagorevanja koji obuhvata sumpordioksid i kiseonik;

stupanje u kontakt struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata pomenuti gas sagorevanja sa katalizatorom radi pretvaranja sumpordioksida u sumportrioksid, čime se transformiše struja gasa koji nosi sumporoksid u konverzioni gas koji sadrži SO3;

stupanje u kontakt konverzionog gasa u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote sa apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu, čime se sumporna kiselina prenosi iz konverzionog gasa u apsorpcionu tečnost;

uvođenje vodene pare u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do najmanje 0.55 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu; i

cirkulisanje pomenute apsorpcione tečnosti između pomenute apsorpcione zone i indirektnog izmenjivača toplote u kojem se toplota koja se stvara reakcijom sumporoksida i vode, kondenzacijom sumporne kiseline, i/ili apsorpcijom sumporoksida u apsorpcionu tečnost se prenosi na prenosni fluid toplote, čime se prenosni fluid toplote zagreva do najmanje 150°C.

[0020] Ovaj pronalazak je dalje usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0019] u kojem se vodena para uvodi u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do najmanje 0.80 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu.

[0021] Pronalazak je dalje usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0019] u kojem se vodena para uvodi u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid u proporciji dovoljnoj da se obezbedi sadržaj pare sumporne kiseline od najmanje najmanje 0.30 molova po molu sumportrioksida u konverzionom gasu koji ulazi u apsorpcionu zonu.

[0022] Ovaj pronalazak je dalje usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0019] u kojem se vodena para uvodi u struju konverzionog gasa nizvodno od bilo kog izmenjivača toplote za rekuperaciju korisne energije iz konverzionog gasa pri brzini većoj od 69.8 KJ/kg (30 BTU/funta) ekvivalentnog SO3u konverzionom gasu.

[0023] Opet u daljem aspektu, ovaj pronalazak je usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0022] u kojem toplota iz reakcije koja je rezultat ubrizgavanje vodene pare u konverzioni gas ne pokreće konverzioni gas prema njegovoj tački zasićenosti već povećava opseg do kojeg temperatura gasa premašuje tačku rose gasa.

[0024] U daljim načinima ostvarivanja, ovaj pronalazak je usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0019] u kojem se voda uvedena u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid, sastoji od vodene pare.

[0025] Ovaj pronalazak je dalje usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0019] u kojem se vodena para uvodi u konverzioni gas u zoni ubrizgavanja vodene pare, pri čemu ne postoji suštinsko uklanjanje toplote iz struje gasa u zoni ubrizgavanja vodene pare ili duž puta nizvodno od zone ubrizgavanja vodene pare pre ulaska konverzionog gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

[0026] U daljem aspektu, ovaj pronalazak je usmeren na postupak kako je definisan u stavu [0019] u kojem se vodena para uvodi u konverzioni gas u zoni ubrizgavanja vodene pare, pri čemu ne postoji kondenzacija iz struje gasa u zoni ubrizgavanja vodene pare ili duž puta nizvodno od zone ubrizgavanja vodene pare pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije energije.

[0027] Ovaj pronalazak je dalje usmeren na postupak za pripremu sumporne kiseline koji obuhvata: spaljivanje izvora sumpora u gasu koji obuhvata višak kiseonika radi proizvodnje struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata gas sagorevanja koji obuhvata sumpordioksid i kiseonik; stupanje u kontakt struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata pomenuti gas sagorevanja sa katalizatorom radi pretvaranja sumpordioksida u sumportrioksid, čime se pretvara struja gasa koji nosi sumporoksid u konverzioni gas koji sadrži SO3;

stupanje u kontakt konverzionog gasa u primarnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije energije sa primarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu, čime se sumporna kiselina iz konverzionog gasa prenosi u primarnu apsorpcionu tečnost;

uvođenje vodene pare u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od primarne apsorpcione zone rekuperacije energije u odnosu na pravac protoka gasa u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare do najmanje 0.40 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida u gasu koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije; cirkulisanje pomenute primarne apsorpcione tečnosti između pomenute primarne apsorpcione zone rekuperacije energije i indirektnog izmenjivača toplote u kojem se toplota koja se stvara reakcijom sumporoksida i vode, kondenzacijom sumporne kiseline, i/ili apsorpcijom sumporoksida u primarnu apsorpcionu tečnost se prenosi na prenosni fluid toplote, čime se prenosni fluid toplote zagreva do najmanje 150°C;

stupanje u kontakt struje gasa koja izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije sa sekundarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, pri čemu preostali SO3koji se nalazi u struji gasa ulazi u pomenutu sekundarnu apsorpcionu zonu u kojoj se obnavlja u obliku sumporne kiseline u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti;

kontrolisanje brzine isporuke sekundarne apsorpcione kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu radi održavanja razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 30°C kroz drugu apsorpcionu zonu; i

kontrolisanje koncentracije sekundarne apsorpcione kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da se obezbedi da kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone bude jednaka ili veća od azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i jednaka ili ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0028]

Fig.1 predstavlja dijagram toka postupka za apsorpciju SO3i sistem za rekuperaciju energije apsorpcijom iz stanja tehnike koji obuhvata primarne i sekundarne kontra-strujne apsorpcione zone, u kojem se do oko jedne trećine reakcione vode obezbeđuje ubrizgavanjem pare u struju koja nosi SO3koji ulazi u primarnu zonu;

Fig.2 predstavlja dijagram toka postupka za apsorpciju SO3i sistem za rekuperaciju energije apsorpcijom prema poželjnom načinu ostvarivanja pronalaska, koji obuhvata primarnu kontrastrujnu apsorpcionu zonu rekuperacije toplote i sekundarnu kontra-strujnu apsorpcionu zonu, u kojoj se 95-100% reakcije i vode za razblaženje obezbeđuje ubrizgavanjem pare u struju koja nosi SO3koji ulazi u primarnu zonu;

Fig.3 predstavlja dijagram toka postupka sličan onom sa Fig.2 u kojem je cirkulisanje apsorpcione kiseline podeljeno između struje koja se vraća u primarnu apsorpcionu zonu i frakcije koja cirkuliše u sekundarnu apsorpcionu zonu;

Fig.4 predstavlja logaritmički grafikon pritiska pare u odnosu na recipročnu apsolutnu temperaturu za SO3, vodu, i H2SO4;

Fig.5 predstavlja krive za temperaturu gasa i tačke rose gasa za uobičajenu struju koja nosi SO3koji ulazi u apsorber u pogonu kontaktne sumporne kiseline suvog gasa, grafički prikazane kao funkcija proporcije zahteva za vodu u stehiometrijskoj reakciji koja se dobija ubrizgavanjem zasićene atmosferske pare u struju gasa pre apsorbera;

Fig.6 predstavlja šematsku ilustraciju tornja za rekuperaciju energije apsorpcijom SO3kontrastrujnog protoka, zajedno sa polušematskim podužnim unakrsnim presekom cevi za protok gasa za isporuku konverzionog gasa koji nosi SO3na dno tornja, koji prikazuje mlaznice i žlebove za realizovanje ubrizgavanja pare u struju gasa;

Fig.7 predstavlja krive koje grafički prikazuju pretvaranje SO3u sumpornu kiselinu, kompoziciju gasovite faze, i opseg kondenzacije kao funkcije temperature gasovite faze u radu apsorpcionog sistema kontra-strujnog SO3u koji se uvodi struja gasa koji sadrži ekvivalent od približan vodenoj pari od jednog mola po ekvivalentu jednog mola SO3;

Fig.8 predstavlja dijagram toka postupka za načine ostvarivanja simuliranog postupka ovog pronalaska sa jednom apsorpcionom zonom, kao što je označeno u primeru 5 u svrhu koje ilustruju opseg rekuperacije SO3kao funkciju broja faza teorijske apsorpcije u apsorpcionoj zoni kolone za rekuperaciju energije;

Fig.9 predstavlja dijagram toka postupka sličan onom sa Fig.3 u kojem se toplota prenosi od frakcije apsorpcione kiseline koja cirkuliše u sekundarnoj apsorpcionoj zoni da bi se stvorila para za ubrizgavanje u struju gasa koja nosi SO3koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu;

Fig.10 predstavlja dijagram toka sličan onom sa Fig.9 ali podešen za apsorpciju SO3proizvedenog iz struje SO2nastale iz nekog drugog izvora pored elementarnog sumpora;

Fig.11 predstavlja dijagram toka postupka koji pokazuje rekuperaciju toplote iz sekundarne apsorpcione tečnosti prilikom stvaranja pare radi dearacije, prethodno zagrevanje ulazne vode iz nedeaeracionog kotla pre deaeracije, dalje prethodno zagrevanje ulazne vode iz deaeracionog kotla, i isporuku prethodno zagrejane deaeracione ulazne vode u izmenjivač toplote radi rekuperacije apsorpcione toplote na temperaturi većoj od 150°C;

Fig.12 predstavlja uobičajenu temperaturu gasa, temperaturu tečnosti, i profile koncentracije izmaglice za primarnu apsorpcionu zonu apsorpcije SO3i sistem za rekuperaciju toplote tipa koji je ilustrovan na Fig.2, 3 ili 10;

Fig.13 predstavlja uobičajenu temperaturu gasa, temperaturu tečnosti, i profile koncentracije izmaglice za sekundarnu apsorpcionu zonu apsorpcije SO3i sistem za rekuperaciju toplote tipa koji je ilustrovan na Fig.2, 3 ili 10 u uslovima velikog protoka tečnosti u odnosu na protok potreban da se ohladi struja gasa;

Fig.14 predstavlja uobičajenu temperaturu gasa, temperaturu tečnosti, i profile koncentracije izmaglice u uslovima malog protoka tečnosti za sekundarnu apsorpcionu zonu apsorpcije SO3i sistem za rekuperaciju toplote tipa koji je ilustrovan na Fig.2, 3 ili 10;

Figs.15 i 16 predstavljaju uobičajenu temperaturu gasa, temperaturu tečnosti, i profile koncentracije izmaglice u uslovima poželjnog neposrednog protoka za sekundarnu apsorpcionu zonu apsorpcije SO3i sistem za rekuperaciju toplote tipa koji je ilustrovan na Fig.2, 3 ili 10;

Fig.17 predstavlja dijagram toka postupka za apsorpciju SO3i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije koji obuhvata primarne i sekundarne kontra-strujne apsorpcione zone, koje mogu da rade bez ubrizgavanja vodene pare ali u skladu sa određenim poželjnim načinima ostvarivanja postupka pronalaska za kontrolu stvaranja izmaglice;

Fig.18 predstavlja dijagram toka postupka za postupak koji je generalno sličan onom sa Fig.3 izuzev što postupak sa Fig.18 radi bez ubrizgavanja vodene pare u konverzioni gas ili gas sagorevanja; Fig.19 grafički prikazuje protoke komponenti pare SO3, H2S04i vodene pare u struji gasa u odnosu na udaljenost od ulaza gasa u primarnoj apsorpcionoj zoni apsorbera za rekuperaciju kontrastrujne toplote koji obuhvata i primarnu apsorpcionu zonu i sekundarnu apsorpcionu zonu koje se nalaze iznad primarne zone, pri čemu primarna apsorpciona ulazi u primarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 99.5 mas.%, sekundarna apsorpciona kiselina ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 98.5 mas.%, a sekundarna kiselina koja izlazi iz sekundarne zone se uliva u gornji deo primarne zone;

Fig.20 grafički prikazuje protoke komponenti pare SO3, H2SO4i vodene pare u struji gasa u odnosu na udaljenost od ulaza gasa u sekundarnoj apsorpcionoj zoni apsorbera za rekuperaciju kontrastrujne toplote koji obuhvata i primarnu apsorpcionu zonu i sekundarnu apsorpcionu zonu koja se nalazi iznad primarne zone, pri čemu primarna apsorpciona kiselina ulazi u u primarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 99.5 mas.%, sekundarna apsorpciona kiselina ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 98.5 mas.%, a sekundarna kiselina koja izlazi iz sekundarne zone se uliva u gornji deo primarne zone;

Fig.21 grafički prikazuje protoke komponenti pare SO3, H2SO4i vodene pare u struji gasa u odnosu na udaljenost od ulaza gasa u sekundarnoj apsorpcionoj zoni apsorbera za rekuperaciju kontrastrujne toplote koji obuhvata i primarnu apsorpcionu zonu i sekundarnu apsorpcionu zonu koja se nalazi iznad primarne zone, pri čemu primarna apsorpciona kiselina ulazi u primarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 99.5 mas.%, sekundarna apsorpciona kiselina ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 99.2 mas.%, a sekundarna kiselina koja izlazi iz sekundarne zone se uliva u gornji deo primarne zone;

Fig.22 predstavlja dijagram koji grafički prikazuje koncentracionu radnu liniju, temperaturnu radnu liniju i azeotropnu kompoziciju kao funkciju temperature u apsorpcionoj zoni rekuperacije kontrastrujne toplote;

Fig.23 predstavlja alternativni dijagram toka postupka sličan onom sa Fig.11 koji prikazuje rekuperaciju toplote iz sekundarne apsorpcione tečnosti prilikom stvaranja pare koja može da se koristi kao izvor vodene pare za ubrizgavanje u SO3-struju koja nosi gas uzvodno od apsorpcione zone; i

Fig.24 predstavlja dijagram toka postupka za apsorpciju SO3i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije prema poželjnom načinu ostvarivanja pronalaska uključujući velike brzine ubrizgavanja pare u primarnu apsorpcionu zonu slično onome sa Fig.3, 9, 10, 11 i 23 i koji prikazuje šematski izgled sistema za kontrolisanje rada sekundarne apsorpcione zone.

[0029] Odgovarajući referentni karakteri označavaju odgovarajuće komponente na nekoliko izgleda crteža.

OPIS POŽELJNIH NAČINA OSTVARIVANJA

[0030] U pogonu kontaktne sumporne kiseline, struja gasa koja sadrži SO2i kiseonik stupa u kontakt sa katalizatorom koji promoviše oksidaciju SO2u SO3. Obično se struja gasa koja nosi SO2proizvodi sagorevanjem elementarnog sumpora. Međutim, struja gasa koja nosi SO2takođe može da se proizvede prženjem metalnih ruda, npr., pirita, ili sagorevanjem drugih jedinjenja koja nose sumpor, ili stvaranjem potrošene kiseline pri čemu se SO2stvara dekompozicijom kiseline. SO3u konverzionom gasu predstavlja rekuperaciju apsorpcijom u jakoj sumpornoj kiselini. Gde se dobijena toplota apsorpcije obnavlja iz apsorpcione kiseline prenosom na drugi fluid, količina obnovljene toplote može da se pojača ubrizgavavanjem vodene pare u struju gasa koja nosi SO3koja ulazi u apsorber.

[0031] Ubrizgavanje vodene pare u struju gasa koji nosi sumporoksid u postrojenju za proizvodnju kontaktne sumporne kiseline dovodi do reakcije SO3i vode u parnoj fazi kako bi se formirala H2SO4u parnoj fazi. Vodena para može da se ubrizga direktno u konverzioni gas koji nosi SO3ili u gas sagorevanja koji nosi SO2uzvodno od konvertera. U svakom slučaju, vodena para reaguje sa SO3koji je već prisutan u gasu, ili do reakcije dolazi nakon njegovog formiranja. U raznim poželjnim načinima ostvarivanja ovog postupka prema ovom pronalasku, vodena para se ubrizgava u konverzioni gas koji nosi SO3pre nego u gas koji nosi SO2uzvodno od konvertera, a poželjnije vodena para se ubrizgava nizvodno od izmenjivača toplote u kojima se obnavlja toplota iz reakcije SO2i kiseonika.

[0032] Reakcija SO3i vode iz parne faze je izuzetno egzotermička reakcija koja povećava temperaturu gasa. Reakcija iz parne faze takođe predstavlja ravnotežnu reakciju u kojoj pretvaranje u H2SO4varira obrnuto sa temperaturom. Kada struja gasa koja obuhvata parnu fazu H2SO4, SO3i vodena para dođu u kontakt sa sumpornom kiselinom, dešava se nekoliko fenomena, od koji svaki stvara suštinsku energiju i time se povećava temperatura tečne faze. U njih spadaju kondenzacija H2SO4, apsorpcija SO3, kondenzacija vodene pare, reakcija SO3i vode u tečnoj fazi, i, obično, prenos senzibilne toplote iz gasovite faze u tečnu fazu. Tamo gde se toplota prenosi iz tečne faze, tj., apsorpciona kiselina, u prenosni fluid toplote, toplota iz parne faze usled reakcije SO3i vode, toplota usled kondenzacije H2SO4, toplota usled kondenzacije SO3, i toplota iz apsorpcije, tj., toplota iz tečne faze usled reakcije SO3i vode, sve mogu da se obnove u korisnom obliku.

[0033] Samim tim, ubrizgavanje vodene pare u konverzioni gas koji nosi SO3ili gas sagorevanja koji nosi SO2uzvodno od apsorbera obezbeđuje suštinsko pojačanje količine energije koja može da se obnovi na visokoj temperaturi gde asporber i njegov pridruženi rashlađivač kiseline rade na visokoj temperaturi.

[0034] Međutim pre ovog pronalaska, opseg ubrizgavanja pare je bio ograničen usled brige da prekomerna korozija rashlađivača kiseline i/ili prekomerno stvaranje izmaglice sumporne kiseline može da nastane ukoliko se para ubrizgava u proporciji većoj od oko 33% zahteva za vodu iz stehiometrijske reakcije, tj., ako se para ubrizgava u proporciji dovoljnoj da se podigne molarni odnos ekvivalentnog sadržaja pare usled vlažnosti i ekvivalentnog sadržaja SO3do vrednosti veće od oko 0.33 u gasu koji ulazi u apsorber.

[0035] Voda koja se dodaje za reakciju sa SO3je ovde ponekad označena kao voda za razblaženje jer u uobičajenoj praksi struja cirkulišuće apsorpcione kiseline je razblažena sa vodom pri brzini koja je stehiometrijski ekvivalentna brzini uvođenja SO3u apsorpcionu zonu. Jačina kiseline zatim progresivno raste kako apsorpciona kiselina prolazi kroz apsorpcionu zonu i apsorbuje SO3iz struje gasa da bi se proizvela sumporna kiselina u tečnosti reakcijom sa vodom za razblaženje. Samim tim, kiselina koja izlazi iz apsorbera predstavlja ciljanu koncentraciju faze apsorpcije, čime se obezbeđuje struja apsorpcione kiseline koja je podeljena na struju kiseline proizvoda koja se uklanja iz sistema i recirkulišuću struju kiseline koja je razblažena vodom pre uvođenja u apsorpcionu zonu.

[0036] Uvođenje reaktivne vode u struju gasa koja nosi SO3pre apsorpcione zone smanjuje kiseli koncentracioni gradijent u apsorpcionoj zoni. Kada se uvodi 100% reakcione vode u struju SO3u obliku vodene pare, koncentracioni gradijent u apsorpcionoj zoni je u potpunosti eliminisan, tj., ne postoji razblaženje kao takvo, već konstantna jačina kiseline u tečnoj fazi kroz zonu. Ako se ova koncentracija održava na vrednosti koja je previše niska, može da se javi prekomerna korozija u sudu za apsorpciju legure. Ako je koncentracija prevelika, neapsorbovani SO3može da prođe kroz apsorber, čime se smanjuje prinos, čime se stvara izmaglica sumporne kiseline kada se gas ohladi nizvodno od apsorbera, i/ili inhibira pretvaranje u nizvodnoj katalizatorskoj kontaktnoj zoni.

[0037] Ipak, prema ovom pronalasku, otkriveno je da pojačane količine energije mogu biti obnovljene iz sistema za apsorpciju uvođenjem povećanih proporcija reakcione vode putem ubrizgavanja vodene pare u struju koja nosi gas SO2ili SO3uzvodno od sistema za apsorpciju. Štaviše, ovaj postupak može da radi tako da se postigne suštinski pojačana rekuperacija energije iz sistema za apsorpciju bez prekomerne korozije, i bez prekomernog stvaranja izmaglice kiseline. Ovi povoljni rezultati proizilaze iz identifikacije, koordinacije i kontrole kombinacija varijabli postupka koje utiču na odgovor sistema za apsorpciju do uvođenja vodene pare u struju gasa koja nosi SO2ili SO3. Odgovarajući uslovi su izabrani u smislu podataka o kompoziciji i temperaturi struje gasa koja nosi SO3kao funkciji proporcije vode za razblaženje uvedene u struju pre sistema za apsorpciju, i u smislu podataka o azerotopnoj kompoziciji kao funkciji temperature.

[0038] Povećavanje proporcije vode za razblaženje obezbeđene ubrizgavanjem vodene pare u gas uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote omogućava suštinski porast energije koja se na kraju obnavlja iz sistema za apsorpciju. Ovaj režim rada obezbeđuje visoku temperaturu gasa i visoku entalpiju gasa od obrazovanja sumporne kiseline proizvoda u parnoj fazi. Senzibilna toplota i latentna toplota uparavanja sumporne kiseline se obnavljaju u korisnom obliku iz gasovite faze u izmenjivaču toplote apsorbera za rekuperaciju energije, obično stvaranjem pare neposrednog pritiska. Prema ovom postupku pronalaska, brzina rekuperacije toplote može da poraste za više od 25% od najveće brzine korisne rekuperacije toplote iz sistema za apsorpciju SO3kao što je dobijeno na industrijskom nivou u operacijama u Sjedinjenim državama. Na primer, dok para neposrednog pritiska na 0.3 MPaskala (3 bara) ili više, obično 0.7 MPaskala (7 bara) ili više, se stvara pri brzini od 0.48 tona po toni neto proizvodnje sumporne kiseline u sistemu za apsorpciju u kojem se 1/3 potrebne vode za razblaženje obezbeđuje ubrizgavanjem pare u struju gasa pre apsorbera, pri čemu brzina rekuperacije energije mogu da se povećaju do ne više od 0.6 do 0.9 tona u obliku pare neposrednog pritiska po toni sumporne kiseline proizvedene gde je proporcija reakcione vode obezbeđena ubrizgavanjem pare povećana do 95-100%, a koncentracioni gradijent u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote je snižen do 0.2 mas.% ili manje. Gde je obezbeđeno 100% ili više reaktivne vode u obliku pare ubrizgane uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote, postoji dalji značajna ušteda kapitala i troškova održavanja kod eliminisanja suda za razblaživanje.

[0039] Ono što je ilustorvano na Fig.1 predstavlja apsorpcije SO3i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije iz stanja tehnike gde je do oko 33% vode za razblaženje obezbeđeno ubrizgavanjem pare u struju gasa koja nosi SO3koja ulazi u sistem. Uzvodno od apsorpcije SO3i sistema za rekuperaciju apsorpcione energije u odnosu na protok gasa koji nosi sumporoksid u sistem, struja gasa koja nosi SO2je proizvedena spaljivanjem sumpora u višku vazduha. Alternativno, struja koja nosi SO2može da se proizvede u metalurškom postrojenju, obično prženjem sulfidne rude. Struja koja nosi SO2, koja sadrži nekonzumirani kiseonik u proporciji najmanje stehiometrijski ekvivalentnoj SO2, prolazi kroz katalizatorski konverter u kojem se visoka proporcija SO2pretvara u SO3katalizatorskom reakcijom sa kiseonikom u gasu, čime se proizvodi konverzioni gas koji obuhvata SO3. Oksidacija SO2u SO3stvara suštinsku toplotu reakcije koja je najmanje delimično obnovljena prolaskom konverzionog gasa koji nosi SO3kroz jedan ili više izmenjivača toplote, npr., kotao za otpadnu vodu, supergrejač pare i/ili ekonomizator.

[0040] Konverzioni gas se zatim isporučuje u apsorpciju SO3i apsorpcioni sistem za rekuperaciju apsorpcione energije kao što je ilustrovano na Fig.1. Taj sistem obuhvata apsorber, npr., kontra-strujni apsorpcioni toranj 1 u kojem SO3konverziona struja gasa stupa u kontakt sa koncentrovanom sumpornom kiselinom zbog prenosa SO3iz struje gasa u tečnu fazu u obliku inkrementalnog dodavanja sumporne kiseline u apsorpcionu tečnost. U apsorberu, struje tečnosti i gasa stupaju u kontakt unutar apsorpcione zone 3 rekuperacije toplote koja obuhvata sredstva za promovisanje kontakta gas/tečnost i prenosa mase između kisele faze i tečne faze. Kao što je ilustrovano, gas i tečnost kontra-strujno teku kroz apsorpcionu zonu 3 rekuperacije toplote. Stručnjacima će biti jasno da gas i tečnost alternativno mogu da stupaju u kontakt u apsorberu istostrujnog protoka kao što je, npr., venturi toranj.

[0041] Apsorpcioni sistem dalje obuhvata spoljašnji izmenjivač toplote 5 za rekuperaciju apsorpcione energije iz apsorpcione kiseline, razblaživač 7 u koji se voda uvodi u struju recirkulišuće kiseline zbog reakcije sa dodatnim količinama SO3. Obogaćena struja sumporne kiseline se uklanja iz tornja putem izlaza 9 kiseline, cirkuliše kroz izmenjivač toplote 5 i razblaživač 7 pomoću pumpe 11 za cirkulisanje kiseline i vraća se u toranj na ulazu 13 za vraćanje kiseline.

[0042] Radom apsorpcione zone na povišenoj temperaturi, stvara se struja kiseline velike temperature koja može da se koristi za zagrevanje prenosnog fluida toplote do povišene temperature. Prenosni fluid toplote se obično zagreva do temperature veće od oko 144°C, na primer, u opsegu od 160°C do 235°C. Stoga, gde izmenjivač 5 toplote predstavlja kotao sistema za rekuperaciju toplote (HRS), para može tamo da se stvara pri pritisku koji je veći od 0.4 MPaskala (4 bara), uobičajenije iznad 0.5 MPaskala (5 bara), poželjno između oko 0.5 MPaskala (5 bara) i oko 1 MPaskala (10 bara). Para može da se stvara na pritiscima u opsegu do 1.8 do 2 MPaskala (18 do 20 bara) što je opravdano potrebama lokalne usluge i celokupnmo ekonomijom postupka.

[0043] Kao što je ilustrovano na Fig.1, apsorber opciono i poželjno sadrži dve apsorpcione zone.

Primarna apsorpciona zona 3 za rekuperaciju energije radi na visokoj temperaturi da bi se proizvela struja apsorpcione kiseline na visokoj temperaturi koja cirkuliše putem pumpe 11 za cirkulisanje kiseline kroz izmenjivač 5 toplote za rekuperaciju apsorpcione energije u korisnom obliku. Sekundarna apsorpciona zona 15 se nalazi iznad primarne apsorpcione zone u tornju 1. Kiselina koja se uvodi na ulazu 17 sekundarne kiseline prolazi kroz sekundarnu apsorpcionu zonu kontra-strujno u gas koji izlazi iz primarne apsorpcione zone. Sekundarna apsorpciona zona funkcioniše za hlađenje struje gasa, kondenzaciju prepostale sumporne kiseline iz parne faze, i uklanjanje preostalog SO3iz struje gasa apsorpcijom u sekundarnu apsorpcionu kiselinu. Kao što je prikazano na Fig.1, sekundarna apsorpciona kiselina teče nizvodno u primarnu apsorpcionu zonu i postaje deo struje primarne apsorpcione kiseline koja protiče kroz primarnu zonu.

[0044] Struja osiromašenog gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone 15 prolazi kroz eliminatore 19 izmaglice radi uklanjanja preostale izmaglice sumporne kiseline. Gde apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote obuhvata međuprolazni apsorber međuprolaznog postrojenja, gas koji izlazi iz eliminatora izmaglice se vraća u dalju fazu konvertera. U pojedinačnom prolaznom postrojenju, gas koji izlazi iz eliminatora izmaglice se oslobađa u atmosferu.

[0045] U postupku iz stanja tehnike, porcija vode za razblaženje se uvodi u obliku vodene pare u SO3konverzionu struju gasa preko ulaza 21 za ubrizgavanje uzvodno od ulaza 23 gasa apsorpcionog tornja. Međutim, zbog zabrinutosti oko korozije i stvaranja izmaglice, proporcija vodene pare uvedene u gas uzvodno od apsorbera je ograničena na ne više od oko 33%, tj., vodena para se uvodi u takvoj proporciji da je odnos ukupnog ekvivalentnog sadržaja vodene pare gasa ne veći od 0.33 molova po molu ukupno ekvivalentnom sadržaju SO3struje gasa pre ulaska u primarnu apsorpcionu zonu 3.

Najmanje oko 67% vode za razblaženje se uvodi putem razblaživača 7, obično u tečnom obliku.

Alternativno, deo ili cela ravnoteža vode za razblaženje može da se obezbedi unakrsnim protokom sumporne kiseline niže koncentracije putem ulaza 17 za sekundarnu kiselinu.

[0046] Poređenja radi, u ovom postupku pronalaska, vodena para se uvodi uzvodno od sistema za apsorpciju u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do najmanje oko 0.40 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu. Poželjno, vodena para se uvodi u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do najmanje oko 0.50 molova, poželjnije najmanje oko 0.55 molova, poželjnije najmanje oko 0.60 molova, dalje poželjnije najmanje oko 0.70 molova, i najpoželjnije najmanje oko 0.80, 0.90 ili 0.95 molova po ukupnom ekvivalentnom sadržaju SO3gasa pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu. Gde se vodena para uvodi uzvodno od konvertera u odnosu na pravac protoka gasa sumporoksida, ovi odnosi mogu da se izmere u odnosu na ukupan sadržaj SO2. Opštije, mogu biti izraženi u smislu ukupnog ekvivalentnog sadržaja gasa sumporoksida, tj., SO2plus ekvivalentni SO3. U svrhu ovih odnosa, ekvivalentni sadržaj vodene pare uključuje vodenu paru koja je pretvorena u gasovitu fazu u sumpornu kiselinu.

[0047] Ovaj postupak pronalaska može da se primeni ili kao postrojenje "suvog gasa", u kojem se vazduh sagorevanja gasa osuši u kontaktu sa sumpornom kiselinom u tornju za sušenje uzvodno od gorionika sumpora u odnosu na pravac protoka vazduha sagorevanja, ili u postrojenju "vlažnog gasa" gde je izvor sumpora spaljen na ambijentalnom vazduhu koji nije osušen i/ili gde sam izvor sumpora predstavlja izvor vlage. Struja SO2koja se stvara u metalurškom postrojenju je obično "vlažna," kao što je i struja SO2koja je razlaganjem potrošene sumporne kiseline. Neki izvori sumpora obuhvataju jedinjenja sumpora koja sadrže vodonik, npr., vodoniksulfid ili merkaptane, i oni nužno proizvode "vlažan" SO2gas koji se pretvara u izvor vlažnog SO3radi pretvaranja. U postrojenju suvog gasa, vodena para se uvodi u gas koji nosi SO3pri brzini dovoljnoj da se obezbedi ceo ekvivalentan sadržaj vodene pare. U postrojenju vlažnog gasa, vodena para se uvodi pri brzini ekvivalentnoj razlici između ciljanog ekvivalentnog sadržaja vodene pare i koncentracije vodene pare koja je već prisutna u gasu. U ovim načinima ostvarivanja pronalaska u kojima izvor sumpora može biti H2S, zahtevi za 100% vode za razblaženje su obezbeđeni u gasu sagorevanja bez dodatnog ubrizgavanja vodene pare. Generalno, poboljšanja i modifikacije pronalaska koje se odnose na odnose protoka mase u primarnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije energije, profili koncentracije kiseline u primarnoj i sekundarnoj apsorpcionoj zoni, izbor temperature konverzionog gasa koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu, profili kompozicije gasovite faze u primarnoj reaktivnoj zoni, i razne odredbe za kontrolu izmaglice kiseline su razvijeni za postrojenje za spaljivanje sumpora. Poželjno, takođe se primenjuju gde god je to izvodljivo na postupke u kojima izvor sumpora ne predstavlja elementarni sumpor, npr., izvor kao što su metalurški izvori i H2S. U poželjnijim načinima ostvarivanja, izvor sumpora predstavlja elementarni sumpor ili sulfidnu rudu.

[0048] U nekim sušnim geografskim regionima, relativna vlažnost ambijentalnog vazduha može biti takva da rad pogona za spaljivanje sumpora kontaktne sumporne kiseline može biti približna postrojenju "suvog gasa" čak i u odsustvu tornja za sušenje za vazduh sagorevanja sumpora. Ipak, u svrhu ovog pronalaska, može se smatrati da je postrojenje "vlažan gas" ako gas sagorevanja koji se proizvodi spaljivanjem sumpora u vazduhu sadrži više od 0.005 molova vodene pare po molu SO2. Ovaj postupak pronalaska je primenjiv, ali bez ograničenja, na radove suvog gasa u kojima apsorpcija SO3dobijena pretvaranjem struje SO2sadrži najviše 0.005, uobičajenije najviše oko 0.002, molova vodene pare po molu SO2.

[0049] Primer dijagrama toka za apsorpciju SO3i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije prema poželjnom načinu ostvarivanja pronalaska su ilustrovani na Fig.2. Apsorpcioni sistem obuhvata apsorpcioni toranj 101 koji sadrži (primarnu) apsorpcionu zonu 103 za rekuperaciju toplote i sekundarnu apsorpcionu zonu 115. Obe apsorpcione zone obuhvataju pakovanje ili druga sredstva za promovisanje kontakta gasa/tečnosti i prenosa mase između gasovite i tečne faze. Konverzioni gas koji nosi SO3se uvodi na dno tornja putem ulaza 123 gasa. Gas teče na gore kroz primarnu apsorpcionu zonu 103 kontra-strujno do donjeg protoka apsorpcione kiseline. Apsorpciona kiselina, pojačana apsorpcijom SO3i kondenzacijom H2SO4iz gasovite faze, izlazi iz donjeg dela primarne apsorpcione zone, se uklanja iz tornja na izlazu 109 kiseline, i cirkuliše preko pumpe 111 za cirkulisanje kiseline kroz izmenjivač 105 toplote za rekuperaciju toplote iz apsorpcije u korisnom obliku prenosom toplote od apsorpcione kiselina do prenosnog fluida toplote. Kiselina koja izlazi iz izmenjivača toplote je podeljena da bi se uklonila frakcija ekvivalentna neto proizvodnji sumporne kiseline u apsorpcioni sistem, prevashodno u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote, plus bilo koja kiselina dobijena od spoljašnjeg izvora (npr., za upotrebu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni ili unakrsnom protoku kao medij za razblaživanje). Preostala frakcija ponovo cirkuliše do gornjeg dela primarne apsorpcione zone 103 preko ulaza 113 za vraćanje kiseline u toranj.

[0050] Struja osiromašenog gasa koja izlazi iz gornjeg dela primarne apsorpcione zone 103 prolazi na gore kroz sekundarnu apsorpcionu zonu 115 kontra-strujno u sekundarnu apsorpcionu kiselinu koja dospeva do tornja putem ulaza 117 za sekundarnu kiselinu na ili iznad gornjeg dela sekundarne apsorpcione zone. Kao što je ilustrovano, sekundarna apsorpciona kiselina teče od izlaza kiseline (donji deo) sekundarne apsorpcione zone u primarnu apsorpcionu zonu gde postaje deo struje primarne apsorpcione kiseline. Osiromašeni gas koji izlazi sa gornjeg dela sekundarne apsorpcione zone 115 prolazi kroz eliminatore 119 izmaglice zbog uklanjanja izmaglice sumporne kiseline. Tada se gas ili vraća u dalju fazu konvertera ili se ispušta iz sistema.

[0051] U svrhu ovog pronalaska, apsorpcija SO3i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije obuhvata apsorpcionu zonu 103 za rekuperaciju toplote, sekundarnu apsorpcionu zonu 115 (ukoliko postoji), izmenjivač toplote 105 za rekuperaciju energije u korisnom obliku od apsorpcione kiseline koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote, pumpu 111 za cirkulisanje kiseline, i toranj 101 za rekuperaciju toplote unutar kojeg se nalazi apsorpciona zona rekuperacije toplote. U ovom opisu pronalaska, smatra se da označavanje apsorpcione zone 103 za rekuperaciju toplote kao primarne apsorpcione zone rekuperacije energije ne podrazumeva nužno prisustvo sekundarne apsorpcione zone 115. U poželjnim načinima ostvarivanja ovog postupka, para se stvara u izmenjivaču 105 toplote, poželjno pri pritisku od najmanje oko 0.4 MPaskala (4 bara). Bilo koji drugi izemnjivači toplote kroz koje se korisna energija obnavlja iz apsorpcione kiseline nakon uklanjanja iz (primarne) apsorpcione zone rekuperacije toplote ili sekundarne apsorpcione zone (ukoliko postoji) predstavljaju takođe deo apsorpcije SO3i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije. Neki od ovih su ovde opisani. Apsorpcija i sistem za rekuperaciju apsorpcione energije takođe uključuju bilo koji izmenjivač toplote za obnavljanje preostale toplote iz struje osiromašenog gasa nakon što izlazii ili iz (primarne) zone rekuperacije toplote ili sekundarne apsorpcione zone (ukoliko postoji), ali pre nego što se uvede u dalju fazu SO3konvertera.

[0052] Apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote kao takav ne uključuje bilo koja sredstva za uklanjanje toplote iz bilo koje struje gasa sumporoksida, ili SO2gasa sagorevanja ili SO3konverzionog gasa, uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote u odnosu na protok struje gasa sumporoksida, ili bilo koja sredstva za rekuperaciju energije iz gasa u kojem je dalje pretvaranje SO2u SO3realizovano nizvodno od tornja za rekuperaciju toplote. Ipak, izuzev tamo gde je drugačije naznačeno, prisustvo takvih sredstava nije isključeno iz postupaka sa sumpornom kiselinom koji ostvaruju postupak pronalaska. Apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote ne uključuje bilo koji razblaživač koji može da se nalazi u bilo kojoj struji kiseline koja se uvodi i/ili recirkuliše ili u (primarnu) zonu rekuperacije toplote ili sekundarnu apsorpcionu zonu.

[0053] Kao što je ilustrovano na Fig.2, apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote ne uključuje razblaživač. Samim tim, u ovom poželjnom načinu ostvarivanja, 100% vode za razblaženje se obezbeđuje ubrizgavanjem vodene pare u konverzioni gas preko ulaza 121 za ubrizgavanje vodene pare i meša se sa gasom u zoni 127 ubrizgavanja vodene pare unutar uvodnog voda 129 konverzionog gasa uzvodno od ulaza 123 za gas na tornju. Ipak, smatraće se da, po želji, proporcija vode za razblaženje obezbeđena ubrizgavanjem uzvodno od primarne apsorpcione zone može da se kontroliše na vrednosti u opsegu dovoljnom da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do između oko 0.40 molova i oko 1.05 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja gasa sumporoksida pre ulaza struje gasa u primarnu apsorpcionu zonu. Gde je molarni odnos manji od oko 1.00, može da se doda dodatna voda za razblaženje ili putem razblaživača koji može da se uporedi sa razblaživačem 7 sa Fig.1 ili ubrizgavanjem u struju gasa ili struju kiseline unutar primarne apsorpcione zone. Generalno, vodena para se dodaje kroz ulaz 121 za ubrizgavanje u proporciji dovoljnoj da molarni odnos ekvivalentnog sadržaja vodene pare i ekvivalentnog sadržaja SO3u gasu koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu 103 iznosi između oko 0.40 i 1.05, poželjno između oko 0.50 i oko 0.98 ili 1.00, poželjno između oko 0.55 i oko 0.98 ili 1.00, poželjnije između oko 0.60 i oko 0.98 ili 1.00, dalje poželjnije između oko 0.70 i oko 0.98 ili 1.00, najpoželjnije između oko 0.80 ili 0.90 i oko 0.98 ili 1.00.

[0054] Temperatura struje gasa koja nosi SO3kako se uvodi u primarnu apsorpcionu zonu je najmanje oko 260°C, poželjnije najmanje oko 270°C, dalje poželjnije najmanje oko 285°C i najpoželjnije najmanje oko 300°C. Temperatura ove struje poželjno nije viša od oko 345°C. Samim tim, na primer, temperatura struje koja nosi SO3može biti između oko 260° i oko 345°C, između oko 270° i oko 345°C, između oko 290° i oko 340°C, između oko 300° i oko 340°C, ili između oko 310° i oko 330°C, optimalno u okruženju od oko 300° do 330°C ili između oko 300° i oko 320°C i najmanje oko 40°C iznad tačke rose.

[0055] U poželjnim načinima ostvarivanja, kao što je ilustrovano na Fig.2, struja gasa prolazi kontrastrujno u struju apsorpcione tečnosti u primarnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije energije. Stručnjacima će biti jasno, da ovaj pronalazak takođe može da se realizuje stupanjem u kontakt apsorpcione kiseline i SO3konverzionog gasa u istrostrujnom apsorberu kao što je, npr., venturi toranj. Poželjni uslovi rada kako je ovde bilo reči se odnose na rad u kontra-strujnom sistemu tipa koji je ilustrovan na crtežima.

[0056] Poželjna kontrolna strategija za ovaj postupak sa Fig.2 obuhvata kontrolisanje temperature kiseline koja izlazi iz izmenjivača toplote za rekuperaciju energije regulisanjem protoka kiseline koja se vraća u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote, i kontrolisanje koncentracije kiseline koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote regulisanjem prevashodno dotoka do injektora za paru i regulisanjem koncentracije i brzine dotoka kiseline koja se uliva u sekundarnu apsorpcionu zonu.

[0057] Za maksimalnu rekuperaciju toplote u apsorpcionom sistemu za rekuperaciju toplote, struja gasa koja nosi SO3uvodi u primarnu apsorpcionu zonu bez bilo koje druge neposredne kondenzacije bilo koje komponente struje gasa koji nosi sumporoksid između zone ubrizgavanja vodene pare i primarne apsorpcione zone. Poželjno, iz struje konverzionog gasa SO3nije uklonjena značajna količina toplote u bilo kom obliku, bilo kondenzacijom, značajan prenos senzibilne toplote, ili na drugi način, tokom protoka struje gasa između zone ubrizgavanja vodene pare i primarne apsorpcione zone rekuperacije toplote. Poželjno, voda se uvodi nizvodno od bilo kog izmenjivača toplote za rekuperaciju korisne energije iz konverzionog gasa pri brzini većoj od 69.8 KJ/kg (30 BTU/funta) ekvivalentnog SO3u konverzionom gasu.

[0058] Apsorpciona kiselina se uvodi u primarnu apsorpcionu zonu na temperaturi od poželjno najmanje oko 180°C, obično u opsegu od 170° do 220°C. Kiselina poželjno izlazi iz primarne apsorpcione zone na temperaturi u opsegu od oko 200° do oko 240°C. Topla apsorpciona kiselina se uklanja iz tornja 101 preko izlaza 109 za kiselinu, i cirkuliše pumpom 111 kroz indirektni izmenjivač 105 toplote u kojem se toplota od apsorpcije SO3, toplota iz parne faze od reakcije SO3sa H2O, i toplota kondenzacije H2SO4prenose do prenosnog fluida toplote i obnavljaju se u korisnom obliku. Prenosni fluid toplote se zagreva do temperature veće od oko 150°C, poželjno u opsegu od oko 160°C do oko 235°C, poželjnije između oko 180° i oko 220°C. Samim tim, gde je izmenjivač 105 toplote kotao, para može da se stvara pod pritiskom većim za 0.3 MPaskala (3 bara), poželjno većim za 0.5 MPaskala (5 bara), uobičajenije između oko 0.5 i oko 1 MPaskala (5 i oko 10 bara), dalje poželjnije većim za 0.7 MPaskala (7 bara), a u nekim slučajevima I do 1.8-2 MPaskala (18-20 bara).

[0059] Prilikom prolaza kroz primarnu apsorpcionu zonu, struja gasa se ohladi direktnom razmenom toplote sa apsorpcionom kiselinom sa kojom je u kontaktu, čime se hladi izlazna struja gasa suštinski do temperature struje ulazne kiseline.

[0060] Jačina apsorpcione kiseline koja izlazi iz primarne apsorpcione zone je poželjno u opsegu od oko 99.1 mas.% do oko 99.8 mas.%, poželjnije između oko 99.3 mas.% i oko 99.7 mas.% , H2SO4. Pri bilo kojoj koncentraciji izlazne kiseline, koncentracija ulazne kiseline nužno varira u zavisnosti od proporcije vode za razblaženje koja je obezbeđena u obliku vodene pare koja se uvoidi u SO3struju konverzionog gasa pre njenog uvođenja u primarnu apsorpcionu zonu. Tamo gde je obezbeđeno 100% vode za razblaženje u struji gasa pre njenog ulaza u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote, nema koncentracionog gradijenta u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote. Tamo gde je obezbeđena porcija vode za razblaženje u cirkulatornoj petlji kiseline, npr., u razblaživaču koji može da se poredi sa onim prikazanim na 7 na Fig.1, koncentracioni gradijent se razvija u primarnoj apsorpcionoj zoni. U minimalnim uslovima, tj., gde je ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa koja ulazi u primarnu zonu oko 0.40 molova po molu ekvivalentnog sadržaja SO3, koncentracija apsorpcione kiseline koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu obično može da bude između oko 99 i oko 99.5%.

[0061] Poželjno je da se održava jačina kiseline koja izlazi iz primarne apsorpcione zone što je više moguće kako bi se korozija svela na minimum u kotlu za rekuperaciju toplote, i u nižem delu omotača tornja za rekuperaciju toplote gde ova druga struktura predstavlja konstrukciju legure. Iako su koncentracije apsorpcione kiseline od 99.3 do 99.7% poželjne za ovu svrhu, dalje je primećeno da u nekim operacijama efikasnost apsorpcije može postati nestalna kada se koncentracija kiseline približava gornjoj granici ovog opsega u osnovi primarne apsorpcione zone, čime se potencijalno ugrožava kontrola formiranja kiseline usled, npr., probijanja prekomerne frakcije SO3u sekundarnu zonu, ili vođenja čak do gubitka prinosa i emisija SO3. Uzimajući u obzir posebnosti pojedinačnih jedinica, i nedostatke kalibracije instrumenta za provodljivost koji se koristi za merenje jačine kiseline, generalno je poželjno u industrijskoj praksi velike zapremine da se održava ciljana koncentracija kiseline koja nije veća od oko 99.5% na ulazu kiseline/izlazu gasa kontra-strujne apsorpcione zone rekuperacije toplote. Marginalno povećanje iznad 99.5% može biti prihvatljivo tamo gde se kompozicija struje gasa koja izlazi iz primarne zone prati zbog sadržaja SO3, i vode za razblaženje koja je obezbeđena u sekundarnoj zoni podešavanjem koncentracije ili dotoka kiseline u ulaz sekundarne zone.

[0062] Apsorpciona kiselina cirkuliše pri relativno velikoj brzini kroz primarnu apsorpcionu zonu.

Poželjno, odnos masenog protoka tečnosti i gasa (L/G) u primarnoj apsorpcionoj zoni je najmanje oko 3, obično između oko 4 i oko 15. Izraženo u odnosu na sadržaj struje gasa SO3koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu, masa L/G je poželjno najmanje oko 4 ili najmanje oko 15 i najviše oko 120, obično između oko 20 i oko 120 ili između oko 20 i oko 70, uobičajenije između oko 25 i oko 110, najpoželjnije između oko 30 i oko 100.

[0063] Struja kiseline koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone poželjno nije veća od oko 35°C, poželjnije nije veća od oko 30°C, poželjnije nije veća od oko 25°C, dalje poželjnije nije veće od oko 20°C I optimalno nije veća od oko 15°C ili čak nije veća od oko 10°C, hladnija od temperature gasa koja izlazi iz primarne apsorpcione zone (tj., koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu). Protok kiseline kroz sekundarnu apsorpcionu zonu je nizak u poređenju sa brzinom protoka kroz primarnu apsorpcionu zonu. Kiselina može da se uvede u sekundarnu apsorpcionu zonu na temperaturi između oko 40° i oko 110°C i da se ukloni iz sekundarne zone na temperaturi u opsegu od oko 175° do oko 215°C. Kao što je u nastavku dalje objašnjeno, optimalnoj kontroli izmaglice se dalje prednost kontrolisanjem diferencijala temperature ili Δt između gasovite faze i tečne faze u sekundarnoj zoni. Kontrolisanje Δt i na ulazu i izlazu struje kiseline može da zahteva da se i ulazna temperatura kiseline održava prema gornjem delu poželjnog opsega, npr., između oko 65° i oko 95°C, ili između oko 75° i oko 90°C, i dase brzina protoka kontroliše tako da temperatura izlazne kiseline iz sekundarne zone nije značajno niža od temperature gasa koji izlazi iz primarne zone. Jačina kiseline sekundarne kiseline koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone se generalno održava blizu koncentracije primarne apsorpcione kiseline koja recirkuliše iz sistema za rekuperaciju toplote izmenjivača toplote u ulaz primarne apsorpcione zone, koja je poželjno na ili iznad azeotropa. Koncentracija kiseline i brzina protoka kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu se kontroliše da bi se obezbedila apsorpcija preostalog SO3u gasu koji izlazi iz primarne zone i proizvodi struju kiseline na izlazu sekundarne zone koja je u poželjnom opsegu. Samim tim, gde jačina primarne kiseline koja ulazi u primarnu zonu relativno visoka, kao što je to obično slučaj gde se visoka frakcija reaktivne vode SO3uvodi u konverzioni gas koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu, voda se obezbeđuje pri relativno velikoj brzini u kiselini koja ulazi u sekundarnu zonu kako bi se uklopila relativno visoka preostala koncentracija SO3očekivana u struji gasa koja ulazi u sekundarnu zonu. Ali gde je jačina primarne kiseline koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu relativno niska, kao što je obično slučaj u postrojenju suvog gasa bez ubrizgavanja pare (koje samim tim zahteva značajno razblaženje primarne apsorpcione kiseline koja se vraća iz izmenjivača toplote sistema za rekuperaciju toplote), brzina na kojoj voda mora biti obezbeđena u sekundarnoj kiselini koja ulazi u sekundarnu zonu može biti relativno niska, jer se za preostali SO3u gasu koji ulazi u sekundarnu zonu takođe očekuje da bude relativno nizak.

[0064] Generalno je poželjno da kiselina koja izlazi iz primarne zone ima jačinu između oko 99.0 i oko 99.7%, uobičajenije, između oko 99.3 i oko 99.6%. Stoga, u slučaju gde se suštinska frakcija reaktivne vode obezbeđuje ubrizgavanjem pare u konverzioni gas, jačina primarne apsorpcione kiseline koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu je generalno u opsegu od 99.0 do 99.7%, uobičajenije 99.2 do 99.6%, a sekundarna kiselina koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone je između oko 99.0 i oko 99.7%, uobičajenije između oko 99.1 i oko 99.6%. Ali u slučaju suvog gasa bez ubrizgavanja pare, jačina primarne kiseline koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu se razblaži do opsega od oko 98.5 do oko 99.2%, uobičajenije između oko 98.8 i oko 99.2% uvođenjem vode ili relativno razblažene kiseline između izmenjivača toplote u ulaza kiseline u primarnu zonu. Budući da je ravnotežna koncentracija SO3gasa u kontaktu sa ulaznom primarnom kiselinom u slučaju 100% ubrizgavanja pare suštinski veća od ravnotežne koncentracije SO3gasa u kontaktu sa ulaznom primarnom kiselinom u suvom gasu bez slučaja ubrizgavanja pare, poželjno je da se obezbedi malo više reaktivne vode u drugoj apsorpcionoj zoni u prethodnom slučaju. Samim tim, slučaj ~100% ubrizgavanja pare, jačine kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu je obično između oko 98.0 i oko 99.2%, poželjno, između oko 98.2% i oko 99.1%, dok je u slučaju suvog gasa, jačina kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu između oko 98.3 i oko 99.2%, uobičajenije između oko 98.4% i oko 99.0%.

[0065] Opsezi za koncentraciju kiseline koja ulazi u i koja izlazi i iz primarne i sekundarne apsorpcione zone, i uobičajene optimalne ciljane koncetracije su prikazane u tabeli 1 u nastavku. U uslovima neposrednog rada, tj., gde se frakcija reakcione voda obezbeđuje ubrizgavanjem pare, npr., 40% do 70%, pri čemu će poželjne vrednosti za koncentracije kiselina na ulazu primarne apsorpcione zone, izlazu iz sekundarne apsorpcione zone i ulazu sekundarne apsorpcione zone generalno pasti između vrednosti definisanih u tabeli za ograničavajuće slučajeve ~100% ubrizgavanja pare i suvog gasa sa nula ubrizgavanja pare.

Tabela 1

[0066] Iako je protok sekundarne kiseline veoma mali u odnosu na primarnu kiselinu, sekundarna kiselina nevezano za to svakako može da uzrokuje neki stepen razblaženja ukoliko se pomeša sa primarnom kiselinom koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu. Ovo zauzvrat stvara koncentracioni gradijent u primarnoj zoni koji može da ima tendenciju da poveća koroziju ili da doprinese formiranju izmaglice u primarnoj zoni. Prema ovom pronalasku, otkriveno je da sekundarna apsorpciona zona može da radi sa relativno visokom kiselom koncentracijom izlaza kiseline, npr., u opsegu ne višem od 99.1 do 99.2%, čime se svodi na minimum bilo koji efekat razblaženja kada sekundarna kiselina dotiče u primarnu zonu. Alternativno, razblaženje primarne apsorpcione kiseline može da se spreči preusmeravanjem sekundarne apsorpcione kiseline koja izlazi iz sekundarne zone u sud za sakupljanje kiseline pre nego mešanjem sa primarnom kiselinom koja ulazi u primarnu zonu. Međutim, ova alternativa žrtvuje rekuperaciju toplote od apsorpcije preostalog SO3i prenos senzibilne toplote iz struje gasa u sekundarnu apsorpcionu tečnost u sekundarnoj zoni. Ovi drugi izvori energije, iako relativno mali, se obnavljaju u postupku sa Fig.2.

[0067] Kao što je u nastavku dalje objašnjeno, L/G u sekundarnoj zoni se poželjno podešava kako bi se na minimum sveo gas/tečnost Δt kroz sekundarnu zonu.

[0068] U tim načinima ostvarivanja postupka pronalaska koji obuhvata ubrizgavanje pare u konverzioni gas, energija ne može da se obnavlja samo u obliku relativno visokog stepena, npr., pod pritiscima pare o kojima je prethodno bilo reči, već takođe u suštinski pojačanoj količini. Korisna rekuperacija energije velike vrednosti je veća za 1160 KJ po kilogramu SO3(500 Btu po lb. SO3) u struji konverzionog gasa. U poželjnim načinima ostvarivanja pronalaska gde je suštinski obezbeđeno više od polovine potrebne vode za razblaživanje u obliku vodene pare u struji konverzionog gasa SO3koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu, korisna rekuperacija energije velike vrednosti je veća za 1220 KJ po kilogramu SO3(525 Btu per lb. SO3) u struji konverzionog gasa. U načinima ostvarivanja u kojima je molarni odnos ekvivalentne vodena pare i ekvivalentnog SO3veći od 0.80 u struji konverzionog gasa koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu, korisna rekuperacija energije velike vrednosti premašuje 1280 KJ po kilogramu SO3(550 Btu po lb. SO3, i pri čemu je suštinski obezbeđeno 100% vode za razblaženje ekvivalentnom vodenom parom u struji gasa, rekuperacija energije velike vrednosti može da premašuje 1330 KJ po kilogramu SO3(575 Btu/lb. SO3).

[0069] Izraženo u smislu proizvodnje pare iz kotla sistema za rekuperaciju toplote, rekuperacija energije u obliku pare sa pritiskom od najmanje oko 0.4 MPaskala (4 bara), poželjno najmanje oko 0.5 MPaskala (5 bara), može da premaši paru od 0.5 tona po toni sumporne kiseline proizvoda. Poželjno, para se stvara pod takvim pritiskom pri brzini najmanje oko 0.55 tona po toni sumporne kiseline proizvoda. Tamo gde je razblaženje kiseline od 95-100% obezbeđeno u obliku ubrizgavanja pare u konverzioni gas pre apsorbera, rekuperacija energije je približno 0.64 tona/po toni kiseline proizvoda. Rad u ovim uslovima može zahtevati skromno povećanje veličine izmenjivača toplote sistema za rekuperaciju toplote, tj., do oko 25% na površini izmene toplote u poređenju sa 33% ubrizgavanja pare.

[0070] Ovaj postupak pronalaska takođe može da radi i da se kontroliše tako da se poveća temperatura na kojoj se postiže rekuperacija energije, npr., stvaranjem pare na povišenom pritisku. Za rad na višoj temperaturi kiseline, jačina kiseline se poželjno održava na što je moguće većem nivou kako bi se izbeglo značajno povećanje brzine korozije u osnovi tornja i u izmenjivaču toplote. Pravilno podešavanje broja ravnotežnih faza u sekundarnoj apsorpcionoj zoni i/ili marginalno povećavanje protoka sekundarne apsorpcione kiseline može da kompenzuje za marginalno povećano prosipanje SO3kroz primarnu apsorpcionu zonu pri čemu su temperatura primarne apsorpcione kiseline i koncentracija na visokom kraju prihvatljivog opsega. Prekomerni porast L/G u sekundarnoj apsorpcionoj zoni može da dovede do udarnog hlađenja gasa koji ulazi u zonu sa posledično neželjenim efektom na stvaranje izmaglice; ali marginalno povećanje je prihvatljivo, naročito gde primarna zona radi na visokom kraju poželjne koncentracije kiseline, delimično zato što veći sadržaja SO3gasa uzrokuje povećano stvaranje toplote u nižim regionima sekundarne apsorpcione zone, čime se sprečava da izlazna kiselina postane suviše hladna čak i na višem L/G. Međutim, poželjno je da se spreči bilo kakav značajan proboj SO3u sekundarnu zonu tako da je potrebno da L/G sekundarne zone raste, čak i marginalno. Pošto se koncentracija kiseline u sekundarnoj zoni ne može lako kontrolisati kako bi reagovala na proboj SO3, poželjno je da se održavaju uslovi u primarnoj zoni radi sprečavanja bilo kakvih značajnih odstupanja u sadržaju SO3gasa koji izlazi iz primarne zone. Druga alternativa je da se uvede sekundarna apsorpciona kiselina u nižoj koncentraciji od jačine kiseline koja preovladava u osnovi primarne apsorpcione zone.

[0071] Prema daljoj alternativi, koncentracija kiseline može biti marginalno snižena u primarnoj apsorpcionoj zoni kako bi se na minimum svelo prosipanje SO3, čime se omogućava relativno visoka koncentracija za održavanje u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, a temperatura kiseline koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone se održava na ili blizu temperature kiseline koja ulazi u primarnu zonu. Kao što je u nastavku objašnjeno, ova profil koncentracije je konzistentan sa Fig.3 od US Patent No. 5,538,707 koji označava da je formiranje izmaglice svedeno na minimum gde kiselina sa kojom bilo koje prosipanje SO3dolazi u kontaktu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni je na ili iznad iznad azeotropa. Po ovoj alternativi, veća brzina korozije u osnovi ovog tornja može se nadoknaditi manjom korozijom u gornjem delu tornja. U takvim načinima ostvarivanja, veća tolerancija na koroziju je ugrađena u dizajn i konstrukciju osnove tornja a manja tolerancija na koroziju se koristi u ostatku tornja, čime se potencijalno čuva celokupni trošak opreme kao uporediv sa konfiguracijama iz stanja tehnike.

[0072] Pravilnim odabirom i kombinacijom varijabli postupka unutar prethodno opisanih opsega, značajna poboljšanja u rekuperaciji energije iz sistema za apsorpciju se postižu bez nadoknađivanja penala kod korozije apsorpcionog tornja ili stvaranja izmaglice sumporne kiseline koja bi materijalno nadoknadila ekonomske koristi koje pojačana rekuperacija energije obezbeđuje. Dodatna korist može da se dobije smanjenjem celokupne visine tornja za rekuperaciju toplote i/ili primarne apsorpcione zone tornja koja takođe obuhvata sekundarnu apsorpcionu zonu iznad primarne zone. Rad na poželjno relativno visokom L/G poboljšava maseni prenos i smanjuje broj ravnotežnih faza i/ili visinu teorijske prenosne jedinice u zoni rekuperacije toplote tornja. Ovo smanjuje visinu tornja u odnosu na brzinu protoka SO3konverzionog gasa koji ulazi u toranj. Štaviše, pošto prečnik tornja diktira prevashodno protok gasa pre nego protok kiseline, porast prečnika nije potreban usled povećanog L/G. Ovi faktori smanjuju potrebe za kapitalnim investiranjem za novi toranj i olakšavaju rekonstrukciju postojećih postrojenja koja nemaju sistem za rekuperaciju toplote, ili koja imaju sistem koji rad bez ubrizgavanja pare, ili koji radi pri brzinama ubrizgavanja pare dovoljnim da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare struje gasa koja ulazi u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote do samo 33% ili manje ekvivalentnog SO3sadržaja.

[0073] Rad u uslovima poželjne temperature u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote obezbeđuje ne samo ekuperaciju pojačanih količina toplote, već takođe rekuperaciju pojačanih količina na visokoj temperaturi. Apsorpciona zona rekuperacije toplote obuhvata primarnu apsorpcionu zonu ovog postupka sa Fig.2, ili samu apsorpcionu zonu apsorpcionog sistema koji nema sekundarnu apsorpcionu zonu. Iako rad na visokoj temperaturi ima tendenciju da poveća brzinu korozije u izmenjivaču toplote i u osnovi tornja za rekuperaciju toplotne legure, rad pri relativno velikoj jačini kiseline kao što je prethodno bilo reči ograničava korozivnost apsorpcione kiseline i omogućava rad na visokoj temperaturi bez prekomernih brzina korozije.

[0074] Da bi se postigla temperatura struje koja nosi gas SO3na ulazu apsorpcione zone rekuperacije toplote u poželjnom opsegu 260° do 345°C, gas koja izlazi iz konvertera se hladi u kotlu za otpadnu toplotu, supergrejaču pare, ekonomizatoru, itd. do temperature u opsegu od oko 160° do oko 250°C uzvodno od zone 127 ubrizgavanja vodene pare. Poželjno, ne postoji kondenzacija iz struje gasa u zoni ubrizgavanja vodene pare ili duž puta nizvodno od zone ubrizgavanja vodene pare pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije energije. Poželjnije, ne postoji suštinsko uklanjanje toplote iz struje gasa u zoni ubrizgavanja vodene pare ili duž puta nizvodno od zone ubrizgavanja vodene pare pre ulaza konverzionog gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote. Stručnjacima će biti jasno da je neki gubitak toplote u okolinu neizbežan, ali uklanjanje toplote pri brzinama koje su značajno iznad brzine gubitka toplote u okolinu.

[0075] Rad u poželjnim temperaturnim uslovima obezbeđuje da se toplota iz reakcije SO2sa

SO3suštinski apstrahuje uzvodno od apsorpcionog sistema za rekuperaciju toplote, ali veliki deo, ako ne i sva, toplote iz parne faze reakcije SO3sa vodenom parom, toplota usled kondenzacije sumporne kiseline, i toplota iz tečne faze reakcije SO3i vode se obnavljaju u apsorpcionom sistemu za rekuperaciju toplote. Rekuperacija energije u apsorpcionom sistemu se maksimalno povećava tamo gde se para uvodi u konverzioni gas koji nosi SO3pre nego u SO2gas sagorevanja, mada komponenta ambijentalnog vazduha sagorevanja u postrojenju vlažnog gasa materijalno ne odstupa od rekuperacije energije u apsorpcionom sistemu. Prema alternativi opisanoj u US Patent No.5,130,112, vodena para može da se uvede u konverzioni gas koji nosi SO3uzvodno od ekonomizatora, čime se obnavlja deo toplote iz reakcije SO3i vode u obliku pare relativno visokog pritiska. Tamo gde ekonomizator predstavlja kondenzujući ekonomizator, deo toplote od kondenzacije sumporne kiseline se obnavlja na isti način. Dalje prema drugoj alternativi, para može da se ubrizga u struju gasa koja nosi gas SO2između gorionika sumpora i kotla za otpadnu toplotu, ili u struju gasa koja nosi SO2koja ulazi u ili struju gasa koja nosi SO3koji izlazi iz faze konvertera. Smatraće se da određeni načini ostvarivanja postupka pronalaska obuhvataju ove alternative za pojačanu rekuperaciju toplote apsorpcijom, pod uslovom da se vodena para ubrizgava u istoj tački uzvodno od apsrobera za rekuperaciju toplote u proporciji dovoljnoj da se poveća sadržaj gasa u vodenoj pari do najmanje oko 0.40 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije energije, i poželjno ekvivalentni sadržaj vodene pare ostaje najmanje 0.40 po molu ukupnog ekvivalentnog gasa sumporoksida na ulazu apsorpcione zone rekuperacije toplote. Poželjnije, vodena para se ubrizgava u proporciji dovoljnoj da se poveća sadržaj gasa u vodenoj pari do najmanje oko 0.50, najmanje oko 0.55, najmanje oko 0.60, najmanje oko 0.70 molova, najpoželjnije najmanje oko 0.80 molova, najmanje oko 0.90 molova, ili najmanje oko 0.95 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije energije, i poželjno ekvivalentni sadržaj vodene pare ostaje najmanje oko 0.50 molova, najmanje oko 0.55, najmanje oko 0.60 molova, najmanje oko 0.70 molova, najmanje oko 0.80 molova, ili najmanje oko 0.90 molova po molu ukupnog ekvivalentnog gasa sumporoksida na ulazu apsorpcione zone za rekuperacije toplote.

[0076] Složenija razmatranja utiču na problem oko izmaglice kiseline. Na Fig.4 su grafički prikazani pritisci vodene pare, SO3i sumporne kiseline kao funkcija temperature. Linearna konfiguracija je obezbeđena grafičkim prikazom pritiska pare na logaritamskoj skali u odnosu na recipročnu apsolutnu temperature na linearnoj skali. Te krive su za čiste komponente i ne označavaju pritiske pare ni SO3ni vode u ravnoteži sa sumpornom kiselinom, posebno u koncentracijama koje preovlađuju u apsorpcionoj kiselini. Ali prilikom demonstriranja velike isparljivosti SO3, krive označavaju poželjnost rada apsorpcionog sistema u relativno tesnoj blizini azeotropne koncentracije za sumpornu kiselinu velike jačine.

[0077] Maksimalna rekuperacija SO3u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote se dobija ukoliko je jačina kiseline na azeotropu na izlazu gasa. Sada je zaključeno da rad u uslovima koncentracije kiseline u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote odstupa blago na visokoj strani od azeotropa. Podaci razvijeni prema ovom pronalasku otkrivaju je azeotropna kompozicija oko 99 mas.% na temperaturama koje preovlađuju u primarnoj apsorpcionoj zoni, i oko 99.2 mas.% na temperaturama koje poželjno preovlađuju u sekundarnoj apsorpcionoj zoni postupka kao što je ilustrovano, npr., na Fig.2. Rad blago na visokoj strani azeotropa može da ima tendenciju da poveća opseg do kojeg neapsorbovani SO3može da prođe kroz apsorpcioni sistem, i potencijalno stvori ozbiljne probleme oko izmaglice kiseline nizvodno, sa dobijenom korozijom nizvodne opreme u kojoj su konstruktivni materijali izabrani po tome što će biti u kontaktu samo sa suvim gasovima koji sadrže male proporcije SO2. Međutim, dalje je otkriveno da se izmaglica kiseline održava na skromnom nivou radom u skladu sa kombinacijama prethodno opisanih uslova, koji će i u nastavku biti objašnjeni. Dalja kontrola izmaglice kiseline može da se obezbedi prolazom struje gasa koja izlazi iz zone rekuperacije toplote kroz sekundarnu apsorpcionu ili kondenzujuću zonu kako je dalje ovde opisano. Prema ovim merama, izmaglica koja izlazi iz apsorpcionog tornja se smanjuje u toj meri da preostala izmaglica može biti ekonomično uklonjena upotrebom konvencionalnih eliminatorskih elemenata za izmaglicu.

[0078] Za neprihvatljivo stvaranje izmaglice kiseline se može očekivati da nastaje usled dovoda suštinski više od 33% vode za razblaženje putem ubrizgavanja vodene pare u struju konverzionog gasa uzvodno od primarne apsorpcione zone. Ubrizgavanje vodene pare i stvaranje sumporne kiseline u parnoj fazi nužno podiže tačku rose struje gasa, za koju može da se očekuje da pogoršava formiranje izmaglice kiseline. Na primer, kao što je ilustrovano na Fig.2 US Patent No.5,118,490, formiranje izmaglice se povećava sa opsegom do kojeg tačka rose gasa koja ulazi u apsorber premašuje temperaturu kiseline sa kojom dolazi u kontakt, i takođe se povećava kako razlika između temperature gasa i njegove tačke rose opada. Samim tim, prema Fig.2 US Patent No.5,118,490, povećanje opsega do kojeg se voda za razblaženje obezbeđuje ubrizgavanjem pare uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote, i posledično povećanje tačke rose gasa, ima očigledan potencijal za pogoršanje formiranja izmaglice. U industrijskoj praksi, takva razmatranja su stajala kao prepreke za rastuću proporciju vode za razblaženje obezbeđene u obliku pare u struji gasa do iznad oko 33%.

[0079] Međutim, kao što je ilustrovano na Fig.5, ubrizgavanje vodene pare ne pokreće struju konverzionog gasa prema njegovoj tački zasićenosti. Umesto toga, toplota iz reakcije SO3i vode iz parne faze upravlja temperaturom gasovite faze, koja ima tendenciju da zaustavi pretvaranje SO3u sumpornu kiselinu, čime se modulira povećanje tačke rose kao funkcije proporcije vodene pare koja se dodaje ubrizgavanjem u konverzioni gas. Samim tim, tamo gde se atmosferska para meša sa suvim SO3u adijabatskim uslovima, razlika između temperature gasa i tačke rose gasa se podiže do oko 44°C kada gas sadrži ekvivalentnu vodenu paru u molarnom odnosu sa ekvivalentnim SO3od oko 0.33, raste do oko 53°C kada gas sadrži ekvivalentnu vodenu paru u molarnom odnosu sa SO3od oko 0.50, i na kraju dostiže oko 58°C u molarnom odnosu od oko 1.0. Umesto postizanja kvantitativnog pretvaranja SO3u sumpornu kiselinu u parnoj fazi unutar gasa koji ulazi u sistem, efekat povećanog stvaranja toplote u gasovitoj fazi je da bi se pomerio ravnotežni odnos H2SO4/SO3u gasovitoj fazi kako bi se smanjila vrednost i raspodelilo pretvaranje SO3u H2SO4u parnoj fazi u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote. Ovo ima tendenciju da smanji Δt između gasovite faze i tečne faze i da se poveća pokretačku silu za SO3apsorpciju, čime se povećava opseg do kojeg se SO3pretvara u sumpornu kiselinu u tečnoj fazi pre nego u parnoj fazi. Ovi faktori mogu da služe da ograniče stvaranje izmaglice kiseline.

[0080] Dok je na Fig.5 prikazano da 100% ubrizgavanje pare poželjno povećava imenitelja faktora x ose u korelaciji stvaranja izmaglice US Patent No.5,118,490 Fig.2, imenilac mora takođe da raste ukoliko nema značajnog porasta temperature apsorpcione kiseline koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote. Da bi se ovaj efekat sveo na minimum, apsorpciona zona rekuperacije toplote poželjno radi na visokoj temperaturi kiseline kako bi se svelo na minimum udarno hlađenje kada dolazna struja koja nosi SO3opterećane vlagom dolazi u kontakt sa apsorpcionom kiselinom na izlazu za kiselinu apsorpcione zone rekuperacije toplote. Međutim, veliko povećanje temperature kiseline može značajno da pogorša koroziju u kotlu sistema za rekuperaciju toplote i u osnovi tornja legure za rekuperaciju toplote.

Posledično, temperatura kiseline koja izlazi iz tornja za rekuperaciju toplote se poželjno održava generalno u opsegu koji je utvrđen u stanju tehnike za rad na brzinama ubrizgavanja pare od samo 33%.

[0081] Na sreću, dodatno je zaključeno da poluempirijski odnos US Patent No.5,118,490 Fig.2 možda neće biti u potpunosti primenjiv na operacije ubrizgavanja pare velikih proporcija o kojima se razmatra u ovom pronalasku; ili, ukoliko je primenjivo, možda neće obezbediti adekvatan vodič za primene ubrizgavanja pare u odsustvu znanja i razumevanja podataka predstavljenih na Fig.5. Urađeno je ispitivanje postrojenja u kojem je proporcionalna brzina ubrizgavanja pare u suv konverzioni gas porasla sa 33% na 44%, tj., molarni odnos ekvivalentnog sadržaja vode i ekvivalentnog sadržaja SO3je porastao sa 0.33 na 0.44. Rezultati ovog ispitivanja su definisani u tabeli 2. Utvrđeno je da povoljan efekat rastuće razlike između temperature gasa i tačke rose gasa u onim operacijama u kojima je obezbeđena velika frakcija vode za razblaženje u obliku gasne pare koja ulazi u apsorber.

Tabela 2

[0082] Maksimalna rekuperacija energije iz sistema za apsorpciju se postiže u načinima ostvarivanja pri čemu se sva voda za razblaženje se obezbeđuje ubrizgavanjem vodene pare u struju konverzionog gasa SO3pre ulaska te struje u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote. Kao što je navedeno, ovo suštinski elimiše bilo koji koncentracioni gradijent kiseline u zoni rekuperacije toplote. Posebno u načinima ostvarivanja u kojima postoji samo jedna apsorpciona zona, ovo zahteva pažljivo balansiranje koncentracije kiseline zato što rad ispod azeotropa može da uzrokuje izmaglicu usled isparljivosti sumporne kiseline na visokoj temperaturi i uzrokuje koroziju tornja za rekuperaciju toplote metalne legure, dok rad od apsorpcione zone rekuperacije toplote iznad azeotropa može da uzrokuje prosipanje SO3, tj., prolaz neapsorbovanog SO3kroz toranj. Prosipanje SO3može da uzrokuje stvaranje izmaglice nizvodno kada se struja osiromašenog gasa ohladi.

[0083] Dalje je otkriveno da azeotropna kompozicija varira obrnuto sa temperaturom. Samim tim, jedan način da se stvaranje izmaglice svede na minimum u zoni rekuperacije toplote, i/ili nizvodno kao funkcija uslova u zoni rekuperacije toplote, je da se radi pri konstantnoj koncentraciji kiseline koja je iznad azeotropa na ulazu gasa apsorpcione zone rekuperacije toplote, ali na ili blizu azeotropa na umereno nižoj temperaturi kiseline koja preovlađuje na izlazu gasa. Iako ovo ograničava upravljačku silu za apsorpciju SO3, ne ugrožava brzinu kondenzacije sumporne kiseline. Efikasnost apsorpcije SO3takođe ostaje prihvatljiva gde jačina kiseline koordinira na lokacijama duž operativne linije kisele faze unutar primarne apsorpcione zone koja umereno premašuje koncentracije azeotropa na odgovarajućim temperaturnim koordinatama; pod uslovom da se koncentracija kiseline apsorpcione tečnosti kontroliše tako da razlika između koncentracije apsorpcione tečnosti i azeotropa nije veća od oko 1.0 mas.% kroz zonu rekuperacije toplote, a koncentracija kiseline na izlazu se održava na ili ispod tačke infleksije iznad koje je primećeno da efikasnost apsorpcije postaje nestalna ili se naglo pogoršava u određenim industrijskim operacijama, npr., 99.5%-99.6%. Sa praćenjem SO3, postrojenje industrijske kiseline može pouzdano da radi u opsegu od 99.6% do 99.7%. Poželjno, razlika između koncentracije kiseline i koncentracije azeotropa nije manja od -0.2 mas.% i nije veća od 1.0 mas.%, poželjnije nije manja od 0.0% i nije veća od 1.0 mas.% kroz zonu rekuperacije toplote. Ova razlika može biti definisana kao:

u kojoj:

Δazi= razlika u lokusu u zoni;

[H2SO4]i= koordinata stvarne integrisane prosečne koncentracije H2SO4na lokusu i;

[H2SO4az]i= azeotropna koncentracija na integrisanoj koordinati lokusa prosečne temperature i; i lokus i = bilo koji lokus tačaka unutar zone koje su jednako udaljene od horizontalne ravni koja prolazi kroz izlaz kiseline na dnu primarne apsorpcione zone

Samim tim, negativna razlika znači da je stvaran koncentracija manja od azeotropa na temperaturi lokusa, a pozitivna razlika znači da je stvarna apsorpciona koncentracija kiseline veća od azeotropa na temperaturi lokusa i.

[0084] Poželjni uslovi za rad od primarne apsorpcione zone su šematski ilustrovani na Fig.22. Krive S1i S2sa Fig.22 predstavljaju operativne linije alternativne koncentracije kiseline za fazu apsorpcione kiseline unutar kontrastrujne primarne apsorpcione zone, tj., grafički prikazuje koncentraciju u odnosu na mesto u primarnoj zoni kao funkcija udaljenosti od ulaza gasa/izlaza kiseline iz zone. Kriva S2je zasnovana na blago većoj koncentraciji ulazne kiseline od krive S1. Kriva T predstavlja temperaturni profil faze kiseline unutar primarne zone dok kriva Z predstavlja grafički prikaz azeotropne koncentracije kao funkcije temperature unutar zone. Samim tim, horizontalna linija podvučena na bilo kojoj udaljenosti od dna zone preseca koordinatu koncentracije tog položaja na krivi S1ili S2i koordinatu temperature tog položaja na krivi T, kao i azeotropnu kompoziciju na krivi T temperature. Videće se da, na vrhu zone, razlika između ulazne koncentracije kiseline na krivi S1i azeotropne koncentracije na temperaturi ulazne kiseline iznosi -0.1 mas.% a razlika između izlazne koncentracije kiseline i koncentracije i azeotropnee koncentracije na krivi S1na izlaznoj temperaturi kiseline iznosi 0.5 mas.%. Poređenja radi odgovarajuće razlike na krivi S2su 0.2 mas.% i 0.8 mas.%, tim redom. Kriva S1odražava poželjnu nižu granicu na ulaznoj koncentraciji kiseline, dok kriva S2pristupa poželjnim maksimumima na ulaznoj koncentraciji kiseline na L/G koji preovladava u prikazanom hipotetičkom slučaju.

[0085] Pretvaranje SO3u sumpornu kiselinu u parnoj fazi napreduje jer se pare kiseline kondenzuju, a hlađenje gasa stvara povoljniju ravnotežu za naprednu reakciju. Kondenzacija vodene pare može da ima tendenciju da zaustavi reakciju parne faze, ali mnogo niži pritisak pare H2SO4je pogodniji za kondenzaciju sumporne kiseline i pretvaranje SO3u parnoj fazi u odnosu na kondenzaciju vodene pare. Štaviše, održavanje koncentracije kiseline u zoni rekuperacije toplote na ili iznad azeotropa obezbeđuje dodatnu prednost svođenja na minimum opsega do kojeg rezultati formiranja izmaglice ma koje frakcije SO3ostaju neapsorbovani na izlazu gasa iz apsorpcione zone. Kao što je ilustrovano na Fig.3 iz US Patent No.5,538,707, gde je koncentracija kiseline ispod azeotropa, a struja izlaznog gasa ima kompoziciju koja kombinuje ravnotežu parcijalnih pritisaka SO3i vodene pare sa povećanjem SO3pritiska što može da se pripiše prosipanju SO3, pri čemu je tačka rose izlaznog gasa povišena u poređenju sa samom ravnotežnom kompozicijom. Ovo dovodi do superzasićenosti u parnoj fazi što obično dovodi do formiranja izmaglice. Međutim, gde postoji uporedivo povećanje SO3koje može da se pripiše prosipanju, ali koncentracija kiseline je na ili iznad azeotropa, tačka rose izlaznog gasa se zapravo smanjuje prosipanjem SO3, a superzasićeno stanje se u ovoj tački izbegava. Smatraće se da, ukoliko je koncentracija izlazne pare SO3i/ili H2SO4značajna, druge mere su uzete nizvodno od zone rekuperacije toplote da bi se SO3obnovio na način kojim se izbegava stvaranje izmaglice u nizvodnim regionima. Na primer, kako je dalje u nastavku detaljno opisano, struja gasa koja izlazi iz primarne zone može da prolazi kroz sekundarnu apsorpcionu zonu zbog apsorpcije preostalog SO3. Kao što je u nastavku dalje objašnjeno, uslovi rada takve sekundarne zone mogu da se kontrolišu kako bi se formiranje izmaglice svelo na minimum bilo u drugoj apsorpcionoj zoni ili dalje nizvodno.

[0086] Alternativno, povećana neto pokretačka snaga za apsorpciju SO3može da se stvara pri konstantnoj izlaznoj koncentraciji kiseline iz zone rekuperacije toplote obezbeđivanjem manje od svih stehiometrijskih zahteva za vodu putem ubrizgavanja vodene pare u struju gasa koja nosi SO3isrped apsorpcione zone rekuperacije toplote. Na primer, para može da se ubrizga u SO3konverzioni gas u proporciji dovoljnoj da se poveća molarni odnos ekvivalentnog moisture sadržaj i ekvivalentnog SO3sadržaja do vrednosti veće od 0.40 ali manje od 1.0. Međutim, ako je profil koncentracije kiseline utvrđen koji obezbeđuje pojačanu pokretačku snagu za apsorpciju SO3, koncentracija kiseline na izlazu gasa kontrastrujne apsorpcione zone može biti prilično ispod azeotropa, što dovodi do relativno velikog pritiska pare i rizika od formiranja izmaglice, naročito na nižim temperaturama koje preovladavaju nizvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote, ukoliko dođe do bilo kakvog prosipanja SO3. Sa druge strane, ako se koncentracija kiseline koja ulazi u kontra-strujnu apsorpcionu zonu održava na azeotropu kako bi se pritisak pare kiseline sveo na minimum u kontaktu sa strujom izlaznog gasa, onda rad sa značajno manje od 100% ubrizgavanja vodene pare u konverzioni gas SO3ima efekat, ne povećanja, već značajnog smanjenja pokretačke snage za apsorpciju SO3kroz regione od apsorpcione zone udaljene od izlaza gasa. Štaviše, u onoj meri u kojoj je voda za razblaženje obezbeđena putem cirkulatorne petlje kiseline a ne kao para koja se uvodi u SO3konverzioni gas, dolazi do penala u rekuperaciji energije.

[0087] Tamo gde apsorpciona zona rekuperacije toplote radi u poželjnim L/G opsezima kako je prethodno definisano, koeficijenti masenog prenosa su poboljšani, čime se doprinosi kontroli prosipanja SO3a time se dalje doprinosi kontroli izmaglice kiseline. Štaviše, visoki L/G dovodi do nižeg pada temperature na strani kiseline kroz spoljašnji izmenjivač toplote a posledično pojačana pokretačka snaga za prenos toplote na prenosni fluid toplote. Pravilnim odabirom pakovanja, poželjno relativno visoki odnosi L/G mogu da se postignu bez prekomernog povećanja prečnika tornja za rekuperaciju toplote ili većeg pada pritiska gasa u poređenju sa učinkom tornja za rekuperaciju toplote napravljenog za rad pri istoj brzini gasa i relativno niskom konvencionalnom L/G. Stoga rad na poželjno visokim L/G odnosima opisanim ovde, brzina masenog protoka tečnosti apsorpcione kiseline je poželjno najmanje oko 3,770 lbs/ft<2>-h (18,440 kg/m<2>-h), poželjnije najmanje oko 4500 lbs/ft<2>-h (22,100 kg/m<2>-h), obično između oko 6000 i oko 15000 lbs/ft<2>-h (između oko 29,500 i oko 73,800 kg/m<2>-h). Brzina masenog protoka gasa kroz apsorpcionu zonu rekuperacije toplote je obično u opsegu između oko 320 i oko 1,100 lbs/ft<2>-h (1,500-5,200 kg/m<2>-h) pri padu pritiska od oko 18 cm H2O (7.1 in. H2O) kroz apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

[0088] Brz i efikasan maseni prenos je olakšan upotrebom strukturnog pakovanja. Na primer, sredstva za promovisanje kontakta gasa/tečnosti i maseni prenos između gasovite i tečne faze mog uda obuhvataju strukturno pakovanje koje se prodaje pod trgovinskom oznakom FLEXERAMIC<®>88 KG ili FLEXERAMIC<®>28 KG od Koch Knight LLC. Alternativa pakovanja tornja uključuju 7.6 cm (3 in) Intalox sedla, kao što su dostupna od Koch-Glitsch, i Flexisaddle LPD 7.6 cm (3 in) KG, takođe dostupni od Koch Knight LLC.

[0089] Ukratko, stvaranje izmaglice u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote se svodi na minimum kombinacijom visoke temperature gasa koja se postiže visokom proporcijom ubrizgavanja pare u SO3konverzioni gas uzvodno od sistema za apsorpciju, generalno visokom temperaturom apsorpcione kiseline na izlazu kiseline iz zone rekuperacije toplote, i apsorpcionom kiselinom velike jačine. Fig.7 ilustruje temperaturne profile u kontra-strujnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote u poželjnim uslovima rada, uključujući ubrizgavanje vodene pare u zonu 123 ubrizgavanja vodene pare u proporciji dovoljnoj da se poveća molarni odnos ekvivalentnog sadržaja vodene pare ekvivalentnog SO3sadržaja struje gasa do približno 0.95 do 1.0 na ulazu gasa apsorpcione zone. U osnovi zone, kiselina je prilično topla, ali i dalje postoji suštinska Δt između gasovite faze i tečne faze. Gas se hladi prilično brzo iznad tačke rose, ali kako se približava i prolazi ispod tačke rose, smanjeni Δt i efekat otpuštanja latentne toplote uzrokuju da se gas ohladi postepenije, čime se superzasićenost svodi na minimum u gasovitom stanju i formiranju izmaglice. Gde se superzasićenost izbegava, sumporna kiselina se podvrgava redovnom prenosu u tečnu fazu pre nego pre nego kondenzaciji i formiranju izmaglice u struji gasa. Zapravo, kako je dalje prikazano na Fig.12, suštinski ne postoji formiranje izmaglice u osnovi zone rekuperacije toplote. Umereni nivo izmaglice se stvara kako gas dostiže svoju tačku rose, a stvara se drugo povećanje blizu izlaza/ulaza apsorpcione zone gde se javlja kondenzacija rasute H2SO4.

[0090] Kao što je prikazano na Fig.12, temperatura tečne faze dostiže svoj maksimum na izlazu kiseline, ali iznad izlaza kiseline na dnu apsorpcione zone, temperatura gasa se brzo približava temperaturi tečnosti, a dve linije izlaze na istom nivou oko jedne trećine puta od izlaza kiseline do ulaza kiseline.

[0091] Operativna linija gasovite faze za kontra-strujnu kolonu za rekuperaciju toplote pronalaska može da se razume uz pozivanje na Fig.7. Profili na ovom grafikonu zapravo prikazuju kompoziciju gasa na ekvivalentnoj SO3bazi kao funkciju temperature pre nego položaj u putu protoka fluida unutar zone rekuperacije toplote. Međutim, korelacijom temperature gasa i položaja unutar apsorpcione zone, obezbeđuju ilustraciju operativne linije apsorpcione zone rekuperacije toplote na ekvivalentnoj SO3bazi u "Fazi kolone 1" na pravoj strani Fig.7. U slučaju koji je ilustrovan, 100% vode za razblaženje obezbeđeno ubrizgavanjem vodene pare u SO3struju konverzionog gasa uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote u odnosu na pravac protoka konverzionog gasa. Kondenzacija sumporne kiseline, i bilo koe suštinsko uklanjanje senzibilne toplote, se poželjno izbegava pre ulaza struje gasa u apsorpcionu zonu. Samim tim, struja gasa ulazi u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote na temperaturi od 315°C. Kompozicija gasa na ulazu je prikazana na skroz desnoj strani grafikona, tj., na osnovi ekvivalentnog SO3, pri čemu taj gas obuhvata oko 69 molarnih % SO3i oko 31 molarni % H2SO4, pri čemu molarni odnos H2SO4i SO3iznosi oko 0.45. Kako je ovo slučaj u kojem se dodaje 95 do 100% vode za razblaženje pre ulaska konverzionog gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote, opseg rada kojim se ovaj pronalazak bavi generalno obuhvata uvođenje struje gasa u kojoj molarni odnos pare sumporne kiseline i SO3iznosi najmanje oko 0.25, poželjno najmanje oko 0.30, poželjnije, najmanje oko 0.35. Kako se struja gasa kreće kroz apsorpcionu zonu kontra-strujno u apsorpcionu tečnost, Fig.7 prikazuje da sadržaj gasa

SO3progresivno opada. U regionima apsorpcione zone blizu ulaza gasa i izlaza kiseline, sadržaj pare sumporne kiseline se progresivno povećava kako gas napreduje kroz apsorpcionu zonu, dok temperatura gasa pada, dok se ne postigne tačka na kojoj je gas na svojoj tački rose. Kada se gas ohladi do temperature ili ispod tačke rose, nastavljeno formiranje sumporne kiseline u parnoj fazi je odloženo kondenzacijom sumporne kiseline unutar tečne faze. Samim tim, sadržaj sumporne kiseline počinje da opada sa pika od oko 63 molarna % na SO3osnovi kada je temperatura gasa oko 260°C. Iako grafikon sa Fig.7 predstavlja umereno oštar pad, poređenje sa Fig.12 pokazuje da se smanjenje sadržaja sumporne kiseline iz parne faze sa 63 molarna % do oko 15 molarnih % dešava kak ose gas kreće na gore preko grubo trećine dna apsorpcione zone rekuperacije toplote, što u slučaju Fig.7 predstavlja udaljenost od oko 1.5 metra (5 ft.), ili pri prostornoj brzini od 0.75 sec<-1>. Generalno, poželjno je da se najmanje 40%, poželjno najmanje 50%, SO3nastalog u konverteru kondenzuje u obliku sumporne kiseline iz gasovite faze, i da je prostorna brzina najmanje oko 0.3 sec<-1>, poželjno između oko 0.3 i oko 1 sec<-1>, u regionu zone rekuperacije toplote u kojem se javlja kondenzacija sumporne kiseline iz gasovite faze.

[0092] Na najvišem sadržaju pare sumporne kiseline prikazano na Fig.7, preostali sadržaj SO3je oko 33 molarnih % na ekvivalentnoj SO3osnovi, tako da molarni odnos sadržaja sumporne kiseline i sadržaja SO3iznosi oko 1.9. Još jednom, ovo je za slučaj u kojem se dodaje 95 do 100% vode za razblaženje pre ulaska konverzionog gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote. U opsegu rada kojim se bavi ovaj pronalazak, proporcija vodene pare uvedena u struju gasa koji nosi sumporoksid, jačina sumporne kiseline, temperatura apsorpcione tečnosti uvedene u apsorpcionu zonu, i L/G odnos u apsorpcionoj zoni su kontrolisani tako da molarni odnos pare sumporne kiseline i SO3dostiže maksimum od najmanje oko 1.2, poželjno najmanje oko 1.5, na mestu unutar apsorpcione zone između ulaza i izlaza gasa.

[0093] U radu ilustrovanom na Fig.7, gasovita faza sadrži oko 10 molarnih % H2SO4i oko 4 molarna % SO3na izlazu gasa/ulazu kiseline apsorpcione zone rekuperacije toplote, pri čemu su oba izraženi na osnovu ekvivalentnog SO3uvedenog u apsorpcionu zonu, tj., molarnog odnosa od oko 2.5. Po istoj osnovi, ukupna para H2SO4plus sadržaj struje gasa SO3koji izlazi iz apsorpcione zone je oko 14 molarnih % ekvivalentnog sadržaja struje gasa SO3koja ulazi u apsorpcionu zonu. Poželjno, ukupna para H2SO4plus sadržaj gasa SO3na izlazu gasa nije veća od oko 25%, poželjnije nije veće od oko 20%, ekvivalentnog sadržaja struje gasa SO3koja ulazi u apsorpcionu zonu, pri čemu sadržaj struje gasa SO3nije veći od oko 8% sadržaja struje gasa SO3koja ulazi u apsorpcionu zonu, a molarni odnos H2SO4i SO3na izlazu struje pare nije veći od 1.6.

[0094] U poželjnim načinima ostvarivanja pronalaska, kontrola izmaglice kiseline se olakšava prolazom gasa koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote kroz sekundarnu apsorpcionu zonu rekuperacije preostalog SO3u struji gasa. Sekundarna apsorpciona kiselina prolazi kroz sekundarnu apsorpcionu zonu takođe služi da se ohladi struja gasa i da se kondenzuje dodatna sumporna kiselina iz parne faze u sekundarnu kiselinu. Trebalo bi da se ima u vidu da je rad sekundarne apsorpcione zone na način, generalno efikasan za kontrolu stvaranja izmaglice, ne samo u radu apsorpcionog sistema za rekuperaciju toplote u kojem je opseg rekuperacije toplote pojačan ubrizgavanjem vodene pare, već takođe u konvencionalnom postrojenju sumporne kiseline suvog gasa ili vlažnog gasa u kojem se ne ubrizgava dodatna vodena para u konverzioni gas, gas sagorevanja ili vazduh sagorevanja. Novi principi rada sekundarne apsorpcione zone kao što su ovde opisani su suštinski isti nevezano za to da li je rekuperacija toplote pojačana ubrizgavanjem vodene pare.

[0095] Fig.17 ilustruje postupak koji je sličan onom sa Fig.1, osim što se vodena para ne ubrizgava u konverzioni gas pre nego što uđe u toranj 101 zone rekuperacije toplote na ulazu 123 gasa. Konverzioni gas koji ili je suv ili sadrži atmosfersku vlagu dobijen od vazduha sagorevanja prolazi na gore kroz primarnu apsorpcionu zonu 103 koja sadrži pakovanje ili druga sredstva za promovisanje kontakta gasa/tečnosti i masenog prenosa. SO3se prenosi iz gasovite faze u tečnu fazu u primarnoj apsorpcionoj zoni, a tečnost, obogaćena u sumpornoj kiselini izlazi iz tornja za rekuperaciju toplote na izlazu 109 kiseline i cirkuliše kroz kotao 105 za rekuperaciju toplote pumpom 111 za cirkulisanje. Nakon uklanjanja neto proizvodnje sumporne kiseline nizvodno od kotla, struja kiseline se razblaži dodavanjem vode za reakciju sa SO3iz gasa konvertera (razblaživač nije prikazan), zatim se vraća u gornji deo primarne apsorpcione zone na ulazu 113 kiseline.

[0096] Gas koji izlazi iz gornjeg dela primarne apsorpcione zone 103 ulazi u donji deo sekundarne apsorpcione zone 115 koja takođe obuhvata pakovanje ili druga sredstva za kontakt gas/tečnost i maseni prenos. Gas teče na gore kroz sekundarnu zonu 115 kontra-strujno u sekundarnu apsorpcionu kiselinu koja ulazi u toranj na ulazu 117 kiseline. Struja gasa zatim izlazi iz tornja pri čemu prolazi kroz eliminatore 119 izmaglice pre vraćanja u konverter ili izlaz iz ovog postupka. O poželjnim koncentracijama kiseline koja ulazi u i koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone je prethodno bilo reči, i suštinski su iste i za ubrizgavanje pare i suve načine ostvarivanja. Jačina kiseline na ulazu gasa/izlazu kiseline primarne apsorpcione zone je takođe poželjna kao što je ovde opisana za ubrizgavanje pare, ali koncentracija ulazne kiseline u primarnu apsorpcionu zonu je relativno niska zbog potrebe za uvođenjem vode za razblaženje pre vraćanja struje kiseline iz kotla HRS u primarnu apsorpcionu zonu. Koncentracija u gornjem delu primarne zone može da se upravlja prema ovome ispod azeotropa, čime se povećava formiranje izmaglice u gornjem kraju primarne apsorpcione zone, ali kontrola izmaglice se i dalje postiže radom sekundarne apsorpcione zone u ovde opisanim uslovima.

[0097] Fig.18 predstavlja dijagram toka za drugi postupak u kojem je struja gasa ili konverziona ili suva ili sadrži samo atmosfersku vlagu. Ovaj postupak je identičan onom sa Fig.17 osim što struja kiseline nizvodno od tačke uklanjanja proizvoda kiseline je podeljen na struju primarne apsorpcione kiseline koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu na ulazu 113 kiseline i sekundarnu apsorpcionu kiselinu koja prolazi kroz pomoćni izmenjivač 131 toplote gde se uklanja dodatna apsorpciona toplota, npr. zagrevanjem vode koja ulazi u kotao da bi se smanjila temperatura kiseline sekundarne apsorpcije do željenog opsega oko 40° do 110°, poželjno oko 65° do 95°C, poželjnije, oko 75° do 90°C pre vraćanja u gornji deo sekundarne apsorpcione zone preko ulaza 117 kiseline. Kao što je naznačeno na crtežu, proizvod kiseline može biti uklonjen iz struje sekundarne kiseline ili uzvodno ili nizvodno od izmenjivača 131 toplote. Osim zbog odsustva ubrizgavanja pare, ovaj postupak sa Fig.18 može da se poredi sa onim sa Fig.3 (detaljno objašnjeno u nastavku).

[0098] Reference iz stanja tehnike se razlikuju u svojim učenjima vezano za koncentraciju kiseline u sekundarnoj apsorpcionoj zoni. US Patent No.4,996,038 opisuje primer operacije u kojoj ulaz kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu u koncentraciji od 99.5% i izlaz koncentraciji od 99.8%. Poređenja radi, US Patent No.5,118,490, koji se odnosi na sekundarnu fazu kao fazu kondenzacije, tvrdi da struja kiseline koja izlazi iz kondenzujuće faze ima koncentraciju od 98.5 do 99.0%. US Patent No.5,130,112 prijavljuje da struja kiseline izlazi iz kondenzujuće faze na oko 98.5%, dok US Patent No.5,538,707 savetuje da izlaz kiseline iz sekundarne apsorpcione zone u koncentraciji od 98.8%. u ovom postupku pronalaska, bilo kojeg od ovih stanja može biti izabran.

[0099] Međutim, prema ovom pronalasku, zaključeno je da je u svrhe kontrole izmaglice poželjno da se radi pri relativno velikoj koncentraciji kiseline na ulaz ugasa/izlazu kiseline sekundarne zone, npr., na ili čak blago iznad azeotropa, ali na umereno nižoj koncentraciji na izlazu gasa/ulazu kiseline sekundarne zone dovoljnoj da se obezbedi suštinski potpuna rekuperacija preostalog SO3iz struje gasa koja ulazi iz primarne apsorpcione zone. Samim tim, jačina kiseline na izlazu gasa iz sekundarne zone je generalno u opsegu između oko 98.7% do oko 99.2%, npr., 98.8% do 99.0% gde primarna kiselina koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu ima jačinu u opsegu od 99.2% do 99.4%, ili 98.5 do 99.0% poželjno 98.5 do 98.7% gde je primarna kiselina koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu u opsegu od 99.4% do 99.6%. U ovom drugom slučaju, relativno niža koncentracija kiseline je neophodna na ulazu kiseline/izlazu gasa sekundarne apsorpcione zone da bi se obezbedila dovoljna pokretačka snaga za apsorpciju relativno veće frakcije preostalog SO3koji ostaje neapsorbovan u primarnoj zoni prolazi u sekundarnu zonu u struji gasa. Dalje je poželjno da L/G može da se održava u opsegu koji svodi na minimum Δt između kiseline i gasa kroz drugu apsorpcionu zonu, a naročito da temperatura kiseline koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone u kontaktu sa gasom koji ulazi nije značajno hladnija od kiseline na izlazu gasa primarne apsorpcione zone.

[0100] Relativno velika jačina kiseline na ulazu gasa sekundarne zone obezbeđuje da sekundarna kiselina prvo naiđe na gas koji izlazi iz primarne zone na ili iznad azeotropa, tako da mešanje ravnotežne pare u sekundarnoj zoni sa bilo kojim od SO3prosipanja iz primarne apsorpcione zone ne uzrokuje superzasićenost i formiranje izmaglice, već smanjuje tačku rose i olakšava kontrolisanu apsorpciju preostalog SO3. Umereno niža koncentracija kiseline na izlazu gasa iz sekundarne zone obezbeđuje efikasnu apsorpciju preostalog SO3, čime se svodi na minimum potencijal za formiranje izmaglice reakcijom SO3i H2O nizvodno od apsorbera.

[0101] Uz pozivanje na Fig.3 US Patent No.5,538,707, rad sa strujom kiseline na ili iznad azeotropa u primarnoj apsorpcionoj zoni i na ulazu gasa/izlazu kiseline sekundarne apsorpcione zone sprečava tačku rose gasa od povećanja kao rezultat SO3koji ostaje ne apsorbovan u struji gasa koja izlazi iz primarne zone. Ovo može biti važno zato što najveća proporcija izmaglice kiseline se obično stvara u sekundarnoj zoni. Ako gas koji izlazi iz primarne apsorpcione zone dođe u kontakt u nižem delu sekundarne apsorpcione zone sa sekundarnom apsorpcionom kiselinom koja ima temperaturu od 190° do 210°C i koncentraciju ispod azeotropa, tačka rose se oštro povećava iznad temperature gasa kao sadržaj gasa SO3reaguje sa vodenom parom iz kisele faze, čime se formiraju suštinske zapremine izmaglice sumporne kiseline relativno male jačine i velike korozivnosti.

[0102] Međutim, na izlazu gasa/ulazu kiseline sekundarne zone, kiselina blago manje jačine je i prihvatljiva i poželjna. U većini slučajeva, zapravo, jačina kiseline koja ulazi u sekundarnu zonu je štetu prikazanu na Fig.3 US Patent No.5,538,707 zato što je temperatura ulazne kiseline relativno hladna. Dok je gas koji izlazi iz sekundarne zone u ravnoteži zasićenosti sa ulaznom kiselinom, stvaranje povezana izmaglice je malo zato što su temperature niske. Kao što je navedeno, ulazna kiselina u sekundarnu zonu se poželjno održava u opsegu od oko 65° to 95°C, poželjnije u opsegu od oko 75° do 90°C, na kojoj je pritisak pare H2SO4kiseline relativno zanemarljiv. Kakva god frakcija izmaglice ostaje ili se formira u izlaznom gasu može lako da se ukloni konvencionalnim eliminatorima izmaglice.

[0103] Važnost postizanja maksimalne apsorpcije SO3u sekundarnoj apsorpcionoj zoni može da se vidi uz pozivanje na Fig.19-21. Fig.19 ilustruje protoke komponenti pare SO3, H2SO4i H2O u struji gasa iz ulaza gasa do izlaza gasa primarne apsorpcione zone u postupku kontrastrujne apsorpcije u kojoj se suštinski 100% vode za razblaženje (reakcija) obezbeđuje ubrizgavanjem pare u konverzioni gas uzvodno od primarne apsorpcione zone, a primarna apsorpciona kiselina se održava u jačini od 99.5%. Vidi se da se para sumporne kiseline suštinski prenosi u fazu tečne kiseline, SO3je suštinski apsorbovan ili reaguje sa vodenom parom da bi se proizvela para sumporne kiseline koja se prenosi u tečnu fazu kiseline, a H2O se suštinski apsorbuje ili reaguje sa SO3da bi se proizvela sumporna kiselina koja se prenosi u tečnu fazu kiseline. Međutim, koncentracije materijala i SO3i sumporne kiseline ostaju u struji pare na izlazu gasa primarne apsorpcione zone gde je temperatura u opsegu od 200°C, a koncentracija primarne apsorpcione kiseline je 99.5%. Oko 300 lb-molova/h SO3, oko 90 lb-molova/h pare sumporne kiseline, i oko 7 lb-molova/h vodene pare ostaje u struji gasa koja prolazi iz primarne u sekundarnu apsorpcionu zonu.

[0104] Fig.20 ilustruje način ostvarivanja ovog postupka u kojem struja gasa sa kompozicijom koja izlazi iz primarne apsorpcione zone kao što je prikazano na Fig.19 i temperaturom od oko 200°C ulazi u kontrastrujnu sekundarnu apsorpcionu zonu u čiji gornji deo se uvodi sekundarna kiselina u koncentraciji od 98.5%. U struji gasa koja izlazi iz sekundarne zone na temperaturi od oko 95°C, brzina protoka SO3je smanjena do oko 0.003 lb-molova/h, pri čemu je brzina protoka pare sumporne kiseline smanjena do oko 0.06 lb-molova/h, a opterećenje vodenom parom je smanjeno do oko 0.16 lb-molova/h. Iako je koncentracija kiseline izlaznog gasa, tj., 98.5% ispod azeotropa na 95°C izlazne temperature, SO3, H2SO4i H2O opterećenj aparom su previše niska da bi se primenilo značajno opterećenje izmaglicom nizvodno na sistem. Štaviše, na višim temperaturama koje preovlađuju prema ulazu gasa sekundarne zone, koncentracija kiseline je poželjno iznad azeotropa.

[0105] Poređenja radi, Fig.21 ilustruje rad pri suštinski 100% ubrizgavanju pare pri čemu struja primarne kiseline koja ulazi u primarnu zonu ima jačinu od 99.5%, a sekundarna kiselina koja ulazi u sekundarnu zonu ima jačinu od 99.2. Protoci preostale vode SO3su 0.03 lb-molova/h. ili 10x od nivoa koji je postignut gde sekundarna kiselina ulazi u sekundarnu zonu na 98.5%, a protok preostale komponente pare sumporne kiseline iznosi 0.8 lb-molova/h. ili 12-14x brzine na 98.5%. Protok preostale komponente vodene pare je 0.01 lb-molova/h, ili blago niži od brzine na 98.5%, ali mnogo veći protoci pare SO3i H2SO4obezbeđuju suštinski veće stvaranje izmaglice nizvodno od apsorbera.

[0106] Opterećenje izmaglicom na elementima nizvodnog postupka predstavlja zbir izmaglice tečne faze koja je zapravo prisutna u struji gasa, kao što je prikazano na Fig.12-16, plus para H2SO4koja se kondenzuje kako se gas hladi, uključujući H2SO4koja nastaje od preostalog SO3i vodene pare u gasu. Ovi su prikazani na Fig.20 i 21. Bilo koja frakcija stvarnog opterećenja izmaglicom tečne faze koja možda nije u potpunosti uklonjena eliminatorima izmaglice plus sadržaj gasa SO3koji protiče kroz eliminatore izmaglice koja reaguje sa vodenom parom u gasu kako bi se stvorila dodatna H2SO4, može da se kondenzuje iz struje gasa relativno niske temperature na nižim temperaturama pomoćne opreme postupka i površine vodova nizvodno od apsorbera gde temperature mogu pasti do nivoa značajno nižih čak i od temperature od 95°C uobičajenog gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone.

[0107] U svrhu kontrole izmaglice, izuzetno je poželjno da se na minimum svede Δt između gasovite faze i tečne faze na ulazu I izlazu sekundarne apsorpcione zone, i poželjnije suštinski kroz zonu. Visoki rezultati Δt pri prenosu toplote iz gasovite faze u tečnu fazu koji je previše brz u odnosu na maseni prenos pare SO3i sumporne kiseline u tečnu fazu, čime se uzrokuje formiranje izmaglice prvenstveno u odnosu na maseni prenos pare SO3i sumporne kiseline u tečnu fazu. U regionima sekundarne zone blizu ulaza gasa, ovo dovodi do udarnog hlađenja struje gasa čime se uzrokuje masivno taloženje finih kapljica sumporne kiseline u gasovitoj fazi. Kao što je ilustrovano na Fig.13-16 i objašnjeno u nastavku, prekomerni Δt blizu izlaza gasa sekundarne zone se povezuje sa nedovoljnim protokom kiseline i neadekvatnom apsorpcijom preostalog SO3koji se zatim kombinuje sa vodenom parom u gasu nizvodno od sekundarne zone da bi se formirala izmaglica kako se gas dodatno hladi. Poželjno, Δt nije veći od oko 35°C na lazu kiseline, izlazu kiseline i poželjnije kroz zonu. Dalje poželjnije, Δt ulaza za kiselinu, izlaz za kiselinu Δt, i Δt kroz zonu nisu veći od oko 30°, dalje poželjnije nisu veći od oko 25°C, ili nisu veći od oko 20°C. U optimalnim uslovima, Δts ulaza i izlaza nisu veći od oko 15°C ili čak nisu veći od oko 10°C. Stoga, L/G u sekundarnoj zoni je podešena da kontroliše ravnotežu energije tako da se struja gasa hladi od temperature koja izlazi iz primarne apsorpcione zone, koja je poželjno relativno blizu temperature kiseline koja izlazi iz sekundarne zone, do temperature koja je blizu temperature kiseline koja se uvodi u drugu fazu.

[0108] Propisivanjem željenih temperatura ulaza i izlaza sekundarne zone i za kiselinu i za gas, L/G se efikasno određuje ravnotežom energije za drugu fazu prema odnosu:

[0109] Gde G i L predstavljaju protoke tečnosti i gasa, Cpgi Cplpredstavljaju toplotne kapacitete gasa i tečnosti. Takođe imamo toplotu reakcije sumportrioksida i toplotu kondenzacije sumporne kiseline (ovi pojmovi su mali budući da se većina sumportrioksida i sumporne kiseline kondenzuju u prvoj fazi).

[0110] Iako je jačina kiseline generalno ispod azeotropa u gornjem delu druge faze, isparljivost sumporne kiseline je mnogo niža na nižim temperaturama koje preovlađuju u gornjem delu sekundarne zone, tako da SO3preovlađuje u u gasovitoj fazi, što dovodi do relativno koncentrovane kiseline u izmaglici.

[0111] Kako bi se održavao temperaturni profil za sekundarnu apsorpcionu zonu u prethodno opisanim opsezima, sekundarna apsorpciona zona radi na relativno niskom masenom odnosu L/G, na primer, između oko 0.3 i oko 2.0 u odnosu na ukupan gas. Otkriveno je da su temperaturni profili sekundarne apsorpcione zone prilično osetljivi na odnos L/G odnos. Fig.13 prikazuje uobičajeni temperaturni profil sekundarne apsorpcione zone koji radi kontra-strujno na velikoj brzini protoka tečnosti, tj., L/G odnosu od oko 2.2. Kao što je prikazano, takvi rezultati rada u veoma velikom Δt između gasovite i tečne faze na ulazu gasa sekundarne apsorpcione zone. Posledično udarno hlađenje struje gasa dovodi do masivnog formiranja izmaglice, kako je dalje prikazano u profilima. Stoga, efekat sekundarne apsorpcione zone u ovim uslovima ne služi da se izmaglica kiseline kontroliše nego da se stvara.

[0112] Ali prekomerno mali protok tečnosti sekundarne apsorpcione kiseline takođe može da stvori izmaglicu. Rad na niskoj L/G od oko 0.5 je prikazan u temperaturnom profilu prikazanom na Fig.14. U ovom slučaju, brzina protoka tečnosti je nedovoljna da se adekvatno ohladi struja gasa i/ili apsorbuje preostali SO3, što dovodi do progresivno rastućeg gasa/tečnosti Δt koji se pomera od ulaza gasa do izlaza gasa kontrastrujne sekundarne zone, i posledično progresivnog stvaranja kisele izmaglice kako se temperature fluida razilaze u kratkom zadržavanju gasa kroz zonu.

[0113] Fig.15 ilustruje poželjne način ostvarivanja pronalaska pomoću podloge, ili balansiranog, protoka tečnosti koji obezbeđuje L/G od oko 0.8. U ovom slučaju, Δt između gasovite i tečne faze nikada nije veći od oko 10-12°C. Neka izmaglica se nezaobilazno stvara kako se gas hladi, ali frakcija izmaglice je unutar opsega sa kojim može da se nosi pomoću konvencionalnih elemenata za eliminaciju izmaglice. Dalje smanjenje izmaglice može da se realizuje pomoću strukturnog pakovanja tipa o kojem je ovde reč. Takav rad je ilustrovan na Fig.16 u kojem Δt nije veći od oko 8-10°C kroz drugu apsorpcionu zonu i stvaranje izmaglice je oko 20% manje nego u slučaju sa Fig.15.

[0114] Generalno, poželjno je da sekundarna apsorpciona zona radi sa L/G između oko 0.3 i oko 2, poželjnije između oko 0.4 i oko 1.5, najpoželjnije između oko 0.4 i oko 1.0, na bazi ukupnog protoka gasa, pri čemu optimalni odnos generalno raste sa jačinom kiseline koja se uvodi u sekundarnu zonu. Ovi poželjni odnosi se primenjuju nevezano od toga da li se vodena para ubrizgava u konverter gasa koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu ili, umesto, gas konvertera je ili suv ili sadrži samo atmosfersku vlagu. Maseni protok brzine sekundarne apsorpcione tečnosti je obično najmanje oko 380 lbs/ft<2>-h (1850 kg/m<2>-h), poželjno između oko 415 i oko 1,130 lbs/ft<2>-h (između oko 2,000 i oko 5,500 kg/m<2>-h), dok je maseni protok brzine gasovite faze najmanje oko 200 lbs/ft<2>-h (1,040 kg/m<2>-h), poželjno između oko 400 i oko 1,100 lbs/ft<2>-h (između oko 2,000 i oko 5,000 kg/m<2>-h). Da bi se stvaranje izmaglice svelo na minimum, poželjno je da relativna brzina protoka struje gasa koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu i struje sekundarne apsorpcione tečnosti koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu je takva da razlika između lokalne temperature rasute gasovite faze i lokalne temperature rasute sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu nije veće od oko 35°C ni na ulazu za tečnost ili na izlazu za tečnost sekundarne apsorpcione zone. Na primer, razlika između lokalne temperature rasute gasovite faze i lokalne temperature rasute sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu je između oko 15° i oko 35°C i na ulazu za tečnost ili na izlazu za tečnost sekundarne apsorpcione zone. Naročito je poželjno da Δt gasa/tečnosti nije veći od oko 30°C, poželjnije nije veći od oko 25°C, poželjnije nije veći od oko 20°C, dalje poželjnije nije veći od oko 15°C i optimalno nije veći od oko 10°C na ulazu gasa/ izlazu tečnosti sekundarne zone. Takođe je poželjno da ove relativne brzine protoka budu takve da maksimalna razlika između lokalne temperature rasute gasovite faze i lokalne temperature rasute sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu nije veća od oko 35°C, poželjnije nije veća od oko 30°C, poželjnije nije veća od oko 25°C, poželjnije nije veća od oko 20°C, dalje poželjnije nije veća od oko 15°C i optimalno nije veća od oko 10°C unutar bilo kog lokusa kontakta gasa/tečnost unutar zone koji je definisan kao konstantna udaljenost od ulaza za tečnost do zone. Drugim rečima, lokalna integrisana prosečna razlika između temperature gasovite faze i temperature sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu nije veća od oko 35°C, poželjno nije veća od oko 30°C, poželjnije nije veća od oko 25°C, poželjnije nije veća od oko 20°C, dalje poželjnije nije veća od oko 15°C i optimalno nije veća od oko 10°C, bilo gde u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, pri čemu je takva lokalno integrisana prosečna temperaturna razlika kontakta određena integracijom u bilo kom lokusu kontakta gas/tečnost unutar zone koji je definisan kao konstantna udaljenost od ulaza za tečnost do zone.

[0115] Unutar poželjnog L/G opsega, temperatura kiseline koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone može da se održava u prethodno određenim opsezima, tj., oko 40° do 110°C, poželjnije oko 75° do 90°C, a temperatura na izlazu se održava u opsegu od oko 175° do 215°C. Odgovarajuće temperature gasa su obično 10° do 35°C veće od temperatura kiseline sa kojom je gas u kontaktu. Poželjna koncentracija ulazne kiseline u kontrastujnu sekundarnu apsorpcionu zonu, tj., koncentracija kiseline u kontaktu sa strujom gasa koja izlazi iz sekundarne zone, je kao što je ovde prethodno opisana i prkazana u tabeli 1. Kontrola L/G u poželjnim opsezima funkcioniše tako što kontroliše Δt između gasovite i tečne faze na minimalnom nivou kroz drugu apsorpcionu zonu, npr., Δt koja ne prelazi oko 35°C kroz drugu apsorpcionu zonu. Koncentracija kiseline u struji gasa koja izlazi iz sekundarne zone se kontroliše kontrolisanjem koncentracije kiseline na izlazu sekundarne apsorpcione zone, ulazne koncentracije kiseline i temperature ulazne kiseline/izlaznog gasa. Temperatura izlaznog gasa se kontroliše kontrolisanjem temperature ulazne kiseline u zonu.

[0116] Iako su temperature izlaznog gasa u prethodno datim opsezima prihvatljive, moguće je da se dalje smanji opterećenje izmaglicom uvođenjem sekundarne apsorpcione kiseline na temperaturi u nižem delu opsega od 40°C do 110°C. Međutim, da bi se sačuvao željeni Δt profil u poželjnom L/G odnosu, može biti neophodno da se doda upakovana visina u sekundarnu apsorpcionu zonu kako bi se prilagodile niže temperature ulazne kiseline i izlaznog gasa. Međutim, zato što je temperatura struje izlaznog gasa niska, doprinos opterećenja izmaglicom SO3, parom sumporne kiseline i vodenom parom u u struji izlaznog gasa je mali.

[0117] Poređenjem Fig.12 sa Fig.13-16, može se činiti da je glavni položaj za formiranje izmaglice kiseline u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, ili u uzvodnom delu gde je protok tečnosti preveliki, ili u nizvodnom delu gde je protok tečnosti premali. U svakom slučaju, formiranje izmaglice u sekundarnoj zoni daleko prevazilazi formiranje izmaglice u primarnoj zoni. Dok je primarna svrha sekundarne zone da kontroliše formiranje izmaglice, ovi profili pokazuju da efektivna kontrola izmaglice jedino može da se postigne gde su sačuvani prava ravnoteža L/G, koncentracija ulazne kiseline i gasa u odnosu na tečnost kroz sekundarnu zonu. Ako je protok kiseline preveliki ili premali, što je rezultat lošeg odabira L/G, ili ako koncentracija ulazne kiseline nije unutar željenog opsega, rad sekundarne zone ne ispunjava glavnu svrhu zbog koje postoji. Ostaje poželjno da se izbegne pogoršanje problema sa izmaglicom nepovoljnim izborom uslova u primarnoj zoni, npr., radom sa apsorpcionom kiselinom ispod azeotropa, ali glavno opterećenje kontrole izmaglice potpada pod upravljanje i kontrolu uslova u sekundarnoj zoni.

[0118] U radu pri velikim brzinama ubrizgavanja vodene pare u primarnu apsorpcionu zonu, primarna apsorpciona kiselinaje obično na strani oleuma, tj., iznad azeotropa i na izlazu kiseline i na ulazu za kiselinu apsorpcione zone. Kiselina velike jačine na izlazu iz zone je izuzetno poželjna kako bi se na minimum svela brzina korozije cevi od Fe/Cr legura izmenjivača toplote kroz koje kiselina cirkuliše radi rekuperacije energije od apsorpcije. Gde je velika proporcija reaktivne vode obezbeđena ubrizgavanjem vodene pare, npr., više od 80%, 90% ili više, postoji veoma mali koncentracioni gradijent kroz apsorber, što znači da je jačina ulazne (izlaz za gas) kiseline takođe obično na ili blago na strani oleuma.

[0119] Budući da je gas koji izlazi iz primarne apsorpcione zone suštinski u ravnoteži sa kiselinom koja ulazi u primarnu zonu, gas koji ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu takođe ima kompoziciju iznad azeotropa, što znači da ima značajnu preostalu koncentraciju SO3koja nije uklonjena u primarnoj apsorpcionoj kiselini. Ukoliko SO3nije uklonjen iz gasovite faze, postoji suštinski potencijal za formiranje izmaglice u gasu koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone.

[0120] Radi sigurnosti da je SO3u potpunosti uklonjen iz gasa koji izlazi iz primarne apsorpcione zone, važno je da sekundarna kiselina koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu bude ispod azeotropne koncentracije sumporne kiseline uz marginu dovoljnu da se obezbedi dovod neto vode u sekundarnu apsorpcionu zonu najmanje stehiometrijski ekvivalentan SO3prosipanju kroz primarnu zonu , tj., ekvivalentan sadržaju gasa SO3koji ulazi u sekundarnu zonu.

[0121] U ovom smislu, principi rada sekundarne apsorpcione zone se razlikuju od principa rada primarne apsorpcione zone kako je preporučeno u McAlister et al. US Patent No.5,130,112 i ilustrovano na njegovoj Fig.3. Dok McAlister otkrivanje preporučuje da kiselina koja ulazi u kontrastrujnu primarnu apsorpcionu zonu i gas koja izlazi iz te zone imaju kompoziciju kojoj je koncentracija SO3iznad azeotropa kako bi se osigurala relativno niska tačka rose a samim tim kako bi se na minimum svelo formiranje izmaglice kako se gas koji izlazi iz primarne zone hladi, različit ali komplementaran princip se primenjuje na mnogo nižu temperaturu koja preovladava kako gas izlazi iz sekundarna zone. Kako se gas hladi prilikom prolaza kroz sekundarnu zonu, jedini način da ostane iznad tačke rose je da se ukloni SO3iz gasa; i, u ovu svrhu, potreban je višak vode.

[0122] Fig.24 je šematski prikaz sistema za kontrolisanje rada sekundarne apsorpcione zone na način koji osigurava i minimalnu temperaturnu razliku gasa/tečnosti ili Δt u zoni i dovod vode u sekundarnoj apsorpcionoj kiselini dovoljnoj da se ukloni preostali SO3koji ulazi sa gasom koji protiče od izlaza primarne zone.

[0123] Senzori za temperaturu (TS) mere temperaturu gasa koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 (TS1), sekundarne apsorpcione tečnosti koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone (TS2), sekundarne apsorpcione tečnosti koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu (TS3) i gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone (TS4). Signali sa ovih senzora za temperaturu se uvode u procesor 171 za kontrolu Δt. Signal iz procesora za kontrolu Δt za kontrolu ventila 173 u uvodnoj liniji sekundarne apsorpcione zone do sekundarne apsorpcione zone podešava protok sekundarne kiseline koja se isporučuje u apsorpcionu zonu tako da gas/tečnost Δt na ulazu kiseline i izlazu kiseline sekundarne apsorpcione zone nije veći od oko 35°C, poželjno nije veći od oko 30°C, dalje poželjnije nije veći od oko 25°C, ili nije veći od oko 20°C. U optimalnim uslovima, ulaz i izlaz Δts nisu veći od oko 15°C ili čak nisu veći od oko 10°C.

[0124] Senzor provodljivosti CS1 u kontaktu sa primarnom apsorpcionom kiselinom koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu 103 šalje signal zapisivaču/kontroleru provodljivosti (CRC1) i primarne apsorpcione kiseline i kontrolnom procesoru 175 sekundarne jačine kiseline. U odgovoru na signal, kontroler provodljivosti CRC1 šalje signal čime se podešava kontrolni ventil 177 za kontrolisanje brzine isporuke vode za razblaženje u cirkulišuću struju primarne apsorpcione kiseline pri brzini koja održava željenu jačinu apsorpcione kiseline koja recirkuliše u primarnu apsorpcionu zonu 103. Opciono i poželjno, unakrsan protok relativno razblažene kiseline, npr., 93% kiseline, može da se koristi kao izvor vode za razblaženje.

[0125] Vodena para se ubrizgava u konverzioni gas kroz ulaz 121 zone 127 za ubrizgavanje vodene pare u proporciji dovoljnoj da ekvivalentni sadržaj vode konverzionog gasa koji ulazi u apsorber iznosi najmanje 0.40 molova, poželjnije najmanje 0.50, 0.55, 0.60, 0.70 molova, ili 0.80 molova, najuobičajenije između oko 0.55 i oko 0.98 molova, po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida u gasu koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu. Kako se odnos ekvivalentne vode/ekvivalentnog sumporoksida primiče 0.98, rad prilazi tački na kojoj se sva reaktivna voda za primarnu apsorpcionu zonu obezbeđuje ubrizgavanjem vodene pare na 127, čime se razmerava potreba za uvođenjem vode ili razblažene kiseline kroz ventil 177. Obično, balansirana brzina neto proizvodnje kiseline uklonjene iz apsorpcionog sistema za apsorpciju može da se održava nivoom ili kontrolom provodljivosti kiseline u sifonu apsorpcionog tornja ili sudu odvojene pumpe za kiselinu (nije prikazano).

[0126] Iz podataka o ravnoteži koji se čuvaju u kontrolnom procesoru 175 kiseline sekundarne jačine i signala provodljivosti primljenog od CS!, pri čemu procesor 175 računarski obrađuje paru sumporne kiseline, vodenu paru i paru sadržaja gasa SO3koji izlazi iz primarne apsorpcione zone 103 i koji ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 pod uslovom da struja gasa koja izlazi iz primarne zone predstavlja ravnotežu sa kiselinom koja ulazi u zonu.

[0127] Kontrolni procesor 175 jačine sekundarne kiseline takođe prima signal iz senzora protoka FS1 u struji sekundarne kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115, senzora protoka FS2 u struji konverzionog gasa koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu 103, i rednog analizatora 179 u struji konverzionog gasa koji meri sadržaj SO3konverzionog gasa. Od ova tri signala plus kompozicija gasa koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 kako je određeno od CS1 signala provodljivosti i čuvanih podataka o ravnoteži, procesor 175 računarski obrađuje materijalnu ravnotežu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni koji određuje brzinu na kojoj voda mora da se doda u struju sekundarne kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da se osigura da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone jednaka ili veća od azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i jednaka ili ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.

[0128] Tamo gde se utvrde uslovi stabilnog stanja,može se izmeriti brzina na kojoj se elementarni sumpor ili drugi homogeni izvor sumpora dovodi u gorionik sumpora i izračunati materijalna ravnoteža kojom se ova brzina dovodi do procesora 175 umesto kombinacije protoka gasa izmerene linijskim analizatorom 179 i senzorom protoka FS2.

[0129] Senzor provodljivosti CS2 meri provodljivost kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu i prenosi taj signal i u sekundarni procesor 175 za kontrolu jačine kiseline i u zapisnik/kontroler provodljivosti CRC2 koji je u komunikaciji sa pozicionerom ventila na ventilu 181 koji kontroliše brzinu vode za razblaženje (ili razblaženu kiselinu unakrsnog protoka) koja je uvedena u struju sekundarne kiseline. Procesor 175 takođe prima signal od senzora za temperaturu TS3 koji meri temperaturu kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu. Od materijalne ravnoteže koji je računarski obrađen za sekundarnu zonu, procesor 175 određuje koncentraciju sekundarne kiseline koja ulazi u apsorpcionu zonu 115 sekundarne kiseline dovoljnu da se dobije dotok neto vode koji obezbeđuje da se SO3u gasu koji izlazi iz apsorpcione zone ugasi do nivoa dovoljnog dase izbegne prekorno formiranje izmaglice kako se gas hladi. Ovaj procesor pretvara željenu koncentraciju u provodljivost na temperaturi kiseline kako je izmereno TS3 i prenosi signal do zapisnika kontrolera CRC2 provodljivosti koji podešava ventil 181 kako bi se kontrolisala brzina isporuka vode za razblaženje u struju cirkulisanja sekundarne kiseline pri brzini koja utvrđuje željenu kompoziciju gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone. Ovaj procesor utvrđuje brzinu dodavanja vode koja obezbeđuje da suzbijanje SO3u gasu koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone bez stvaranja viška koji materijalno razblažuje jačinu kiseline u primarnoj apsorpcionoj zoni dok sekundarna kiselina teče u primarnu zonu.

[0130] Dalje je utvrđeno da principi kontrolne šeme sa Fig.24 mogu da se primene u dizajnu postupka i protokolu pokretanja koji ne zavisi nužno od instrumentacije, procesora i povratnih kontrolnih petlji koje su primenjene na Fig.24. Materijalna ravnoteža, toplotna ravnoteža, i ravnotežni odnosi koji upravljaju radom prikazanim u vezi sa Fig.24 su podvrgnuti a priori određivanju u dizajnu, pokretanju i radu ovog postupka. Kod izbalansiranog stabilno napravljenog rada, brzina isporuka sekundarne kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu može biti utvrđena na fiksnom nivou za bilo koju izabranu brzinu rada kojom upravlja brzina isporuke elementarnog sumpora ili drugog izvora sumpora u gorionik sumpora i kontrola jačine kiseline kako je izmerena provodljivošću kiseline koja ulazi u i koja izlazi iz primarne apsorpcione zone. Iz materijalne ravnoteže i poznatih ravnotežnih odnosa, pri bilo kojoj definisanoj brzini, protok brzine kiseline isporučene u sekundarnu apsorpcionu zonu može biti utvrđen pri fiksnoj vrednosti kako bi se kontrolisao Δt na terminusima sekundarne apsorpcione zone ispod cilja dizajna kao što je ne više od oko 35°C ili ne više od oko 30°C, itd., a brzina dodavanja vode za razblaženje može biti utvrđena na fiksnoj vrednosti da bi se kontrolisala jačina ove struje kiseline.

[0131] Tamo gde primarna i sekundarna apsorpciona zona rade u ovde opisanim poželjnim uslovima, opterećenje stvarnom izmaglicom u gasu koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone obično nije veće od oko 20 g/Nm<3>. Sadržaj izmaglice može biti dodatno smanjen u konvencionalnim eliminatorima izmaglice do najmanje 5.0 mg/Nm<3>. Štaviše, zbog relativno malog opterećenja izmaglice u gasu koji izlazi iz apsorbera, opterećenje izmaglicom može biti smanjeno sa oko 20 g/Nm<3>do manje od oko 0.1 g/Nm<3>ili manje od oko 0.05 g/Nm<3>u gasu koji izlazi iz sistema eliminatora izmaglice pri čemu se održava relativno velika brzina kroz eliminatore izmaglice, npr., najmanje oko 300 Nm<3>ili najmanje oko 340 Nm<3>ili između oko 340 i oko 500 Nm<3>po satu po kvadratnom metru površine elementa eliminatora izmaglice poprečno u odnosu na pravac protoka struje gasa.

[0132] Ilustracija efikasnosti sekundarne apsorpcione zone koja pravilno radi može da se vidi u podacima o opterećenju izmaglicom i parom koji su dati u tabeli u nastavku za gas koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije, sekundarne apsorpcione zone i eliminatora izmaglice, tim redom, iz industrijskog pogona kontaktne sumporne kiseline.

Podaci o izmaglici – Sistem za rekuperaciju toplote

[0133] Može se primetiti da je poželjno relativno nizak L/G u sekundarnoj apsorpcionoj zoni mnogo niži od poželjnog L/G u primarnoj zoni. Stoga, poželjno je da se obezbedi veća površina za maseni prenos po jedinici zapremine unutar sekundarne zone. Primera radi, u slučaju sedišta, primarna tona poželjno može biti spakovana sa sedištima nominalne dimenzije 7.6 cm (3 inča) dok sekundarna zona poželjno može biti spakovana sa sedištima nominalne dimenzije 5 cm (2 inča).

[0134] Tokom rada u poželjnim ovde opisanim uslovima, ovaj postupak može da se kontroliše tako da se stvori ne više od oko 20 g, poželjno ne više od oko 15, 10 ili 5.0 g, izmaglice po standardnom metru kubnom osiromašenog gasa koji izlazi iz apsorpcionog sistema, čak i kada se preko 80%, poželjno preko 90%, i najpoželjnije 95-100% vode za razblaženje uvodi u SO3konverzioni gas uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote, i korisna energija se obnavlja iz sistema za apsorpciju pri brzini od preko 1160 KJ/Kg SO3, 1220 KJ/Kg SO3, 1270 KJ/Kg SO3ili čak 1330 KJ/Kg SO3(500 Btu/lb SO3, 525 Btu/lb SO3, 550 Btu/lb SO3, ili čak 575 Btu/lb SO3) koja ulazi u apsorber. Posmatrano iz druge perspektive, ovaj postupak može da radi u takvim uslovima sa relativno skromnim kapacitetom eliminatora izmaglice, npr., obezbeđivanjem elemenata za eliminaciju izmaglice sa ukupnom unakrsno presečenom površinom koja je normalna na protok tako da linearna brzina kroz elemente izmaglice je najmanje 200 m/h, poželjno najmanje 300 m/h, poželjnije najmanje oko 400 m/h. Na primer, eliminatori izmaglice mogu imati veličinu takvu da brzina linearnog gasa kroz elemente iznosi između oko 250 i oko 650 m/h, poželjno između oko 400 i oko 500 m/h.

[0135] Dalje prema pronalasku, energija koja je obnovljena u apsorpcionoj kiseline za rekuperaciju toplote može da se koristi delimično u svrhu koja prevazilazi one na koje se primenjuje u stanju tehnike. Fig.3 ilustruje alternativni način ostvarivanja pronalaska koji funkcioniše suštinski na isti način kao ovaj postupak sa Fig.2, ali u kojem je kiselina koja izlazi iz glavnog neposrednog izmenjivača 105 toplote podeljena između struje koja obuhvata neto proizvodnju kiseline koja se uklanjanja iz sistema, struju kiseline koja recirkuliše koja se vraća u primarnu apsorpcionu zonu 103 i pomoćnu kiselinu (takođe ovde označenu kao "sekundarna tečnost za rekuperaciju toplote") koja obuhvata sekundarnu apsorpcionu struju kiseline koja prolazi kroz pomoćni izmenjivač 131 toplote. Toplota se prenosi iz pomoćne struje kiseline u struju vode u izmenjivaču 131 pri čemu se opciono stvara para niskog pritiska za ubrizgavanje u SO3konverzionu struju gasa u zoni 127 za ubrizgavanje vodene pare uzvodno primarne apsorpcione zone 103. Ohlađena pomoćna kiselina koja izlazi iz izmenjivača 131 može biti podeljena tako da se obezbedi frakcija proizvoda kiseline i frakcija sekundarne apsorpcione kiseline koja cirkuliše do ulaza 117 za kiselinu sekundarne apsorpcione zone 115.

[0136] Izmenjivači 105 i 131 toplote apsorpcione kiseline mogu da rade ili u serijama kao što je prikazano na Fig.3, ili u paralelnom odnosu sa cirkulišućom apsorpcionom tečnošću. Rad u seriji može biti poželjan pošto temperatura i energije sadržaja cirkulišuće kiseline su prilično adekvatni za stvaranja pare za ubrizgavanje vodene pare u zonu 127 ubrizgavanja čak i posle obnavljanja maksimalne dostupne toplote za stvaranje pare pri željenom pritisku u glavnom izmenjivaču 105 toplote. Međutim, pošto je temperatura kiseline koja ulazi u pomoćni izmenjivač viša u paralelnom radu, potrebna površina energije pomoćnog izmenjivača toplote je manja, kao i frakcija kiseline koja mora da prođe kroz pomoćni izmenjivač.

[0137] Poželjna kontrolna strategija za ovaj postupak sa Fig.3 je slična onoj sa Fig.2 osim što koncentracija kiseline koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote može da se kontroliše regulisanjem protoka pare u injektor za paru i volumetrijske brzine na kojoj se proizvod kiseline uklanja iz sistema za apsorpciju.

[0138] Fig.9 ilustruje postupak koji je sličan onom sa Fig.3 osim što postoje dva pomoćna izmenjivača toplote u nizu u sekundarnoj petlji cirkulisanja tečnosti za rekuperaciju toplote i struji sumporne kiseline koja obuhvata neto proizvodnju sumporne kiseline u apsorpcionom sistemu je podeljena od struje sekundarne kiseline nizvodno od izmenjivača 133 pre nego od primarne cirkulatorne petlje apsorpcione kiseline kao što je ilustrovano na Fig.2 i 3. Prvi pomoćni izmenjivač toplote 131 stvara paru za ubrizgavanje u SO3konverzionu struju gasa u zoni 127 za ubrizgavanje vodene pare. Posle stvaranja do 100% zahteva vode za razblaženje u obliku pare u izmenjivaču 131, struja kiseline ostaje na temperaturi iznad temperature poželjnog ulaza za kiselinu za sekundarnu apsorpcionu zonu. Samim tim, dodatna energija se obnavlja u korisnom obliku u drugom pomoćnom izmenjivaču 133 toplote koji je nizvodno od izmenjivača 131 u odnosu na protok sekundarne apsorpcione kiseline.

[0139] Na dijagramu toka sa Fig.9, apsorpciona kiselina koja izlazi iz izmenjivača 105 toplote je podeljena da bi se obezbedila struja koja ponovo cirkuliše u primarnu apsorpcionu zonu i pomoćna (tečnost sekundarne rekuperacija toplote) struja od sekundarne apsorpcione kiseline i struja neto proizvodnje se dobijaju na kraju. Dijagram toka sa Fig.9 takođe obuhvata zonu 135 razblaženja u struji pomoćne kiseline uzvodno od izmenjivača 131 toplote. Sa ili bez razblaženja, struja pomoćne kiseline prvo prolazi kroz prvi pomoćni izmenjivač 131 toplote u kojem se stvara atmosferska para radi ubrizgavanja u struju konverzionog gasa SO3u zoni za ubrizgavanje vodene pare. Struja pomoćne kiseline koja napušta izmenjivač 131 toplote zatim prolazi kroz izmenjivač 133 toplote gde se toplota dalje prenosi u kotao za ulaznu vodu za kotao 105 sistema za rekuperaciju toplote. Pomoćna kiselina koja izlazi iz izmenjivača 133 se deli da bi se obezbedila struja koja čini neto proizvodnju sumporne kiseline u apsorpcionom sistemu za rekuperaciju toplote i struja koja služi kao sekundarna apsorpciona kiselina. Ova druga se isporučuje preko ulaza 117 za kiselinu na tornju u gornjem delu sekundarne apsorpcione zone 115.

[0140] Razblaženjem struje pomoćne kiseline u razblaživaču 135, i sekundarna apsorpciona kiselina i kiselina neto proizvodnje može da se kontroliše nezavisno od koncentracije primarne apsorpcione kiseline i pri nižoj koncentraciji. Po želji, može da se izbegne neopravdano razblaženje primarne apsorpcione kiseline a višak vode se ukloni iz sistema za apsorpciju skretanjem sekundarne kiseline koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone u sud za sakupljanje kiseline, su za uvođenje kiseline tornja za sušenje ili drugo mesto umesto da se omogući njegov protok u primarnu apsorpcionu zonu. Trebalo bi da se razume da je ova druga opcija po želji takođe dostupna na šemama ovog postupka ilustrovanim na Fig.1 i 2.

[0141] Fig.10 ilustruje postupak podešen za proizvodnju sumporne kiseline od SO2koji se stvara u metalurškom postrojenju, npr., rude bakra u peći za prženje. Ovaj postupak sa Fig.10 je po većini svojstava sličan ovom postupku sa Fig.9, ali je razlika u odnosu na rasporede za razblaženje struje pomoćne kiseline. Zona 137 za razblaženje za pomoćnu kiselinu se obezbeđuje nizvodno od drugog pomoćnog izmenjivača 133 toplote pre nego uzvodno od izmenjivača 131 toplote u odnosu na pravac protoka sekundarne apsorpcione kiseline. Dodatna zona 107 za razblaženje je obezbeđena u struji recirkulisane primarne kiseline nakon razdvajanja od struje sekundarne kiseline pre nego što uđe u toranj 101 putem ulaza 113 za vraćanje kiseline. I na Fig.9 i Fig.10, unakrsni protok razblaženije kiseline može da se koristi kao izvor vode za razblaženje kiseline u petlji(ama) za cirkulaciju kiseline.

[0142] Fig.11 ilustruje dodatnu modifikaciju ovog postupka sa Fig.9 u kojoj energija apsorpcije SO3se koristi da bi se stvorila para za uklanjanje ulazne vode iz kotla u deaerator. Ispusna struja iz deaeratora sadrži vodenu paru pri niskom pritisku koja može da se koristi kao izvor vodene pare za ubrizgavanje u struju gasa koja nosi SO3uzvodno od apsorpcione zone. Materije koje ne mogu da se kondenzuju u ispusnoj struji deaeratora materijalno ne razblažuju struju koja nosi SO3u koju se uvode, i ne mešaju se sa efikasnošću apsorpcije SO3ili kondenzacije H2SO4u apsorpcionoj zoni. Materije koje ne mogu da se kondenzuju se konvencionalno odlažu u otpadni gas iz postupka kontaktne kiseline.

[0143] Kao što je prikazano na Fig.11, apsorpciona tečnost koja izlazi iz apsorpcione zone 103 za rekuperaciju toplote prolazi kroz glavni izmenjivač 105 toplote u kojem se toplota prenosi od apsorpcione tečnosti do ulazne vode iz kotla za stvaranje pare srednjeg pritiska. Para može da se stvara pod ovde opisanim pritiscima. Apsorpciona tečnost koja izlazi iz izmenjivača 105 toplote se deli da bi se obezbedila struja glavne apsorpcione tečnosti koja recirkuliše u apsorpcionu zonu 103 za rekuperaciju toplote 103 i struja pomoćne (sekundarna rekuperacija toplote) kiseline koja obuhvata sekundarnu apsorpcionu tečnost i neto proizvod sumporne kiseline. Prema poželjnoj praksi kao što je ilustrovano, struja pomoćne kiseline se na kraju deli da bi se obezbedio neto proizvod kiseline koji se šalje u sud za proizvod kiseline a preostala tečnost tj., sekundarna apsorpciona tečnost, koja se uvodi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 za rekuperaciju preostalog SO3iz struje gasa koja izlazi iz primarne apsorpciona zona 103.

[0144] Na putu protoka između tačke deljenja i sekundarne apsorpcione zone, struja pomoćne kiseline prolazi kroz pomoćni izmenjivač 163 toplote deaeratora u kojem se toplota prenosi iz pomoćne tečnosti u struju vode koja cirkuliše između izmenjivača 163 toplote i deaeratora 165. Struja vode poželjno ulazi u izmenjivač 163 toplote pomoćnog deaeratora suštinski na svojoj tački ključanja pod pritiskom koji preovlađuje u deaeratoru, obično blizu atmosferskog. Prenos toplote u izmenjivaču toplote pomoćnog deaeratora pretvara značajnu frakciju vodene struje u paru, a mešavine vode u tečnom stanju i pare koja izlazi iz izmenjivača toplote se uvodi u deaerator u kojem stupa u kontakt sa ulaznom vodom iz nedeaeracionog kotla i služi da ukloni materije koje ne mogu da se kondenzuju iz ulazne vode. Odvodi deaeracionog kondenzata iz donjeg dela ili blizu dna deaeratora i materije koje ne mogu da se kondenzuju se provetravaju iz gornjeg dela deaeratora u ispusnoj struji deaeratora koja obično sadrži najmanje oko 99.5%, uobičajenije najmanje oko 99.8%, najuobičajenije između oko 99.8% i oko 99.999 mas.% vodene pare.

[0145] Ispusna struja iz deaeratora je obično pod pritiskom manjim od oko 34.5 KPaskala (5 psi), uobičajenije manje od oko 13.8 KPaskala (2 psi), najuobičajenije ne više od oko 18 u vodi. Ova struja je poželjno ukorenjena u ulazu 121 za ubrizgavanje u uvodnom vodu 129 uzvodno od ulaza 123 apsorbera za gas. ao što je u nastavku dalje objašnjeno, brzina protoka vodene pare u ispusnoj struji deaeratora može biti dovoljna da se obezbedi velik frakcija reaktivne vode neophodne za pretvaranje SO3u struji gasa u sumpornu kiselinu. Materije koje ne mogu da se kondenzuju provetravaju bezopasno se odvode u otpadni gas iz postrojenja za sumpornu kiselinu.

[0146] U postupku kao što je prikazano na Fig.11, struja pomoćne kiseline (sekundarna tečnost za rekuperaciju toplote) najpre prolazi kroz predgrejač ulazne vode kotla 167 koji je uzvodno od izmjenjivača toplote pomoćnog deaeratora 163 u odnosu na smer protoka sekundarne kiseline.

Predgrejač ulazne vode za kotao 167 sadrži indirektni izmjenjivač toplote u kojem se toplota prenosi iz pomoćnog toka u ulaznu vodu kotla, po mogućstvu zagrevajući ulaznu vodu kotla pod pritiskom na temperaturu koja je približna ravnotežnoj temperaturi pri pritisku pri kojem se stvara para u kotlu. U dalje poželjnim načinima ostvarivanja trenutnog postupka, kao što je takođe ilustrovano na Fig.11, ulazna voda kotla zagrejana u izmjenjivaču 167 isporučuje se kao ulazna voda pod pritiskom u glavni izmjenjivač toplote 105 u kojem se para srednjeg pritiska stvara prenosom SO3apsorpcione toplote iz apsorpcione tečnosti koja napušta apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

[0147] Predgrejač 167 ulazne vode koja izlazi I z pomoćnog deaeratora je usmeren na pomoćni izmenjivač 163 toplote koji izlazi iz deaeratora.

[0148] Nakon izlaska iz izmenjivača 163 toplote pomoćnog deaeratora, pomoćna kiselina se deli da bi se obezbedio neto proizvod struje kiseline i sekundarna apsorpciona struja tečnosti koja može da se isporuči u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 gde dolazi u kontakt sa gasom koji izlazi iz primarne apsorpcione zone 103 i služi i za hlađenje struje gasa i za apsorbovanje preostalog SO3pre nego što gas izađe iz apsorpcionog sistema i ili se vraća u dalju fazu konvertera ili se ispušta kao otpadni gas iz postrojenja kontaktne kiseline. U daljim poželjnim načinima ostvarivanja kao što je ilustrovano na Fig. 11, dodatna apsorpciona toplota od SO3se obnavlja prolazom pomoćne kiseline koja izlazi iz pomoćnog izmenjivača toplote 163 deaeratora kroz opet indirektni izmenjivač toplote pre nego što se kiselina podeli na struju neto proizvoda i struju sekundarne apsorpcione kiseline koja se vraća u apsorber. U načinu ostvarivanja sa Fig.11, tretirana ali nedeaeraciona ulazna voda iz kotla se prethodno zagreva u izmenjivaču 169 prenosom toplote od pomoćne kiseline koja izlazi iz izmenjivača 163 toplote. Voda koja izlazi iz predgrejača 169 ulazne vode nedeaeracionog kotla zatim otiče u deaerator 165.

[0149] U naročito poželjnim načinima ostvarivanja novog postupka, kao što je ilustrovano na Fig.11, ulazna voda iz kotla koja se uvodi u predgrejač 167 ulazne vode iz kotla je deaeraciona voda koja izlazi iz deaeratora 165. Samim tim, na celokupnoj šemi sa Fig.11, nedeaeraciona voda se prethodno zagreva u predgrejaču 169 ulazne vode, prethodno zagrejana voda je izvetrila u deaeratoru 165 pri čemu se materije koje ne mogu da se kondenzuju uklanjaju pomoću pare koja se stvara u izmenjivaču 163 toplote pomoćnog deaeratora, i deaeraciona voda se zagreva pod pritiskom u predgrejaču 167 deaeracionog kotla za vodu do ili blizu ravnotežne temperature pare/tečnosti pri pritisku koji preovlađuje na strani izmenjivača 105 za rekuperaciju apsorpcione toplote. U svakoj od ovih faza, izvor toplote je struja pomoćne kiseline koja efektivno dotiče kontra-strujno u protok vode kroz deaeracioni predgrejač 167 ulazne vode iz kotla, izmenjivač 163 toplote pomoćnog deaeratora, i predgrejač 169 nedeaeracione ulazne vode iz kotla. Voda pod pritiskom koja izlazi iz deaeracionog predgrejača 167 ulazne vode iz kotla isporučuje izmenjivaču 105 za pretvaranje u paru srednjeg pritiska prenosom toplote od apsorpcione tečnosti koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote.

[0150] Dostupna energija iz pomoćne apsorpcione tečnosti za prethodno zagrevanje nedeaeracione ulazne vode iz kotla i stvaranje pare za deaeraciju je dovoljno da se ispusna struja iz deaeratora može da obezbedi suštinsku frakciju vodene pare potrebne za reakciju sa SO3koji se nalazi u gasu konvertera. Pod uslovom da izmenjivač 163 toplote pomoćnog deaeratora ima dovoljan kapacitet prenosa toplote, a suštinska frakcija struje vode cirkuliše između deaeratora 165 i izmenjivača 163 toplote može da se konvertuje u paru, što dovodi do protoka vodene pare u ispusnom gasu deaeratora. Na primer, brzina protoka i temperatura nedeaeracione ulazne vode iz kotla koji ulazi u deaerator, a brzina prenosa toplote iz pomoćne apsorpcione tečnosti u struje vode u izmenjivač toplote deaeratora, može da se kontroliše u kombinaciji koja stvara najmanje 0.40 molova, poželjno najmanje oko 0.55 molova poželjno najmanje oko 0.60 molova, poželjnije najmanje oko 0.70 molova, najpoželjnije najmanje oko 0.80 molova, vodena para u ispusnoj struji deaeratora po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja gasa sumporoksida struje gasa koji nosi sumporoksid.

[0151] Dostupna energija iz pomoćne kiseline je takođe dovoljna da ulazna voda iz kotla može biti prethodno zagrejana do temperature deaeracije temperature i izvetrena u zapreminama koje premašuju vodene potrebe glavnog kotla 105 za rekuperaciju apsorpcione toplote. Samim tim, deaeraciona ulazna voda iz kotla može da se izvede iz sistema ilustrovanog na Fig.11 i da se isporuči bilo gde u proizvodnom postrojenju, npr., kotlu za otpadnu toplotu za rekuperaciju energije od sagorevanja gasa koje se stvara prilikom spaljivanja proizvoda sumpora da bi se stvorio SO2.

[0152] Štaviše, ova šema postupka sa Fig.11 može da se koristi ili da se vodena para koja se stvara radi ubrizgavanja gasa koji nosi SO3dovede do maksimuma uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote, i da se svede na minimum brzina na kojoj para mora da se uveze iz drugih izvora radi ove svrhe, ili da bi se maksimalno povećao protok ulazne vode iz kotla deaeracione vode koja se izvozi iz sistema za rekuperaciju apsorpcione toplote. Tamo gde se velika frakcija hlađenja opterećenja pomoćne kiseline nalazi pored izmenjivača toplote deaeratora, maksimalne frakcije vodene pare mogu da se stvaraju kao reaktivna voda za ubrizgavanje u gas konvertera uzvodno od apsorbera. Tamo gde je brzina protoka vode visoka u odnosu na prenos brzine toplote u pomoćnom izmenjivaču toplote deaeratora, maksimalne količine deaeracione ulazne vode iz kotla mogu da se stvaraju za upotrebu u kotlu 105 i/ili za izvoženje iz aposrpcionog sistema i da se koriste bilo gde u proizvodnom pogonu. Prema ovoj drugoj alternativi, kombinacija brzine protoka i temperatura nedeaeracione vode koja ulazi u deaerator i brzine prenosa toplote iz struje pomoćne kiseline u struju vode u pomoćnom izmenjivaču toplote deaeratora može da se kontroliše tako što je odnos masenog protoka deaeracione ulazne vode iz kotla koja izlazi iz deaeratora i ekvivalentnog sumportrioksida koja ulazi u apsorpcionu zonu najmanje oko 1.0, poželjno najmanje oko 1.5, poželjnije najmanje oko 2.0, obično između oko 2.0 i oko 3.0, čime se omogućava suštinski izvoz deaeracione ulazne vode iz kotla u kotao otpadne topote od sagorevanja gasa SO2ili kotao električne energije. Prema potrebama konkretne jedinice na kojoj se ovaj postupak izvodi, uključujući deo za sumpornu kiselinu i sveukupne balanse vode i energije proizvodnog postrojenja, proporcija apsorpcione toplote obnovljene iz struje pomoćne kiseline u obliku pare za ubrizgavanje može pogodno da se izbalansira sa proporcijom apsorpcione toplote koja se troši u deaeraciji ulazne vode iz kotla za izvoz iz apsorpcionog sistema za rekuperaciju toplote.

[0153] Čak pri maksimalnoj rekuperaciji energije od sekundarne apsorpcione tečnosti u obliku vodene pare u ispusnoj struji deaeratora, dodatna para niskog pritiska se poželjno uvodi u deaerator kako bi se obezbedilo adekvatno uklanjanje materija koje ne mogu da se kondenzuju iz ulazne vode iz kotla. Ako je brzina stvaranja pare u pomoćnom izmenjivaču toplote deaeratora izmenjivača toplote nedovoljna da se obezbedi dati ciljani protok vodene pare u ispusnom gasu deaeratora za ubrizgavanje u struju sumportrioksida koja nosi gas koji ulazi u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote, dodatna para dovedena u deaerator može da nadoknadi nedostatak, čime se obezbeđuje najmanje 0.40, 0.55, 0.60, 0.70, ili 0.80 molova vodene pare u ispustu deaeratora, a u zoni mešanja ubrizgavanja, po ukupnom ekvivalentnom sadržaju gasa sumportrioksida od gasa konvertera koji ulazi u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

[0154] Dodatna para se obično uvodi pod pritiskom od najmanje oko 13.8 KPaskala (2 psi), poželjno najmanje oko 34.5 KPaskala (5 psi), obično oko 55 do oko 83 KPaskala (8 do oko 12 psi). Dodatna para dalje doprinosi brzini na kojoj vodena para može da se dovede do ispusne struje deaeratora za ubrizgavanje u struju koja nosi SO3uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote.

[0155] Dodatna para može da se uvede u deaerator pri fiksnoj brzini ili, opciono, brzina dovoda dodatne pare može da se kontroliše kako bi se kontrolisala brzina na kojoj je reakciona voda isporučena ubrizgavanjem ispusta deaeratora u struju koja nosi gas SO3uzvodno od apsorbera. Na primer, brzina uvođenja pare pod niskim pritiskom u deaerator može da se kontroliše kako je opisano u US Patent No.

5,538,707, čije je otkrivanje ovde inkorporisano u smislu reference. Određenije poželjni načini ostvarivanja postupka pronalaska, prvo dovođenje dodatne pare se uvodi u deaerator pri fiksnoj brzini dok se drugo dovođenje dodatne pare uvodi u ispusnu struju pri brzini kontrolisanoj radi kontrole odnosa ekvivalentne vodene pare i ekvivalentnog sumportrioksida u struji gasa koji ulazi u apsorpcionu zonu. Drugo dodatno dovođenje se poželjno uvodi u ispusnu struju ili unutar deaeratora ili između deaeratora i ulaza 121 za ubrizgavanje za zonu 127 ubrizgavanja u uvodnom vodu 129 SO3gasa.

[0156] Fig.23 ilustruje alternativu za ovaj postupak sa Fig.11 u kojoj apsorpciona SO3energija se koristi da bi se stvorila para za upotrebu u obliku izvora vodene pare za ubrizgavanje u struju koja nosi SO3gas uzvodno od apsorpcione zone. Kao što je prikazano na Fig.23, apsorpciona tečnost koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote 103 prolazi kroz glavni izmenjivač toplote ili kotao 105 pri čemu se toplota prenosi od apsorpcione tečnosti do ulazne vode iz kotla za stvaranje pare srednjeg pritiska. Para može da se stvara pri ovde opisanim pritiscima. Apsorpciona tečnost koja izlazi iz izmenjivača 105 toplote se deli da bi se obezbedila glavna struja apsorpcione tečnosti koja recirkuliše u apsorpcionu zonu 103 za rekuperaciju toplote i struju pomoćne (rekuperacija sekundarne toplote) kiseline koja obuhvata sekundarnu apsorpcionu tečnost i neto proizvod sumporne kiseline. U skladu sa praksom kao što je ilustrovano, struja pomoćne kiseline se na kraju deli kako bi se obezbedio neto proizvod kiseline koji se šalje u sud sa proizvodom kiseline i preostala tečnost tj., sekundarna apsorpciona tečnost, koja se uvodi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 za rekuperaciju preostalog SO3iz struje gasa koja izlazi iz primarne apsorpciona zona 103.

[0157] Struja pomoćne kiseline (sekundarna tečnost za rekuperaciju toplote) prvo prolazi kroz predgrejač 167 ulazne vode iz kotla. Predgrejač 167 ulazne vode iz kotla obuhvata indirektni izmenjivač toplote u kojem se toplota prenosi iz pomoćne struje u ulaznu vodu iz kotla, poželjno zagrevajući ulaznu vodu iz kotla pod pritiskom do temperature koja je približna ravnotežnoj temperaturi pri pritisku na kojem se para stvara u kotlu. Ulazna voda iz kotla zagrevana u izmenjivaču 167 se isporučuje u obliku ulazne vode pod pritiskom u glavni izmenjivač 105 toplote u kojem se para srednjeg pritiska stvara prenosom SO3apsorpcione toplote od apsorpcione tečnosti koja napušta apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

[0158] U postupku kao što je ilustrovano na Fig.23, pomoćna kiselina koja izlazi iz predgrejača 167 ulazne vode iz kotla je usmerena predgrejač 180 rezervoara za paru od naglog sniženja pritiska u kojem se toplota prenosi iz pomoćne kiseline do struje vode iz rezervoara 182 za paru od naglog sniženja pritiska. Prenos toplote u predgrejaču rezervoara za paru od naglog sniženja pritiska zagreva struju vode pod pritiskom a drugi se vraća u rezervoar za paru od naglog sniženja pritiska gde se pritisak smanjuje kako bi se uzrokovao značajan deo zagrejane struje vode kako bi se pretvorila u paru i kako bi se obrazovala para niskog pritiska. Ova para niskog pritiska je poželjno ukorenjena na ulazu 121 za ubrizgavanje u uvodnom vodu 129 gasa uzvodno od ulaza 123 apsorbera gasa. Brzina protoka vodene pare iz rezervoara 182 za paru od naglog sniženja pritiska može biti dovoljna za obezbeđivanje velike frakcije reaktivne vode neophodne za pretvaranje SO3u struji gasa u sumpornu kiselinu.

[0159] U načinu ostvarivanja sa Fig.23, ulazna voda iz kotla (npr., kondenzat turbogeneratora) se prvo prethodno zagreva u predgrejaču 169 prenosom toplote iz pomoćne kiseline koja izlazi iz predgrejača 180 rezervoara za paru od naglog sniženja pritiska. Zagrejani kondenzat se zatim opciono uvodi u deaerator 165 i blješti. Bilo koja dopunska voda takođe može da se uvodi u deaerator 165 radi degasiranja. Deaeracioni kondenzat odvodi iz donjeg dela ili blizu dna deaeratora, a materije koje ne mogu da se kondenzuju se provetravaju sa vrha deaeratora u ispusnoj struji deaeratora. Iako nije prikazano na Fig.23, ispusna struja deaeratora može da se kombinuje sa parom niskog pritiska koja se usmerava iz rezervoara 182 za paru od naglog sniženja pritiska ka ulazu 121 za ubrizgavanje u uvodnom vodu 129 gasa uzvodno od ulaza 123 apsorbera gasa. Deaeracioni kondenzat koja izlazi iz deaeratora 165 zatim teče u predgrejač 167 ulazne vode iz kotla. Kao što je ilustrovano na Fig.23, deo deaeracionog kondenzata iz deaeratora 165 može opicono da prođe u rezervoar 182 za paru od naglog sniženja pritiska.

[0160] Nakon izlaska iz predgrejača 169, pomoćna kiselina se deli da bi se obezbedio neto proizvod struje kiseline i struja sekundarne apsorpcione tečnosti koja može da se isporuči u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 gde stupa u kontakt sa gasom koji izlazi iz primarne apsorpcione zone 103 i služi i hlađenju struje gasa i da se apsorbuje preostali SO3pre nego što gas izlazi iz apsorpcionog sistema i ili se vraća u dalju fazu konvertera ili se ispušta kao otpadni gas iz postrojenja kontaktne kiseline.

[0161] Stoga, na celokupnoj šemi sa Fig.23, kondenzat turbogeneratora se prethodno zagreva u predgrejaču 169 ulazne vode i opciono izvetri, pri čemu se prethodno zagrejana deaeraciona voda zagreva pod pritiskom u predgrejaču 167 vode iz kotla do ili blizu ravnotežne temperature pare/tečnosti pod pritiskom koji preovladava na pomoćnoj strani apsorpcionog izmenjivača 105 za rekuperaciju toplote i vode u tečnom stanju iz rezervoara 182 za paru od naglog sniženja pritiska, se zagreva pod pritiskom u predgrejaču 180 rezervoara za paru od naglog sniženja pritiska. U svakoj od ovih faza, izvor toplote je struja pomoćne kiseline. Voda pod pritiskom koja izlazi iz predgrejača 167 ulazne vode iz kotla isporučuje se izmenjivaču 105 za pretvaranje u paru srednjeg pritiska prenosom toplote od apsorpcione tečnosti koja izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote.

[0162] Dostupna energija iz pomoćne apsorpcione tečnosti za prethodno zagrevanje ulazne vode iz kotla i stvaranje pare je dovoljna da rezervoar za paru od naglog sniženja pritiska može da obezbedi suštinsku frakciju vodene pare potrebne za reakciju sa SO3sadržanom u gasu konvertera. Po potrebi, dodatna para niskog pritiska može da se uvede kako b ise obezbedio dati ciljani protok vodene pare za ubrizgavanje u struju sumportrioksida koja nosi gas koji ulazi u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

[0163] Fig.6 ilustruje a sistem za ubrizgavanje pare u struju SO3konverzionog gasa uzvodno od sistema za apsorpciju. Na crtežu su šematski ilustrovani toranj 101 za rekuperaciju toplote, primarna apsorpciona zona 103 I uvodni vod 129 SO3konverzionog gasa. Atmosferska para se obezbeđuje u zoni 123 za ubrizgavanje vodene pare 127 iz izvora 139 (npr., prvi pomoćni izmenjivač 131 toplote sa Fig.10) putem politetrafluoroetilenske kapsulirane mlaznice 141 za ubrizgavanje koaksijalno poravnate unutar mlaznice 143 voda i na prirubnici 145 koja je pričvršćena za prirubnicu 147 na mlaznici voda. Mlaznica voda je nalazi na pregibu 149 u vodu 129. Mešanje pare i konverzionog gasa promovišu pregrade 151 na unutrašnjem zidu voda 129 nizvodno od mlaznice za ubrizgavanje u odnosu na pravac protoka gasa. Poželjno, mešanje je dovoljno da bi se sprečili gradijenti lokalne koncentracije i temperature koji mogu da stvore hladna mesta gde sumporna kiselina može da se kondenzuje. Pregrade 151 ili statički jezičci za mešanje i vod 129 su pogodno konstruisani, na primer, kao što je opisano u U.S. Patent No.4,929,088 I mogu biti obezbeđeni sa prevlakom otpornom na koroziju. Podupirač 153 nosi vod 129 ali je termalno izolvoan kako bi se izbeglo stvaranje hladnih mesta na kojima sumporna kiselina može da se kondenzuje. Podupirač se nalazi nizvodno od drugog pregiba 155, na čijoj je peti udubljenje 157 za sakupljanje bilo kakvog akumulativnog kondenzata kiseline. Cigla od kiseline ili pločice 159 oblaže dno udubljenja koje nagnuto kako bi se obezbedila nisko mesto u komunikaciji sa odvodnim ventilom 161 kroz koji bilo koji kondenzat kiseline može periodično da se ukloni kroz sifon ili zaptivak koji može biti povezan sa ventilom.

[0164] Dalje prema ovom pronalasku, postupak za rekuperaciju apsorpcione toplote od SO3se odvija u postojećem pogonu kontaktne sumporne kiseline koji obuhvata međuprolazni apsorber, i koji je nadograđen da bi se obezbedila apsorpciona zona rekuperacije toplote. Apsorpciona zona rekuperacije toplote se obezbeđuje instalacijom novog apsorbera koji je proporcionalna i konstruisan tako da radi na visokoj temperaturi kako bi se stvorila apsoprciona kiselian visoke temperature iz koje se toplota prenosi u novi izmenjivač toplote prenosom toplote u drugi fluid, čime se zagreva drugi fluid do temperature veće od oko 150°C. Tamo gde je poželjno da se obezbedi sekundarna apsorpciona zona kao što je ilustrovano, npr., na Fig.2, 3 ili 9-11, postojeći međuprolazni apsorber može da se podesi tako da obuhvata sekundarnu apsorpcionu zonu.

[0165] Međutim, otkriveno je da međuprolazni toranj poželjno ne radi pri odnosu masenog protoka apsorpcione tečnosti i gasa za koji su obično originalno napravljeni. Tamo gde je međuprolazni toranj napravljen za rekuperaciju SO3iz struje gasa koja sadrži obično 7 do 12 vol.% SO3, obično je proporcionalan i konstruisan tako da radi pri masenom protoku tečnosti i gasa između oko 6 i oko 10. Međutim, prema ovom pronalasku, otkriveno je da rad sekundarne apsorpcione zone unutar takvog L/G opsega, i ovde opisane temperature, dovode do prekomernog, u nekim slučajevima, masivnog, stvaranja izmaglice. Iznenađujuće, međutim, dalje je otkriveno da problem stvaranja izmaglice u sekundarnoj apsorpcionoj zoni koji funkcioniše unutar postojećeg međuprolaznog tornja može u velikoj meri da se reši funkcionisanjem pri L/G koji je ili upečatljivo niži od, ili upečatljivo viši od, L/G za koji je međuprolazni toranj originalno napravljen, proporcioniran i konstruisan. Bez posvećivanja određenoj teoriji, veruje se da rad na relativno niskom L/G u opsegu između oko 1.0 i oko 7.0 omogućava struji gasa da prolazi kroz sekundarnu apsorpcionu zonu na relativno visokoj temperaturi, čime se izbegava udarno hlađenje i ogromno stvaranje izmaglice koje se javlja na L/G za koji je toranj originalno napravljen. Sa druge strane, rad pri relativno velikom L/G u opsegu između oko 14 i oko 18, pri čemu se nužno ne izbegava efekat udarnog hlađenja, obezbeđuje protok masivne tečnosti koja nokautira izmaglicu kako stvara i hvata kiselinu izmaglice u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti pre nego što struja gasa izlazi iz sekundarne apsorpcione zone. Iako se sa ovim objašnjenjima može nakon činjenice, stvarnost je takva da ne postoji osnova za predviđanje da će problemi oko stvaranja izmaglice biti neželjeni kao što su obično kod dizajna međuprolaznog tornja L/G, i čak manje osnove za predviđanje da će ili veći L/G ili manji L/G, mnogo manje oba, obezbediti suštinska rešenja ovog problema.

[0166] Ovaj pronalazak je dalje usmeren na postupak za nadograđivanje postojećeg pogona kontaktne sumporne kiseline koji obuhvata postojeći međuprolazni apsorber za rekuperaciju na visokoj temperaturi toplote iz apsorpcije SO3u sumpornoj kiselini. Prema ovom postupku, novi apsorber je instaliran za primanje gasa konvertera koji obuhvata sumportrioksid. Novi apsorber obuhvata primarnu apsorpcionu zonu dizajniranu za apsorpciju SO3na visokoj temperaturi u primarnoj apsorpcionoj tečnosti koja obuhvata sumpornu kiselinu radi proizvodnje dodatne sumporne kiseline. Novi apsorber je konstruisan i proporcioniran kako bi funkcionisao na visokoj temperaturi i radi stvaranja apsorpcione kiseline visoke temperature.

[0167] Postupak nadogradnje dalje obuhvata instaliranje izmenjivača toplote na visokoj temperaturi dizajniranog za prenos toplote SO3od apsorpcije iz primarne apsorpcione tečnosti u drugi fluid, i time se zagreva drugi fluid do temperature od najmanje 150°C. Poželjno, izmenjivač toplote visoke temperature obuhvata apsorpcioni kotao za rekuperaciju toplote u kojem se para stvara na pritisku od najmanje oko 0.4 MPaskala (4 bara). Sredstva su obezbeđena za cirkulisanje primarne apsorpcione tečnosti između primarne apsorpcione zone novog apsorbera i izmenjivača toplote visoke temperature. Takva sredstva za cirkulaciju obuhvataju pumpu za kiselinu velike zapremine obično kapaciteta dovoljnog da se stvori maseni protok apsorpcione tečnosti brzine najmanje 3,770 lb/ft<2>-h (18,440 kg/m<2>-h) u novom apsorberu, pri čemu je vod protoka kiseline povezan u novom apsorberu, vod protoka kiseline je povezan sa izlazom izmenjivača toplote do ulaza primarne apsorpcije novog apsorbera.

[0168] Vod protoka gasa je instaliran za usmeravanje struje gasa koja izlazi iz novog apsorbera visoke temperature ka ulazu postojećeg međuprolaznog apsorbera. Vod gasa prethodno obezbeđen za snabdevanje gasa konvertera koji nosi SO3u međuprolazni toranj je preusmeren na novi apsorber, sa bilo kakvim revizijama u konfiguraciji voda su potrebni za ovu svrhu.

[0169] Sredstva su dalje obezbeđena za cirkulisanje sekundarne apsorpcione tečnosti kroz postojeći međuprolazni apsorber pri čemu preostali SO3može da se ukloni iz struje gasa koji izlazi iz primarne apsorpcione zone prenosom u sekundarnu apsorpcionu tečnost. Poželjno, apsorpciona tečnost koja izlazi iz izmenjivača toplote za rekuperaciju apsorpcione toplote može da se podeli tako da obezbeđuje primarnu apsorpcionu tečnost koja recirkuliše u primarnu apsorpcionu zonu i sekundarnu apsorpcionu tečnost koja se isporučuje u gornjem delu postojećeg međuprolaznog tornja. U takvim načinima ostvarivanja, sredstva za cirkulaciju preko međuprolaznog tornja na taj način obuhvataju vod instaliran za usmeravanje sekundarne apsorpcione tečnosti sa tačke podele do gornjeg dela međuprolaznog tornja u kombinaciji sa pumpom instaliranom za cirkulaciju apsorpcione kiseline između novog apsorbera i novog izmenjivača toplote za rekuperaciju apsorpcione toplote.

[0170] Sredstva za cirkulisanje sekundarne apsorpcione tečnosti su dimenzionirana i/ili podvrgnuta kontroli instrumenata tako da odnos masenog protoka sekundarne apsorpcione tečnosti i gasa u sekundarnoj apsorpcionoj zoni iznosi između oko 1.0 i oko 7.0 ili između oko 14 i oko 18.

[0171] Dalje prema ovom pronalasku, otkriveno je da čak veće brzine srednjeg pritiska generisane pare mogu da se realizuju gde apsorpcioni sistem radi sa parom gasa konvertera na ulazu koji sadrži povišene koncentracije sumporoksida, npr., u opsegu od 11% do 13 vol.%. Tako visoki nivoi sumporoksida mogu da se realizuju pretvaranjem SO2generisanog u metalurškim postrojenjima, ili u operacijama pri smanjenim proporcijama prekomernog vazduha. Zbog smanjenih gubitaka senzibilne toplote na materije koje ne mogu da se kondenzuju u struji gasa, para srednjeg pritiska može da se stvara pri pritisku od najmanje 0.4 MPaskala (4 bara) u količini od najmanje oko 0.50 tona po toni sumporne kiseline proizvedene od SO3koji ulazi u apsorpcionu zonu. Tamo gde je jačina gasa u poželjnom povišenom gore opisanom opsegu, i više od 70% potrebne reaktivne vode se ubrizgava u obliku vodene pare u struju gasa konvertera od apsorpcione zone rekuperacije toplote, para na 0.4 MPaskala ili više može da se generiše u količini od najmanje oko 0.55 tona po toni neto proizvoda sumporne kiseline. Tamo gde se više od 80% reaktivne vode ubrizgava u obliku pare pre apsorbera za rekuperaciju toplote, para na temperaturi većoj od ili jednakoj 0.4 MPaskala može da se generiše u količini od najmanje oko 0.60, poželjnije najmanje oko 0.65, i najpoželjnije najmanje oko 0.70 tona/tone neto proizvoda sumporne kiseline. Opširnije, para može da se generiše unutar opsega od 0.4 do oko 0.9 tona po toni neto proizvoda sumporne kiseline.

[0172] Rad pri velikoj jačini gasa naročito je atraktivan gde apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote funkcioniše kao međuprolazni apsorber za postrojenje međuprolazne kontaktne kiseline. Velika jačina gasa i smanjeni prekomerni vazduh oboje dovode do nešto većeg preostalog sadržaja SO2u struji gasa koji izlazi iz konvertera i prolazi kroz apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote. Međutim, tamo gde je gas usmerena nazad na dalju fazu konvertera i samim tim na finalni apsorber, neto gubitak krajnjeg prinosa sumporne kiseline postaje zanemarljiv do nikakav.

[0173] Razni načini ostvarivanja pronalaska, kao što su ovde opisani, poželjno mogu da se primenjuju u međuprolaznom pogonu kontaktne sumporne kiseline u kojem apsorber za rekuperaciju toplote funkcioniše kao međuprolazni apsorber, ili sa ili bez sekundarne apsorpcione zone kako je primera radi dato na Fig.2, 3 i/ili 9-11. Međutim, smatraće se da se sistem za rekuperaciju toplote takođe primenjuje u postrojenju kiseline pojedinačnog prolaza pri čemu apsorpcioni sistem za rekuperaciju toplote služi kao jedini apsorpcioni sistem. U drugom primeru, dalja alternativa je da se usmeri direktna struja gasa koja izlazi iz apsorbera za rekuperaciju toplote u kondenzujuću fazu u kojoj suštinski 100% kiseline iz parne faze i preostala voda i SO3se kondenzuju u obliku koncentrovanom sumpornom kiselinom. U ovim načinima ostvarivanja, površine prenosa kondenzujuće toplote mogu biti napravljene od materijala poznatih u nauci za kondenzaciju koncentrovane sumporne kiseline.

[0174] Sledeći primeri dalje ilustruju ovaj postupak pronalaska.

Primer 1

[0175] U postupku kao što je ilustrovano na Fig.2, suva SO3struja konverzionog gasa na temperaturi od 165°C, koja protiče pri brzini 50 standardnih kubnih metara u sekundi (106,000 standardnih kubnih stopa po minutu), i koji sadrži 11.6 mol.% SO3, 0.6 mol.% SO2, 4.2 mol.% O2, i 83.6 mol.% N2prolazi kroz indirektni izmenjivač toplote kako bi se obnovila toplota reakcije SO2i SO3prenosom u superzagrejanu paru. Struja gasa SO3koja izlazi iz supergrejača pare na 165°C se isporučuje pri apsolutnom pritisku od oko 0.2 MPaskala (18 psia) u zonu 127 ubrizgavanja vodene pare kao što je prikazano na Fig.2. U zoni 127 ubrizgavanja, para pri pritisku od najmanje oko 0.1 MPaskala (1 bara) iznad pritiska u liniji gasa se ubrizgava u struju gasa na 4.3 Kg/s (570 lbs/min), dovoljnoj da se utvrdi molarni odnos ekvivalentne vodene pare sa ekvivalentnim SO3u struji gasa do oko 0.95 do 1.0. U zoni ubrizgavanja vodene pare, toplota reakcije SO3i vodene pare iz parne faze povećava temperaturu struje gasa do 312°C.

[0176] Konverzioni gas se uvodi u toranj 101 za rekuperaciju toplote sa Fig.2 preko ulaza 123 za gas ispod primarne apsorpcione zone 103 za rekuperaciju energije. Taj gas teče na gore kroz apsorpcionu zonu kontra-strujno u primarnu apsorpcionu kiselinu koja se formira kombinovanjem frakcije primarne apsorpcione kiseline koja recirkuliše iz izmenjivača 105 toplote sa sekundarnom apsorpcionom kiselinom koja teče na dole od izlaza kiseline sekundarne apsorpcione zone 115. Recirkulisana apsorpciona kiselina jačine od 99.5% i temperature od 200°C se vraća u primarnu apsorpcionu zonu 103 unutar tornja 101 preko ulaza 113 za vraćanje kiseline pri brzini protoka od približno 560 Kg/s (74,000 lbs/min) dok sekundarna apsorpciona kiselina teče nizvodno od izlaza kiseline sekundarne apsorpcione zone pri brzini od oko 48.5 Kg/s (6,400 lbs/min) i temperaturi od približno 190°C. Kako primarna apsorpciona kiselina teče nizvodno kroz apsorpcionu zonu 103, sumporna kiselina se kondenzuje iz gasovite faze u tečnu fazu i SO3se apsorbuje iz gasovite faze u tečnu fazu gde reaguje sa vodom kako bise formirala dodatna sumporna kiselina. Primarna apsorpciona kiselina izlazi iz apsorpcione zone i uklanja se iz tornja preko izlaza 109 kiseline na temperaturi od 232°C a brzina protoka je približno 630 Kg/s (83,000 lbs/min). Budući da je vodena para uvedena u konverzioni gas pri brzini dovoljnoj da molarni odnos ekvivalentne vodene pare i ekvivalentnog SO3u konverzionom gasu koji ulazi u apsorpcionu zonu bude približno 1.0, pri čemu jačina kiseline ostaje na 99.5% kroz ovaj toranj i u toploj apsorpcionoj kiselini koja izlazi iz tornja preko izlaza 109.

[0177] Kiselina koja je povučena iz izlaza 109 tornja cirkuliše kroz kotao 105 sistema za rekuperaciju toplote gde se toplota prenosi iz kiseline kako bi se generisala para pritiska od 0.9-1 MPaskala (9-10 bara) pri brzini od 0.6 tona po neto toni kiseline proizvedene kondenzacijom sumporne kiseline i apsorpcijom SO3u apsorpcionoj zoni 103 za rekuperaciju toplote. Osim bočne struje koja uklanja neto sumpornu proizvedenu kiselinu u apsorpciji, kiselina koja izlazi iz izmenjivača 105 toplote se vraća u primarnu apsorpcionu zonu preko ulaza 113 za vraćanje. Proizvodnja neto kiseline je približno 25 Kg/s (2,100 lbs/min).

[0178] Sekundarna apsorpciona kiselina se uvodi u sekundarnu apsorpcionu zonu 115 unutar tornja 101 za rekuperaciju toplote preko ulaza 117 na temperaturi od 60°C, pri čemu je brzina protoka približno 48.5 Kg/s (6,400 lbs/min) a jačina od 98.5%. Osiromašeni gas koji izlazi iz gornjeg dela primarne apsorpcione zon 103 za rekuperaciju energije teče na gore kroz sekundarnu apsorpcionu zonu 115 kontra-strujno u sekundarnu apsorpcionu kiselinu, pri čemu se preostali SO3i H2SO4prenose iz struje gasa u sekundarnu apsorpcionu kiselinu. Struja gasa izlazi iz gornjeg dela apsorpcione zone kroz eliminatore 119 izmaglice a gas izlazi na temperaturi od 70°C i brzini protoka oko 44.3 normalnih metara kubnih po sekundi (94,000 SCFM). Suva struja izlaznog gasa sadrži približno 0.001 mola% SO3, 0.6% SO2, 4.2 mola% kiseonik, i 95.2 mola% azota.

Primer 2

[0179] U postupku kao što je ilustrovano na Fig.3, operacija je slična onoj iz primera 1 osim što primarna apsorpciona zona funkcioniše na višoj L/G i postoji odgovarajući porast bočne temperature niže kiseline kroz primarnu apsorpcionu zonu i pad bočne temperature niže kiseline kroz izmenjivač 105 toplote. Apsorpciona kiselina koja izlazi iz glavnog izmenjivača 105 toplote apsorpcione kiseline je podeljena na struju primarne apsorpcione kiseline koja se vraća u primarnu apsorpcionu zonu preko ulaza 113 za vraćanje kiseline, struju proizvodnje neto kiseline, i struju sekundarne apsorpcione kiseline koja se hladi do 60°C u pomoćnom izmenjivaču 131 toplote kiseline. Alternativno, struja kiseline koja izlazi iz izmenjivača 105 toplote se deli na struju primarne apsorpcione kiseline i struju pomoćne kiseline koja prolazi kroz izmenjivač 131 toplote i posle toga se deli na struju neto proizvoda i struju sekundarne kiseline koja se vraća u sekundarnu apsorpcionu zonu 115.

[0180] U načinu ostvarivanja sa Fig.3, recirkulisana apsorpciona kiselina ulazi u primarnu apsorpcionu zonu na oko 200°C i pri brzini od 710 Kg/s (94,000 lbs/min) gde se meša sa oko 48.5 Kg/s (6,400 lbs/min) kiseline koja izlazi iz donjeg dela sekundarne apsorpcione zone 115. Apsorpciona kiselina se povlači iz donjeg dela primarne apsorpcione zone pri brzini od oko 790 Kg/s (104,000 lbs/min) i temperaturi od 226°C, a neto proizvodnja sumporne kiseline ostaje na oko 13.5 Kg/s (1,800 lbs/min). Kao u primeru 1, jačina kiseline je 99.5% kroz primarnu apsorpcionu zonu. Temperatura bočnog gasa, protoci i kompozicije su isti kao u primeru 1, kao što su i temperatura sekundarne kiseline, protoci i kompozicije.

[0181] Operacija većeg L/G sa Fig.3 obezbeđuje pojačani maseni prenos u primarnoj apsorpcionoj zoni, i marginalno niži potencijal korozije u osnovi tornja za rekuperaciju toplote i u izmenjivaču 105 toplote.

Primer 3

[0182] U postupku sa Fig.9, struja vlažnog SO2iz pogona potrošene kiseline koja saddrži višak kiseonika prolazi kroz ležište katalizatora da bi se SO2pretvorio u SO3. Dodatna vodena para se uvodi u struju gasa u zoni 227 za ubrizgavanje pare kako bi se proizvela struja gasa koja ulazi u toranj 101 za rekuperaciju toplote na ulazu 123 i teče u primarnu apsorpcionu zonu 103 na temperaturi od 315°C. Kako se uvodi u apsorpcionu zonu nakon ubrizgvavanja pare, konverzioni gas teče na 103 Kg mol/s (13,623 lb molova/h) i obuhvata 0.4 vol. % SO2, 5.4 vol. % SO3, 2.3 vol. % kiseonika, 72.7 vol. % azota, 5.6 vol. % vodene pare, 11 vol. % CO2i 2.5 vol. % H2SO4. Apsorpciona kiselina napušta primarnu apsorpcionu zonu pri jačini od 99.5%, brzini protoka 107 Kg mol/s (14,100 lb molova/h) i temperaturi od 204°C. Nakon prolaza kroz izmenjivač 105 toplote, struja kiseline se deli da bi se obezbedila recirkulisana struja kiseline koja se vraća u apsorpcionu zonu 103 za rekuperaciju toplote i pomoćnu struju koji obuhvata sekundarnu apsorpcionu kiselinu. Pomoćna struja se razblaži sa vodom u zoni 135 razblaženja da bi se smanjila jačina kiseline do 99.2%. Razblažena kiselina prolazi kroz neposredni izmenjivač 131 toplote gde se toplota prenosi iz struje kiseline radi generisanja pare pri pritisku koji je blago iznad atmosferskog rad i ubrizgavanja u struju konverzionog gasa u zoni 127 ubrizgavanja vodene pare unutar uvodnog voda 129. Kiselina koja izlazi iz izmenjivača 131 toplote prolazi kroz drugi pomoćni izmenjivač 133 toplote gde se dalje hladi, npr., prenosom toplote ulaznu vodu u kotlu. Posle toga struja kiseline se deli da bi se proizvela frakcija neto proizvodnje koja se uklanja iz apsorpcionog sistema pri brzini od 8.4 Kg mol/s (1,113 lb molova/h), koncentraciji od 99.2%, i temperaturi od 71°C. Preostala frakcija kiseline pri istoj koncentraciji i temperaturi obuhvata sekundarnu apsorpcionu kiselinu koja se reciklira pri brzini od 98.4 Kg mol/s (13,000 lb mol/sat) do ulaza 113 za kiselinu.

[0183] Para pritiska od 0.9 MPaskala (9 bara) se stvara u izmenjivaču 105 toplote pri brzini 0.45 tona/po toni neto proizvedene sumporne kiseline u apsorpcionom sistemu.

[0184] Osiromašeni gas koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone prolazi kroz eliminatore 119 izmaglice i napušta apsorpcioni sistem pri brzini 89 Kg mol/s (11,770 lb molova/h) i temperaturi od 70°C.

Osiromašeni gas obuhvata 0.5 vol. % SO2, 12.7 vol. % CO2, 2.7 vol. % kiseonika i 84.1 vol. % azota.

Primer 4

[0185] U postupku sa Fig.10, struja vlažnog SO2iz pogona za spaljivanje sumpora koji sadrži višak kiseonika prolazi kroz ležište katalizatora da bi se pretvorio SO2u SO3. Dodatna vodena para se uvodi u struju gasa u zoni 127 ubrizgavanja vodene pare da bi se proizvela struja gasa koja ulazi u toranj 101 za rekuperaciju toplote na ulazu 123 i teče u primarnu apsorpcionu zonu 103 na temperaturi od 293°C. Kako je uveden u apsorpcionu zonu gas obuhvata 0.2 vol. % SO2, 4.3 vol. % SO3, 9 vol. % kiseonika, 79.2 vol. % azota, 3.7 vol. % vodene pare, i 3.5 vol. % H2SO4. Struja gasa teče na gore kroz primarnu apsorpcionu zonu 103 kontra-strujno u primarnu apsorpcionu kiselinu koja se formira na gornjem delu zone kombinovanjem kiseline recirkulisane iz izmenjivača 105 toplote apsorpcione kiseline i sekundarne apsorpcione kiseline koja teče na dole iz izlaza kiseline sekundarne apsorpcione zone 115. Jačina kiseline kroz primarnu apsorpcionu zonu je 99.5%. Topla primarna apsorpciona kiselina koja izlazi iz primarne apsorpcione zone se povlači iz donjeg dela tornja 101 preko izlaza 109 za kiselinu radi cirkulacije kroz izmenjivač 105 toplote.

[0186] Kiselina koja izlazi iz izmenjivača 105 toplote se deli na recirkulisanu frakciju koja se vraća u toranj preko ulaza 113 za vraćanje kiseline i pomoćne frakcije koja prolazi u nizu kroz dva pomoćna izmenjivača 131 i 133 toplote. U razblaživaču 137 nizvodno od izmenjivača 133 i uzvodno od ulaza 117 na tornju sekundarne apsorpcione kiseline u odnosu na pravac protoka sekundarne apsorpcione kiseline, voda se dodaje kiselini manje jačine koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu od 99.5% do 99.2%. Toplota razblaženja podiže temperaturu sekundarne kiseline do 71°C. Između zone razblaženja i ulaza 117 u toranj, struja sumporne kiseline koja obuhvata neto proizvodnju sumporne kiseline se uklanja pri brzini od 7 Kg mol/s (920 lb molova/h, koja napušta struju sekundarne apsorpcione kiseline koja teče na 14.8 Kg mol/s (1,960 lb molova po) satu u sekundarnu apsorpcionu zonu.

[0187] U izmenjivaču 105 toplote, para pritiska od 0.4 MPaskala (4 bara) se stvara pri brzini od 0.86 tona/po toni neto proizvodnje sumporne kiseline.

[0188] Osiromašeni gas koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone prolazi kroz eliminatore 119 izmaglice i ostavlja apsorpcioni sistem na brzini od 78.2 Kg mol/s (10,330 lb molova/h) i temperaturi od 71.1°C. Osiromašeni gas obuhvata 0.2 vol. % SO2, 10.2 vol. % kiseonika i 89.6 vol. % azota.

Primer 5

[0189] Izvedene su simulacije postupka kao što je ilustrovano na Fig.8. Nakon ubrizgvavanja pare, SO3konverzioni gas uveden u sistem ima istu kompoziciju kao gas iz metalurškog postupka opisanog u primeru 3. Može se videti da je postupak ovog primera manji u određenim aspektima u odnosu na ovaj postupak sa Fig.3 ali obuhvata samo jednu apsorpcionu zonu, tj., samo apsorpcionu zonu rekuperacije toplote i bez sekundarne apsorpcione zone. Odvojene simulacije su pokrenute za postupke u kojima apsorpciona zona obuhvata jednu, dve ili tri faze ravnotežne pare/tečnosti.

[0190] U svakom slučaju, konverzioni gas koji ulazi u kontra-strujnu apsorpcionu zonu 203 za rekuperaciju toplote ima istu kompoziciju, temperaturu i brzinu protoka kao u primeru 3. U svakom slučaju, cirkulišuća apsorpciona kiselina izlazi iz apsorpcione zone rekuperacije toplote u koncentraciji od 99% i posle toga prvo prolazi kroz izmenjivač 205 toplote u kojem se kiselina hladi do 183°C a para može da se generiše pri neposrednom pritisku. Kiselina koja prolazi kroz izmenjivač 205 se zatim deli tako da se obezbedi cirkulatorna struja i struja neto proizvodnje. Neto proizvodnja iznosi 1,086 lb mol/h na temperaturi od 183°C.

[0191] Struja cirkulišuče kiseline prolazi pri brzini od 13,000 lb molova/h kroz pomoćni izmenjivač 231 toplote u kojem se kiselina hladi do 60°C a zatim se ponovo uvodi u gornji deo tornja iznad apsorpcione zone 203 za rekuperaciju toplote. Budući da se sva struja cirkulišuče kiseline vraća u gornji deo tornja, ne postoji sekundarna apsorpciona zona kao takva. Kompozicija struje gasa koja izlazi iz svake ravnotežne faze za svaki slučaj je definisana u tabeli 3. U tabeli 3A je prijavljena simulacija pojedinačne ravnotežne apsorpcione faze, tabeli 3B simulacija sistema koji se sastoji od dve ravnotežne apsorpcione faze, tabeli 3c simulacija sistema koji sadrži tri ravnotežne apsorpcione faze u jednoj koloni, i tabeli 3D simulacija sistema koji sadrži četiri ravnotežne faze u pojedinačnoj koloni.

Tabela 3A

Tabela 3B

Tabela 3C

Gas/Para Kompozicija Kompozicija gasa i temperature koja izlazi iz

7)

Tabela 3D

Primer 6

[0192] U postupku sa Fig.11, postrojenje sumpora za spaljivanje kontaktne sumporne kiseline radi tako da obezbedi struju gasa sagorevanja koja nosi SO2koja prolazi kroz konverter za pretvaranje SO2u SO3. Vodena para se uvodi u struju gasa u konverteru unutar zone 127 za ubrizgavanje preko ulaza 121 za ubrizgavanje kako bi se proizvela struja gasa koja ulazi u toranj 101 za rekuperaciju toplote na ulazu 123 i teče u primarnu apsorpcionu zonu 103 na temperaturi od 315°C. Apsorpciona zona 103 obuhvata pakovanje ili druga sredstva za promovisanje kontakta gas/tečnost kroz koji struja gasa protiče na gore kontra-strujno do primarne apsorpcione tečnosti koja obuhvata 99.5 mas.% sumpora koji teče na dole. Struja gasa koja izlazi iz primarne apsorpcione zone 103 teče na gore kroz sekundarnu apsorpcionu zonu 115 gde stupa u kontakt sa sekundarnom apsorpcionom tečnošću za uklanjanje preostalog SO3iz struje gasa. Sekundarna apsorpciona tečnost zatim ulazi u gornji deo sekundarne apsorpcione zone pri koncentraciji sumporne kiseline od 98.5 do 99.2 mas.% i teče u primarnu apsorpcionu zonu iz donjeg dela sekundarne apsorpcione zone u koncentraciji od oko 99.2% do 99.5 mas.%.

[0193] Apsorpciona kiselina koja izlazi iz donjeg dela primarne apsorpcione zone 103 cirkuliše putem pumpe 111 kroz glavni izmenjivač toplote 105 koko obuhvata kotao u kojem se toplota prenosi od apsorpcione kiseline da bi se stvorila para pri pritisku od približno 125 psig, tj., 0.85 MPaskala (8.5 bara). Apsorpciona kiselina izlazi iz kotla 105 za rekuperaciju apsorpcione toplote na temperaturi od 204°C I deli se kako bi se obezbedila glavna apsorpciona tečnost koja recirkuliše u gornji deo primarne apsorpcione zone 103 i pomoćna struja kiseline koja obuhvata sekundarnu apsorpcionu tečnost koja recirkuliše u gornji deo sekundarne apsorpcione zone 115.

[0194] Između tačke deljenja i ulaza za kiselinu u gornjem delu sekundarne apsorpcione zone, pomoćna struja kiseline prolazi u seriji kroz tri indirektna izmenjivača toplote u nizu, tj. izmenjivače 167, 163 i 169 toplote. Izmenjivač 167 toplote predstavlja predgrejač ulazne vode za deaeracioni kotao u glavni izmenjivač 105 toplote, izmenjivač 163 toplote predstavlja pomoć deaeratoru 165, a izmenjivač 169 toplote predstavlja predgrejač za ulaznu vodu iz nedeaeracionog kotla uzvodno od deaeratora u odnosu na protok ulazne vode iz kotla.

[0195] U izmenjivaču 167 toplote, struja pomoćne kiseline se hladi od 204°C do 165°C čime deaeracioni kotao greje ulaznu vodu od 108°C do 178°C, pri čemu je ravnotežna temperatura tečne pare pri pritisku od 8.5 bara pare koja se stvara u kotlu 106. Voda pod pritiskom koja izlazi iz predgrejača 167 se poželjno prenosi direktno u kotao 105 kao što je prikazano na crtežu.

[0196] U izmenjivaču 163 toplote, pomoćna kiselina se ohladi od 165°C do 115°C čime isparava suštinska frakcija vode koja cirkuliše između izmenjivača 163 toplote i deaeratora 165 na konstantnoj temperaturi od 108°C. Pomešana mešavina tečnost voda/para koja izlazi iz izmenjivača 163 se vraća u daerator 165 gde para služi kao pomoć pri uklanjanju materija koje ne mogu da se kondenzuju iz vode koja ulazi u deaeracioni kotao koja se poželjno prima iz izlaza vode izmenjivača 169 toplote kako je prikazano na crtežu.

[0197] U izmenjivaču toplote 169, struja pomoćne kiseline se ohladi sa 115°C na 64°C čime se zagreva ulazna voda iz nedeaeracionog kotla sa 40°C na 108°C. Pomoćna kiselina koja izlazi iz izmenjivača 169 može biti razblažena po potrebi vodom ili unakrsnim protokom razblaženije (npr., 93 mas.%) sumporne kiseline u razblaživaču 137 pre vraćanja sekundarne apsorpcione tečnosti u gornji deo sekundarne apsorpcione zone 115.

[0198] Tretirana ali nedeaeraciona voda koja ulazi u kotao se obezbeđuje na 4,320 lb. molova po satu i greje se u predgrejaču za ulaznu vodu od 40° do 108°C i posle se uvodi u deaerator 165 zajedno sa pomešanom strujom vode tečnosti i pare koja koja izlazi iz pomoćnog izmenjivača 163 toplote deaeratora. Dodatna para zasićena pri pritisku od 10 psig (0.07 MPaskala) se takođe uvodi u deaerator pri brzini 132 lb. molova/sat. Para uvedena u deaerator funkcioniše tako što uklanjanja materije koje ne mogu da se kondenzuju iz vode koja ulazi u deaeracioni kotao koja teče u deaerator iz izmenjivača 169, čime se stvara ispusna struja koja obuhvata približno 99.9 vol. % vodene pare, balansirane materije koje ne mogu da se kondenzuju. Opciono, dodatni nizak pritisak se uvodi u deaerator radi kontrole sadržaja vodene pare ispusnog gasa iz deaeratora pri prethodno određenom odnosu ekvivalentnog sadržaja sumportrioksida iz struje gasa iz konvertera koja ulazi u primarnu apsorpcionu zonu 103.

[0199] Ispusni gas iz deaeratora koji obuhvata paru koja se stvara u izmenjivaču 1630 toplote plus dodatna para od stranog izvora se reciklira u zonu 127 za ubrizgavanje putem ulaza 121 za ubrizgavanje zbog mešanja gasa iz konvertera koji se uvodi u primarnu apsorpcionu zonu 103. Vodena para pri brzini od 700 lb. molova na sat se nalazi u ispustu iz dearatora recikliranom u zonu za ubrizgavanje. Od ovoga, približno 550 lb. molova na sat se stvara od toplote koja se prenosi hlađanjem sekundarne apsorpcione kiseline sa 165° na 115°C.

[0200] Kondenzat iz deaeratora teče pri brzini od 3,300 lb. molova pšo satu iz donjeg dela deaeratora do ulaza na pomoćnoj strani glavnog izmenjivača 105 toplote gde se para stvara pri brzini od 3,300 lb. molova po satu pri pritisku od 8.5 bara. Skroman dodatni porast kondenzata, 552 lb. molova po satu, se izvozi iz apsorpcionog sistema za rekuperaciju toplote za uslugu kao vode koja ulazi u kotao bilo gde u pogonu kontaktne sumporne kiseline, ili bilo gde drugde u proizvodnom postrojenju u kojem se nalazi postrojenje sumporne kiseline.

[0201] Para se stvara na 8.5 bara u izmenjivaču 105 toplote je na brzini 0.64 tona po neto proizvodnji sumporne kiseline.

[0202] U načinu ostvarivanja ovog primera, može se primetiti da velika frakcija energije koja je sadržana u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti se proširuje na stvaranje vodene pare za ubrizgavanje u struju gasa iz konvertera koja ulazi u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.

Primer 7

[0203] Operacija ovog postupka primera 7 je suštinski identična po svom celokupnom dijagramu toka sa onom iz primera 6, ali postoji značajna razlika u raspodeli toplotne energije sadržane u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti.

[0204] Operacija iz primera 7 je identična sa primerom 6 u primarnoj apsorpcionoj zoni 103, glavnom izmenjivaču 105 toplote za stvaranje pare srednjeg pritiska, i predgrejaču 167 deaeracionog kotla za ulaznu vodu. Šema protoka vode sa strane, po kojoj ulazna voda iz nedeaeracionog kotla prolazi kroz izmenjivač 169 u deaerator 165, a ulazna voda iz deaeracionog kotla iz deaeratora 165 prolazi kroz predgrejač za vodu 167 deaeracionog kotla do kotla 105 za rekuperaciju toplote od apsorpcije SO3, je takođe ista, kao i temperatura do koje se deaeracioni kotao za ulaznu vodu zagreva pod pritiskom u predgrejaču 167.

[0205] Međutim, ovaj postupak iz primera 7 ekstrahuje mnogo manju frakciju toplote iz pomoćne struje kiseline u pomoćnom izmenjivaču 163 toplote deaeratora u odnosu na ovaj postupak iz primera 6. Stoga, frakcija vode koja ulazi u deaerator koja se pretvara u paru u izmenjivaču 163 je dosta niža u primeru 7 nego u primeru 6. Kao rezultat komponenta od samo oko 209 lb. molova vodene pare po satu u ispusnom gasu iz deaeratora može da se pripiše radu pomoćnog izmenjivača toplote deaeratora. Dodatna komponenta od 491 lb. molova po satu se dobija od kombinacije fiksnog dodatnog protoka od 10 psig pare pri brzini od 132 lb. molova po satu a dovod druge dodatne pare se reguliše da bi se obezbedio ukupni sadržaj vodene pare od 700 lb. molova po satu u ispusnoj struji koja se reciklira do ulaza 121 za ubrizgavanje za mešanje sa strujom gasa iz konvertera u mešanoj zoni 127 za ubrizgavanje.

[0206] Međutim, zbog toga što se manje ulazne vode uvodi putem izmenjivača 169 toplote uparava, šema primera 7 obezbeđuje dosta veći dovod deaeracionog kondenzata u odnosu na način ostvarivanja

Claims (15)

1. iz primera 6. Samim tim, nakon dovoda od 3,300 lb. molova po satu ulazne vode iz deaeracionog kotla u predgrejač 167 za ulaznu vodu i kotao 105 za rekuperaciju toplote od apsorpcije, deaerator izvozi drugih 5,593 lb. molova po satu ulazne vode iz deaeracionog kotla na 108°C za upotrebu bilo gde u postrojenju kontaktne kiseline ili bilo gde u proizvodnom postrojenju.

   [0207] Para se stvara u glavnom izmenjivaču 105 toplote pri brzini između 0.56 neto tone po toni neto proizvodnje sumporne kiseline.

   [0208] Sva dodatna para se obnavlja, ili kao procesna voda u proizvodu pare sumporne kiseline, ili kao ulazna voda iz dearacionog kotla koja se koristi za stvaranje pare u glavnom izmenjivaču toplote sistema ili bilo gde u postrojenju kontaktne kiseline ili šire u proizvodnom postrojenju.

   [0209] S obzirom na gorenavedeno, videće se da se prema ovom pronalasku postiže nekoliko ciljeva i poželjnih rezultata.

   [0210] Prilikom uvođenja elemenata ovog pronalaska ili njegovih poželjnih načina ostvarivanja, predviđeno je da članovi "jedan", "neki", "taj" i "pomenuti" znače da postoji jedan ili više elemenata. Predviđeno je da pojmovi "koji obuhvata", "koji uključuje" i "koji ima" budu inkluzivni i da označavaju da mogu postojati dodatni elementi pored onih navedenih.

   Patentni zahtevi

   1. Postupak za pripremu sumporne kiseline koji obuhvata:

   spaljivanje izvora sumpora u gasu koji obuhvata višak kiseonika radi proizvodnje struje gasa koji nosi sumporoksid koja obuhvata gas sagorevanja koji obuhvata sumpordioksid i kiseonik; stupanje u kontakt struje gasa koji nosi sumporoksid koja obuhvata pomenuti gas sagorevanja sa katalizatorom radi pretvaranja sumpordioksida u sumportrioksid, čime se struja gasa koji nosi sumporoksid pretvara u konverzioni gas koji sadrži SO3;

   stupanje u kontakt konverzionog gasa u primarnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije energije sa primarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu, čime se sumporna kiselina iz konverzionog gasa prenosi u primarnu apsorpcionu tečnost;

   uvođenje vodene pare u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od primarne apsorpcione zone rekuperacije energije u odnosu na pravac protoka gasa u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare do najmanje 0.40 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja gasa sumporoksida u gasu koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije; cirkulisanje pomenute primarne apsorpcione tečnosti između pomenute primarne apsorpcione zone_ za rekuperaciju toplote i indirektnog izmenjivača toplote u kojem se toplota koja se stvara reakcijom sumportrioksida i vode, kondenzacijom sumporne kiseline, i/ili apsorpcijom sumportrioksida u primarnu apsorpcionu tečnost prenosi na prenosni fluid toplote, čime se prenosni fluid toplote zagreva do najmanje 150°C;

   stupanje u kontakt struje gasa koja izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije sa sekundarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, pri čemu se preostali SO3koji se nalazi u struji gasa koja ulazi u pomenutu sekundarnu apsorpcionu zonu obnavlja u obliku sumporne kiseline u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti;

   kontrolisanje brzine isporuke sekundarne apsorpcione kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu radi održavanja razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 25°C i na ulazu tečnosti i na izlazu tečnosti sekundarne apsorpcione zone; i

   kontrolisanje koncentracije sekundarne apsorpcione kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu kako bi se obezbedilo da je dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da se obezbedi da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone, jednaka ili iznad azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i jednaka ili ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.
2. 2. Postupak kako je definisan u zahtevu 1 u kojem je ekvivalentna koncentracija sumporne kiseline gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone najmanje 0.2 mas.% manja od azeotropa.
3. 3. Postupak kako je definisan u zahtevu 1 koji dalje obuhvata:

   utvrđivanje i/ili podešavanje brzine isporuke kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu radi održavanja razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 25°C i na ulazu tečnosti i na izlazu tečnosti sekundarne apsorpcione zone;

   merenje i/ili utvrđivanje jačine kiseline u kontaktu sa gasom koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije;

   merenje i/ili utvrđivanje brzine na kojoj se SO3isporučuje u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije; i

   od brzine na kojoj se sekundarna apsorpciona kiselina isporučuje u sekundarnu apsorpcionu zonu, jačine kiseline u kontaktu sa gasom koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije, i brzine na kojoj se SO3isporučuje u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije, utvrđivanje i/ili podešavanje jačine kiseline isporučene u ulaz sekundarne apsorpcione zone kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da se osigura da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone iznad azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.
4. 4. Postupak kako je definisan u zahtevu 3 koji dalje obuhvata protokol pokretanja u kojem:

   utvrđen je izbor brzine isporuke SO3u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije i izbor temperature gasa koji izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije;

   ciljani opsezi su izabrani za temperaturu kiseline u kontaktu sa gasom koji ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu, temperaturu gasa koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone, i temperaturu kiseline u kontaktu sa gasom koji izlazi iz sekundarne apsorpcione zone;

   isporuka sekundarne apsorpcione kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu je utvrđena pri brzini efektivnoj za održavanje razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 25°C i na ulazu tečnosti i na izlazu tečnosti sekundarne apsorpcione zone; i

   jačina kiseline isporučene u ulaz sekundarne apsorpcione zone je utvrđena kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da bi se osiguralo da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone iznad azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.
5. 5. Postupak kako je definisan u zahtevu 1 u kojem razlika između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu se održava na ne više od 30°C kroz drugu apsorpcionu zonu.
6. 6. Postupak kako je definisan u zahtevu 1 u kojem se L/G u sekundarnoj apsorpcionoj zoni održava između 0.4 u 1.5 u odnosu na ukupan protok gasa.
7. 7. Postupak za pripremu sumporne kiseline koji obuhvata:

   stupanje u kontakt gasa koji sadrži kiseonik sa desikantom da bi se obezbedio osušen gas koji sadrži kiseonik;

   uvođenje sumpora i osušenog gasa koji sadrži kiseonik u zonu sagorevanja, pri čemu je sadržaj kiseonika u gasu koji sadrži kiseonik uveden u pomenutu zonu u stehiometrijskom višku u odnosu na sumpor uveden u pomenutu zonu;

   spaljivanje sumpora sa kiseonikom osušenog gasa radi proizvodnje struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata gas sagorevanja koji obuhvata sumpordioksid i kiseonik;

   stupanje u kontakt struje gasa koji nosi sumporoksid koja obuhvata pomenuti gas sagorevanja sa katalizatorom radi pretvaranja sumpordioksida u sumportrioksid, čime se transformiše struja gasa koji nosi sumporoksid u konverzioni gas koji sadrži SO3;

   stupanje u kontakt konverzionog gasa u apsorpcionoj zoni rekuperacije toplote sa apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu, čime se sumporna kiselina prenosi iz konverzionog gasa u apsorpcionu tečnost;

   uvođenje vodene pare u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do najmanje 0.55 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu; i

   cirkulisanje pomenute apsorpcione tečnosti između pomenute apsorpcione zone i indirektnog izmenjivača toplote u kojem se toplota koja se stvara reakcijom sumporoksida i vode, kondenzacijom sumporne kiseline, i/ili apsorpcijom sumportrioksida u apsorpcionu tečnost prenosi na prenosni fluid toplote, čime se prenosni fluid toplote zagreva do najmanje 150°C.
8. 8. Postupak kako je definisan u zahtevu 7 u kojem se vodena para uvodi u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare gasa do najmanje 0.80 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja gasa sumporoksida pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu.
9. 9. Postupak kako je definisan u zahtevu 7 u kojem se vodena para uvodi u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone rekuperacije toplote u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid u proporciji dovoljnoj da se obezbedi sadržaj pare sumporne kiseline od najmanje najmanje 0.30 molova po molu sumportrioksida u konverzionom gasu koji ulazi u apsorpcionu zonu.
10. 10. Postupak kako je definisan u zahtevu 7 u kojem se vodena para uvodi u struju konverzionog gasa nizvodno od bilo kog izmenjivača toplote za rekuperaciju korisne energije iz konverzionog gasa pri brzini većoj od 69.8 KJ/kg (30 BTU/funta) ekvivalentnog SO3u konverzionom gasu.
11. 11. Postupak kako je definisan u zahtevu 10 u kojem toplota iz reakcije koja je rezultat ubrizgavanja vodene pare u konverzioni gas ne pokreće konverzioni gas prema njegovoj tački zasićenosti već umesto toga povećava opseg do kojeg temperatura gasa premašuje tačku rose gasa.
12. 12. Postupak kako je definisan u zahtevu 7 u kojem se voda uvodi u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od apsorpcione zone u odnosu na pravac protoka gasa koji nosi sumporoksid se sastoji od vodene pare.
13. 13. Postupak kako je definisan u zahtevu 7 u kojem se vodena para uvodi u konverzioni gas u zoni ubrizgavanja vodene pare, pri čemu ne postoji suštinsko uklanjanje toplote iz struje gasa u zoni ubrizgavanja vodene pare ili duž puta nizvodno od zone ubrizgavanja vodene pare pre ulaska konverzionog gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije toplote.
14. 14. Postupak kako je definisan u zahtevu 7 u kojem se vodena para uvodi u konverzioni gas u zoni ubrizgavanja vodene pare, pri čemu ne postoji kondenzacija iz struje gasa u zoni ubrizgavanja vodene pare ili duž puta nizvodno od zone ubrizgavanja vodene pare pre ulaska struje gasa u apsorpcionu zonu rekuperacije energije.
15. 15. Postupak za pripremu sumporne kiseline koji obuhvata:

    spaljivanje izvora sumpora u gasu koji obuhvata višak kiseonika radi proizvodnje struje gasa koji nosi sumporoksid koji obuhvata gas sagorevanja koji obuhvata sumpordioksid i kiseonik; stupanje u kontakt struje gasa koji nosi sumporoksid koja obuhvata pomenuti gas sagorevanja sa katalizatorom radi pretvaranja sumpordioksida u sumportrioksid, čime se pretvara struja gasa koji nosi sumporoksid u konverzioni gas koji sadrži SO3;

    stupanje u kontakt konverzionog gasa u primarnoj apsorpcionoj zoni rekuperacije energije sa primarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu, čime se sumporna kiselina iz konverzionog gasa prenosi u primarnu apsorpcionu tečnost;

    uvođenje vodene pare u gas koji nosi sumporoksid uzvodno od primarne apsorpcione zone rekuperacije energije u odnosu na pravac protoka gasa u proporciji dovoljnoj da se poveća ekvivalentni sadržaj vodene pare do najmanje 0.40 molova po molu ukupnog ekvivalentnog sadržaja sumporoksida u gasu koji ulazi u primarnu apsorpcionu zonu rekuperacije energije; cirkulisanje pomenute primarne apsorpcione tečnosti između pomenute primarne apsorpcione zone rekuperacije energije i indirektnog izmenjivača toplote u kojem se toplota koja se stvara reakcijom sumporoksida i vode, kondenzacijom sumporne kiseline, i/ili apsorpcijom sumporoksida u primarnu apsorpcionu tečnost prenosi na prenosni fluid toplote, čime se prenosni fluid toplote zagreva do najmanje 150°C;

    stupanje u kontakt struje gasa koja izlazi iz primarne apsorpcione zone rekuperacije energije sa sekundarnom apsorpcionom tečnošću koja obuhvata sumpornu kiselinu u sekundarnoj apsorpcionoj zoni, pri čemu se preostali SO3koji se nalazi u struji gasa koja ulazi u pomenutu sekundarnu apsorpcionu zonu obnavlja u obliku sumporne kiseline u sekundarnoj apsorpcionoj tečnosti;

    kontrolisanje brzine isporuke sekundarne apsorpcione kiseline u sekundarnu apsorpcionu zonu radi održavanja razlike između lokalne temperature fluida gasovite faze i lokalne temperature fluida sekundarne apsorpcione tečne faze sa kojom je gas u kontaktu na ne više od 30°C kroz drugu apsorpcionu zonu; i

    kontrolisanje koncentracije sekundarne apsorpcione kiseline koja ulazi u sekundarnu apsorpcionu zonu kako bi se obezbedio dotok neto dostupne vode u sekundarnu zonu dovoljan da bi se osiguralo da je kompozicija gasa koja izlazi iz sekundarne apsorpcione zone jednaka ili veća od azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj vode i jednaka ili ispod azeotropne kompozicije u odnosu na sadržaj SO3.