[发明专利]用来冷却硫酸的工艺和设备

说明书

技术领域

本发明涉及从硫酸设备的吸收装置抽出的酸的冷却，其中酸从酸泵箱被泵送到热交换器中并且随后再被供应到所述吸收装置中，其中作为热传输介质的水在热交换器中借助所述酸的热被加热并且至少部分地转化为蒸汽，并且其中水与蒸汽分离。 

背景技术

硫酸通常通过所谓的双吸收工艺被生产，如在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，卷A25，第635到第700页中描述。作为冶金设备的废气或通过硫的燃烧获得的二氧化硫（SO₂）在多级转化器中通过固体催化剂（例如具有作为活性成分的五氧化二钒）被转化为三氧化硫（SO₃）。获得的SO₃在转化器的接触级之后被抽出并且被供应到中间吸收器或者在转化器的最后接触级之后被供应到最后吸收器，在该最后吸收器中，包含SO₃的气体被逆流地引导到浓缩的硫酸并且在该浓缩的硫酸中被吸收。 

在硫酸中的SO₃的吸收是强烈放热过程，使得酸被加热并且必须再次被冷却。同时，酸的热可以用于蒸汽生产和能量回收。由于在硫酸吸收期间存在的明显地>140°C的温度，酸冷却迄今为止已经无例外地在壶式锅炉中执行，其中热酸流过U形管，该U形管要穿过填充有作为热传输介质的水的壶。该循环在这里基于热虹吸管原理。加热的水被转化为低压蒸汽并且由于较低的密度而上升。该蒸汽可以在该设备中使用（参考Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，在上述引文中第662页）。 

虽然这种壶式锅炉具有简单的构造并且因此可以以低的成本被制造，但需要大量水来填充该壶式锅炉。此外，当泄漏出现在酸回路中 时，问题可能出现。由于酸从管泄漏到水箱中，因此获得大量的高腐蚀性弱酸，其温度此外由于产生的水合热而大大上升。该系统中使用的钢的耐腐蚀性大大降低到99.1wt-%（钢310SS）或97.9wt-%（钢3033）的硫酸浓度以下。存在损坏管束或者甚至损坏整个壶式锅炉的危险。此外，酸/水混合物仅仅可以通过不相称的工作被分离，使得实际上用户将几乎必须完全清空一个或全部两个系统。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供硫酸的可靠冷却和增加设备的安全性。 

这个目的通过本发明基本上被解决，其中酸被供应到所述热交换器的壳体空间，并且所述水被供应到布置在所述壳体空间中的热传递元件，并且至少部分地转化为蒸汽，所述热交换器中产生的蒸汽在蒸汽鼓中与水分离，并且因此获得的水通过泵被再循环到所述热交换器。 

由于与在填充有水的常规壶式锅炉中相比，在热交换器中较少的水与酸接触，因此在泄漏的情况下与酸混合的水的量明显减小。由于常规壶式锅炉的功能被分成分离元件热交换器、蒸汽鼓和再循环泵，因此在泄漏的情况下有利于另外的处理。水和酸回路可以容易地分离。 

为了进一步减小酸冷却回路中的危险，需要快速错误检测。一检测到错误，就可以关掉到热交换器的水的供应并且可以消除该错误。 

根据本发明，例如在测量到改变的酸浓度时启动水流入的中断。为了这个目的，设置各种测量点，该各种测量点优选地基于不同测量原理。在吸收器中，可以使用特别地通过传导性确定酸的浓度的方法，而在相关热交换器周围的冷却级中，优选地确定该介质中的声速或酸的折射率。使用的仪器和测量原理的多重性保证可以在任何时间安全地确定酸浓度。 

然而，酸浓度仅仅可以在它与工艺水流相关时有效地用于泄漏检测。开始，泄漏通常是小的，因此仅仅小量的水进入酸回路。结果，酸浓度减小，但这由添加较少工艺水的工艺控制补偿。泄漏变得越大，更多工艺水被热交换器中的水泄漏替代。这样，维持一致的酸浓度。 然而，热交换器中的泄漏仅仅当工艺水阀完全关闭并且酸浓度仍然继续下降时被检测。该设备因此将可能已经被严重损坏。根据本发明，工艺水供应、设备载荷和酸浓度因此同时被监视。 

根据本发明的特别优选的方面，酸的温度在热交换器的入口和出口处被测量并且与被供应到热交换器的热传输介质的流量相关。通过温度差ΔT，热平衡可以通过热交换器产生。热交换器中的泄漏将导致热平衡的扰动，这是由于水进入酸回路并且产生额外的热。在热交换器中产生的蒸汽和产生的热之间的比率改变，这可以用作用于水流中断的控制变量。