Способ и установка для охлаждения серной кислоты

СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ При охлаждении кислоты, которую извлекают из абсорбционного аппарата установки по получению серной кислоты, кислоту закачивают из резервуара насоса для перекачивания кислоты в теплообменник и затем снова подают в абсорбционный аппарат, в котором воду в качестве теплоносителя нагревают в теплообменнике теплом кислоты и, по меньшей мере частично, превращают в пар, воду отделяют от пара. Предусмотрено, что кислоту подают в межтрубное пространство теплообменника, а воду подают в элементы теплообменника,расположенные в межтрубном пространстве, и, по меньшей мере частично, превращают в пар,при этом образованный в теплообменнике пар отделяют от воды в паросборнике и полученную таким образом воду направляют рециклом в теплообменник с помощью насоса. Область техники Настоящее изобретение относится к охлаждению кислоты, которую извлекают из абсорбционного аппарата установки по производству серной кислоты, где кислоту закачивают из резервуара насоса для перекачивания кислоты в теплообменник и затем снова подают в абсорбционной аппарат, вода как теплоноситель нагревается в теплообменнике теплом кислоты и, по меньшей мере частично, преобразуется в пар, и воду отделяют от пара. Серную кислоту обычно получают путем так называемого способа двойной абсорбции, как его описывают в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, vol. A25, p. 635-700. Диоксид серы(SO2), полученный как отработавший газ металлургических заводов или путем сжигания серы, превращают в триоксид серы (SO3) в многостадийном конвертере с помощью твердого катализатора, например с пентоксидом ванадия в качестве активного компонента. Полученный SO3 извлекают после контактных стадий конвертора и подают в промежуточный абсорбер или после последней контактной стадии конвертора в конечный абсорбер, в котором содержащий SO3 газ направляют противотоком в концентрированную серную кислоту и поглощают в ней. Абсорбция SO3 в серной кислоте представляет собой сильно экзотермический процесс, так что кислота нагревается и ее необходимо снова охлаждать. В то же время теплоту кислоты можно использовать для образования пара и извлечения энергии. Из-за температур заметно 140 С, которые существуют в течение абсорбции серной кислоты, охлаждение кислоты до сих пор осуществляли исключительно в испарителях типа парового котла, в которых горячая кислота протекает через U-образные трубки, проходящие через котел, наполненный водой в качестве теплоносителя. В данном случае циркуляция основана на принципе термосифона. Нагретая вода превращается в пар низкого давления и поднимается из-за более низкой плотности. Пар можно использовать в установке (см. Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry, loc. cit. p. 662). Хотя такие испарители типа парового котла обладают простой конструкцией и поэтому их можно производить с низкими затратами, для наполнения испарителя типа парового котла требуются большие количества воды. К тому же могут возникнуть проблемы, когда происходят утечки в контуре кислоты. Так как кислота утекает из труб в водяную емкость, получается большое количество высококоррозионной слабой кислоты, чья температура, к тому же, сильно возрастает из-за произведенной теплоты гидратации. Стойкость к коррозии сталей, используемых в системе, сильно падает при концентрации серной кислоты 99,1 мас.% (сталь 310SS) или 97,9 мас.% (сталь 3033). Существует угроза разрушения пучка труб или даже всего испарителя типа парового котла. К тому же смесь кислоты и воды можно разделить только несоразмерным усилием, так что на практике пользователь обычно вынужден полностью опорожнять одну или обе системы. Краткое описание изобретения Поэтому целью изобретения является обеспечение надежного охлаждения серной кислоты и увеличение безопасности установки. Эту задачу по существу решают в данном изобретении, в котором кислоту подают в межтрубное пространство теплообменника и воду подают в теплопередающие элементы, расположенные в межтрубном пространстве, и, по меньшей мере частично, превращают в пар так, что пар, образующийся в теплообменнике, отделяют от воды в паросборнике, и полученную таким образом воду направляют рециклом в теплообменник с помощью насоса. Так как в теплообменнике приводят в контакт с кислотой меньшее количество воды, чем в стандартном испарителе типа парового котла, количество воды, смешанной с кислотой, заметно уменьшается в случае утечки. Так как функции стандартного испарителя типа парового котла разделяются между отдельными элементами теплообменника, паросборника и рециркуляционного насоса, дополнительно облегчается техническое обслуживание в случае утечки. Контур воды и контур кислоты можно легко разделить. Чтобы дополнительно уменьшить опасности в контуре охлаждения кислоты, требуется быстрое обнаружение неисправности. Как только обнаруживают неисправность, подачу воды в теплообменник можно отключить и неисправность может быть устранена. Согласно изобретению прерывание подачи воды начинают, например, при измерении измененной концентрации кислоты. Для этого предусматривают различные пункты измерения, которые предпочтительно основаны на различных принципах измерения. В абсорбере, в частности, можно использовать способы, в которых определяют концентрацию кислоты посредством проводимости, в то время как на стадии охлаждения предпочтительно определяют скорость звука в среде или показатель преломления кислоты вокруг соответствующего теплообменника. Обилие используемых инструментов и принципов измерения обеспечивает возможность безопасного определения концентрации кислоты в любое время. Однако концентрацию кислоты можно эффективно использовать для обнаружения утечки, только когда это связано с паром технической воды. Вначале утечки обычно невелики, так что только небольшие количества воды поступают в контур кислоты. В результате концентрация кислоты уменьшается, но это компенсируется регулятором процесса так, что добавляется меньше технической воды. Чем больше становится утечка, тем больше заменяют технической воды путем утечки воды в теплообменнике. Таким способом поддерживают однородную концентрацию кислоты. Однако утечку в теплообменнике обнаруживают только, когда клапан технической воды полностью закрыт и концентрация кислоты все еще продолжает падать. В это время оборудование возможно уже несколько повреждено. Согласно изобретению подачу технической воды, загрузку установки и концентрацию кислоты поэтому контролируют одновременно. Согласно особенно предпочтительному аспекту изобретения температуру кислоты измеряют на впускном отверстии и на выпускном отверстии теплообменника и связывают с расходом теплоносителя,подаваемого в теплообменник. Посредством разницы температур ЛТ можно разработать тепловой баланс через теплообменник. Утечка в теплообменнике приводит к нарушению теплового баланса, так как вода поступает в контур кислоты и производит дополнительное тепло. Соотношение произведенного пара и тепла, произведенного в теплообменнике, изменяется, что может служить измеряемой переменной для прерывания потока воды. Чтобы проверить состав подпиточной воды испарителя, согласно изобретению измеряют ее проводимость сразу после теплообменника. Так как давление на стороне воды/пара теплообменника заметно выше давления на стороне кислоты, обычно не существует опасности поступления больших количеств кислоты в контур воды. Поэтому для контроля утечки это измерение можно использовать только в ограниченной степени. Это изобретение также относится к установке для выполнения описанного выше способа охлаждения кислоты, которую извлекают из абсорбционного аппарата установки по производству серной кислоты, с теплообменником, в который подают горячую кислоту из резервуара насоса для перекачивания кислоты с помощью насоса, и где теплоту передают от кислоты в теплоноситель, в частности в воду, с генератором пара, в котором пар генерируется из теплоносителя, и с обратным трубопроводом для, по меньшей мере, частичного направления рециклом охлажденной кислоты в абсорбционный аппарат. Согласно изобретению теплообменник представляет собой теплообменник с трубным пучком со множеством труб или плоский теплообменник со множеством пластин в качестве теплопередающих элементов,где теплообменник соединен с резервуаром насоса для перекачивания кислоты и обратным трубопроводом, а также посредством трубопровода с паросборником, в который подают нагретый теплоноситель из теплообменника и в котором образовавшийся пар отделяют от воды, и где паросборник соединен с теплообменником посредством трубопровода обратной подачи для обеспечения циркуляции воды. В первом воплощении изобретения межтрубное пространство теплообменника, окружающее передающие тепло элементы, соединено с резервуаром насоса для перекачивания кислоты и обратным трубопроводом, и передающие тепло элементы теплообменника соединены с трубопроводом обратной подачи и с паросборником. Альтернативно, согласно изобретению можно обеспечить соединение межтрубного пространства теплообменника, окружающего передающие тепло элементы, с трубопроводом обратной подачи и паросборником, и соединение передающих тепло элементов теплообменника с резервуаром насоса для перекачивания кислоты и обратным трубопроводом. В представленных согласно изобретению теплообменниках с трубным пучком или в плоских теплообменниках количество воды, которое необходимо подать в трубу, в пластину или в соответствующий объем межтрубного пространства, существенно ниже, чем в традиционно используемых испарителях типа парового котла из-за используемой в данном случае высокой плотности размещения компонентов. Таким образом, также уменьшается количество смеси воды и кислоты, получаемой в случае утечки. Согласно разработке по изобретению обеспечивают расположение теплообменника на более высоком уровне, чем резервуар насоса для перекачивания кислоты. Когда насос для перекачивания кислоты выключают, теплообменник таким образом опорожняется под действием силы тяжести без дополнительного воздействия. Не нужны дополнительные защитные устройства, которые должны были бы выдерживать контакт с горячей кислотой. Согласно изобретению трубопровод обратной подачи снабжен циркуляционным насосом, чтобы покачивать с усилием по замкнутой системе охлажденную воду. Для настройки оптимальной концентрации кислоты для функционирования абсорбера, в абсорбционном аппарате предпочтительно предусматривают смесительную камеру в обратном трубопроводе, в которой направленную рециклом кислоту смешивают с подпиточной технической водой. Между теплообменником и паросборником и/или в трубопроводе обратной подачи целесообразно обеспечить отсечный клапан, чтобы отделить теплообменник от контура воды при возникновении неисправности и для поддержания работоспособности. Согласно изобретению прекращение подачи воды в теплообменник осуществляют, например, после обнаружения утечки, поэтому пункты измерения температуры для регистрации температуры кислоты предусматривают перед теплообменником и позади него и/или для регистрации концентрации кислоты предусматривают пункты измерения концентрации перед теплообменником и/или абсорбером. Когда согласно разработке по изобретению обеспечивают множество параллельных друг другу теплообменников, один из теплообменников можно отделить от остальных и ремонтировать или сохранять на случай неисправности или текущего ремонта, при этом другие продолжают функционировать. Таким образом, увеличивают технологическую гибкость установки и способствуют ее непрерывному действию. Дополнительные разработки, преимущества и возможные применения изобретения также можно вывести из следующего описания воплощения и чертежей. Все признаки, описанные или проиллюстрированные, исходя из сущности изобретения, сами по себе или в любом сочетании, не зависят от их включения в формулу изобретения или ссылки на них. Краткое описание чертежей На фиг. 1 схематически показана установка для выполнения способа по изобретению. На фиг. 2 показан график зависимости потоков технической воды и подпиточной воды испарителя в зависимости от загрузки установки. На фиг. 3 показан график зависимости потоков технической воды и подпиточной воды испарителя в зависимости от размера утечки. Подробное описание предпочтительного воплощения Как можно видеть из технологической схемы способа по изобретению, показанной на фиг. 1, газообразный триоксид серы из непоказанного конвертора для превращения SO2 в SO3 вводят в абсорбер 2 Вентури (Venturi) параллельным потоком с концентрированной серной кислотой, подаваемой через трубопровод 1, и он частично поглощается горячей кислотой, концентрация которой таким образом повышается. Через трубопровод 3 неабсорбированный триоксид серы вводят в промежуточный абсорбер 4, в котором его перемещают противотоком в концентрированную серную кислоту для дополнительной абсорбции. Неабсорбированный триоксид серы извлекают из верхней части промежуточного абсорбера 4 и подают в непоказанную стадию каталитического превращения, при этом обогащенную серную кислоту извлекают со дна, частично удаляют как продукт или используют другим способом в установке, и после разбавления водой в резервуаре 5 насоса для перекачивания кислоты и охлаждения в теплообменнике 6 остаток направляют рециклом с помощью насоса 7 через трубопровод 8 в промежуточный абсорбер 4. Серную кислоту, извлеченную со дна абсорбера 2 Вентури, подают в резервуар 9 насоса для перекачивания кислоты и вводят из него с помощью насоса 10 через трубопровод 11 в межтрубное пространство 12 теплообменника 13, расположенное на более высоком уровне, в котором кислота охлаждается с помощью воды, служащей в качестве теплоносителя. Теплообменник 13 предпочтительно представляет собой теплообменник с трубным пучком со множеством проводящих воду труб 14, служащих в качестве передающих тепло элементов; так в данном случае можно сочетать особенно хорошую передачу тепла с относительно небольшим объемом теплоносителя. Альтернативно, можно использовать плоский теплообменник. Через трубопровод 15 охлажденная кислота протекает в смесительную камеру 16, в которой ее концентрацию настраивают до требуемого значения с помощью подпиточной технической воды, подаваемой через трубопровод 17 до того, как серную кислоту подают в абсорбер 2 Вентури. Часть кислоты можно отобрать через трубопровод 18 и подать в резервуар 5 насоса для перекачивания кислоты промежуточного абсорбера 4. Повышенную температуру кислоты можно использовать для нагревания подпиточной технической воды в теплообменнике 19. Подпиточную воду подают через трубопровод 20 и после нагревания в теплообменнике 19 разделяют на поток технической подпиточной воды трубопровода 17, который подают в смесительную камеру 16, и поток, подаваемый в паросборник 22 через трубопровод 21. Подпиточную воду испарителя извлекают из указанного паросборника через трубопровод 23 обратной подачи и подают в теплообменник 13 с помощью циркуляционного насоса 24. В теплообменнике 13 подпиточную воду испарителя проводят параллельным потоком с горячей серной кислотой, подаваемой из резервуара 9 насоса для перекачивания кислоты, и нагревают ее так, что образуется смесь воды и пара, которую подают через трубопровод 25 в паросборник 22, в котором ее отделяют. Пар извлекают через трубопровод 26, при этом воду направляют рециклом в теплообменник 13. Серная кислота соответственно охлаждается в теплообменнике 13. Хотя на чертеже показано параллельное охлаждение, конечно, в области защиты изобретения находится проведение кислоты и охлаждающей воды противотоком. Это не оказывает влияния на оставшуюся конструкцию установки. Так как в теплообменнике приводят в контакт с кислотой меньше воды, чем в стандартном испарителе типа парового котла, в случае утечки заметно уменьшается количество воды, смешивающейся с кислотой. В системе теплообменника с пучком труб по изобретению, которая сравнима в показателях охлаждающей способности, содержится примерно 2 м 3 воды (примерно 36 м 3 кислоты), при этом стандартный испаритель типа парового котла содержит примерно 10 м 3 воды (примерно 30 м 3 кислоты). В случае полного перемешивания воды и кислоты (наихудший случай) в конфигурации по изобретению это приводит к разбавлению серной кислоты, подаваемой из абсорбера с концентрацией примерно 99 мас.% и температурой примерно 200 С до концентрации 95,6 мас.% и увеличению температуры до 230 С, в то время как в случае утечки в стандартном испарителе типа парового котла кислота разбавляется до 81 мас.% и температура возрастает до 274 С. Такая серная кислота обладает восстанавливающим действием и является сильно коррозионной. Так как материалы теплообменника разрабатывают для действия в условиях окисляющего воздействия серной кислоты с концентрацией 90 мас.%, очень быстро возникают значительные повреждения. В трубопроводах 23, 25 предусмотрены отсечные клапаны 30, 31, с помощью которых теплообменник 13 можно отделить от контура воды, например, для текущего ремонта и восстановления. Воду из теплообменника 13 можно удалить через отводной трубопровод 27. Так как теплообменник 13 расположен выше резервуара 9 насоса для перекачивания кислоты, кислота автоматически вытекает назад в резервуар 9 насоса для перекачивания кислоты под действием только силы тяжести, когда насос 10 отключен, причем данный резервуар 9 насоса для перекачивания кислоты имеет кислотоустойчивое покрытие, подобно абсорберам 2, 4 и резервуару 5 насоса для перекачивания кислоты. Можно не включать дополнительные механические дренажные средства. К тому же пользователь не подвергается воздействию горячей кислоты. На впускном и выпускном отверстиях теплообменника 13 температуру кислоты измеряют посредством датчиков 32, 33. Помимо этого, в контуре кислоты предусматривают множество пунктов 34, 35 измерения концентрации, которые используют для определения концентрации кислоты на впуском отверстии теплообменника 13 и на впускном отверстии абсорбера 2 Вентури соответственно. На впуском отверстии абсорбера 2 Вентури предпочтительно измеряют проводимость кислоты, в то время как на впускном отверстии теплообменника 13 измеряют скорость звука в кислоте или ее показатель преломления. В силу обилия пунктов и принципов измерения обеспечивают надежное регулирование концентрации кислоты, которую, при необходимости, можно настраивать путем подачи подпиточной технической воды через трубопровод 17 или кислоты из резервуара 9 насоса для перекачивания кислоты через трубопровод 28. Из измерения температуры с помощью датчиков 32, 33 на впуском и выпускном отверстиях теплообменника 13 можно вычислить количество теплоты, передаваемой в воду. Разницу температур ЛТ через теплообменник можно выразить как функцию подпиточной воды теплообменника. Эта функция представляет тепловой баланс через теплообменник и представляет собой почти неизменную кривую, которая не зависит от загрузки установки и других условий способа. Утечка в теплообменнике приводит к нарушению теплового баланса, так как вода поступает в контур кислоты и производит дополнительное тепло. Изменяется соотношение полученного пара и тепла, произведенного в теплообменнике, что может служить измеряемой переменной для прерывания потока воды. Объемные расходы воды, выгружаемые и вводимые одинаковым образом, можно использовать для обнаружения утечки, так как они находятся в равновесии в стационарном режиме. В случае нормального функционирования поток подпиточной воды испарителя и поток технической воды представляют собой линейные кривые в зависимости от загрузки установки, как показано на фиг. 2. В случае утечки температура возрастает из-за поступления воды в кислоту, из-за чего требуется больше воды в контуре охлаждения. В то же время концентрация кислоты уменьшается, так что меньше технической воды подмешивается к кислоте. Это показано на фиг. 3. В зависимости от размера утечки потребность в подпиточной воде испарителя возрастает, при этом скорость подачи технической воды снижается. Согласно изобретению поток подпиточной воды испарителя связывают с загрузкой установки. Когда превышается фиксированный аварийный уровень, насос 10 для перекачивания кислоты отключают и теплообменник 13 отделяют от контура воды, чтобы можно было выполнить необходимый ремонт. Когда обеспечивают несколько параллельных теплообменников 13, может действовать один теплообменник, в то время как другие подвергают текущему ремонту или восстановлению. В описанном воплощении кислоту подают в межтрубное пространство 12 и охлаждающую воду подают в трубы 14 или пластины теплообменника 13. Однако изобретение также охватывает обратный случай, в котором охлаждающую воду подают в межтрубное пространство 12 и кислоту подают в трубы 14 или пластины теплообменника 13. Даже если температура кислоты на выпуском отверстии промежуточного абсорбера 4 обычно слишком низкая из-за более низкого количества поглощенного SO3, для экономически выгодного использования с целью извлечения энергии для промежуточного абсорбера 4 также в принципе может быть предусмотрено описанное выше устройство для контура охлаждения абсорбера 2 Вентури. Подобным образом, вместо абсорбера 2 Вентури на первой стадии абсорбции также можно использовать абсорбционную колонну противоточного действия, аналогичную промежуточному абсорберу 4. Также можно пропустить вторую стадию абсорбции. Список номеров позиций на чертежах 1 - трубопровод; 2 - абсорбер Вентури; 3 - трубопровод; 4 - промежуточный абсорбер; 5 - резервуар насоса для перекачивания кислоты; 6 - теплообменник; 7 - насос; 8 - трубопровод; 9 - резервуар насоса для перекачивания кислоты; 10 - насос; 11 - трубопровод; 12 - межтрубное пространство; 13 - теплообменник; 14 - труба; 15 - трубопровод; 16 - смесительная камера; 17, 18 - трубопровод; 19 - теплообменник; 20, 21 - трубопровод; 22 - паросборник; 23 - трубопровод обратной подачи; 24 - циркуляционный насос; 25, 26 - трубопровод; 27 - отводной трубопровод; 28 - трубопровод; 30, 31 - отсечные клапаны; 32, 33 - датчики температуры 34, 35 - пункты измерения концентрации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ охлаждения кислоты, которую извлекают из абсорбционного аппарата установки по получению серной кислоты, в котором кислоту закачивают из резервуара насоса для перекачивания кислоты в теплообменник и затем снова подают в абсорбционный аппарат, воду в качестве теплоносителя нагревают в теплообменнике теплом кислоты и, по меньшей мере частично, превращают в пар, затем воду отделяют от пара, отличающийся тем, что кислоту подают в межтрубное пространство теплообменника и воду подают в элементы теплообменника, расположенные в межтрубном пространстве, и, по меньшей мере частично, превращают в пар, при этом образованный в теплообменнике пар отделяют от воды в паросборнике и полученную таким образом воду направляют рециклом в теплообменник с помощью насоса. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют температуру кислоты на впускном отверстии и выпускном отверстии теплообменника и/или концентрацию кислоты и связывают с расходом теплоносителя, подаваемого в теплообменник. 3. Установка для выполнения способа по любому из предыдущих пунктов, включающая теплообменник (13), в который подают горячую кислоту из резервуара (9) насоса для перекачивания кислоты с помощью насоса (10) и тепло передают от кислоты в воду, являющуюся теплоносителем, с генератором пара, в котором из воды образуется пар, и с обратным трубопроводом (15), по меньшей мере, для частичного направления рециклом охлажденной кислоты в абсорбционный аппарат, отличающаяся тем, что теплообменник (13) представляет собой теплообменник с пучком труб со множеством труб (14) или плоский теплообменник со множеством пластин в качестве передающих тепло элементов, при этом теплообменник (13) соединен с резервуаром (9) насоса для перекачивания кислоты и обратным трубопроводом(15) и через трубопровод (25) с паросборником (22), в который подают нагретый теплоноситель из теплообменника (13) и в котором образовавшийся пар отделяют от воды, и где паросборник (22) соединен с теплообменником (13) посредством трубопровода (23) обратной подачи для циркуляции воды. 4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что межтрубное пространство (12) теплообменника (13),окружающее передающие тепло элементы, соединено с резервуаром (9) насоса для перекачивания кислоты и обратным трубопроводом (15) и передающие тепло элементы теплообменника (13) соединены с трубопроводом (23) обратной подачи и с паросборником (22). 5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что межтрубное пространство (12) теплообменника (13),окружающее передающие тепло элементы, соединено с трубопроводом (23) обратной подачи и с паросборником (22) и передающие тепло элементы теплообменника (13) соединены с резервуаром (9) насоса для перекачивания кислоты и обратным трубопроводом (15). 6. Установка по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что теплообменник (13) расположен на более высоком уровне, чем резервуар (9) насоса для перекачивания кислоты. 7. Установка по любому из пп.3-6, отличающаяся тем, что в трубопроводе (23) обратной подачи предусмотрен циркуляционный насос (24). 8. Установка по любому из пп.3-7, отличающаяся тем, что в обратном трубопроводе (15) в абсорбционный аппарат (2) предусмотрена смесительная камера (16), в которой направленную рециклом кислоту смешивают с подпиточной технической водой. 9. Установка по любому из пп.3-8, отличающаяся тем, что между теплообменником (13) и паросборником (22) и/или в трубопроводе (23) обратной подачи предусмотрен отсечной клапан (30, 31). 10. Установка по любому из пп.3-8, отличающаяся тем, что перед теплообменником (13) и позади него предусмотрены пункты (32, 33) измерения температуры для регистрации температуры кислоты и/или пункты (34, 35) измерения концентрации предусмотрены перед теплообменником (13) и/или абсорбционным аппаратом (2) для регистрации концентрации кислоты. 11. Установка по любому из пп.3-10, отличающаяся тем, что предусмотрено множество теплообменников (13), параллельных друг другу.