[发明专利]从热原料气中冷凝三氧化硫的方法和装置

说明书

本发明涉及从含三氧化硫的热原料气中冷凝三氧化硫的方法和装置。这种方法经常用来从含三氧化硫的气体中分离和回收三氧化硫。

在技术领域中，三氧化硫通常是从发烟硫酸得到的，发烟硫酸也就是溶解了三氧化硫的浓硫酸。为此目的，首先在蒸发器中将溶解于发烟硫酸中的三氧化硫从发烟硫酸中排出，然后在冷凝装置中通过冷凝将三氧化硫从生成的富含三氧化硫的气体混合物中冷凝分离出来。为了生产富含三氧化硫的原料气，传统上，将游离三氧化硫浓度为28～64wt％的发烟硫酸贫化为游离SO₃浓度为5～30wt％的发烟硫酸。对于蒸发器，经常使用来自硫酸工厂的工艺气或来自热空气发生器的热空气作载热介质。由于发烟硫酸的存量比较低，蒸发器经常设计成降膜装置，其中，与其它类型的蒸发器相比，由于连续操作，气流夹带的液滴较少，因此所述富含三氧化硫的气体含有较少的杂质。

为了从富含三氧化硫的热原料气中冷凝三氧化硫，通常使用以水作冷却介质的管壳式或降膜换热器形式的冷凝装置，其中首先将原料气冷却到饱和蒸汽温度，随后SO₃从该冷却的原料气中冷凝下来。但是，在冷凝装置中使用水作为冷却介质涉及一些安全风险，例如在损坏的情况下，冷却剂循环水能与三氧化硫混合并因此发生强放热反应。除此之外，冷凝装置的双重功能，即冷却富含SO₃的热原料气，和随后从冷却的原料气中冷凝三氧化硫，使得该冷凝装置没有最优的设计。

因此，本发明的根本目的是提供从含有三氧化硫的热原料气中冷凝气体三氧化硫的方法，该方法甚至在冷却剂循环损害的情况下也十分安全，该方法提供高纯度的液体三氧化硫，该高纯度的液体三氧化硫特别不含水和亚硝基硫酸，并且该方法可以根据能量效率进行最优操作。

根据本发明，该目的通过上面提到的方法实现，所述方法包括以下步骤：

a)在至少一个换热器中将原料气冷却至40～45℃，其中使用气体，优选空气，作为冷却介质，

b)将冷却的原料气导入冷凝装置中，

c)在冷凝装置中冷凝三氧化硫，其中使用对三氧化硫具有化学惰性的液体作冷却介质，和

d)从冷凝装置中取出冷凝的三氧化硫。

由于所述冷凝装置的上游提供了至少一个用于冷却热原料气的换热器，其中含SO₃的热原料气的冷却和三氧化硫的冷凝都按照已知方法实施，整个方法所需要的能量可显著降低，这是因为所述装置的至少两部分可以根据其各自的目的进行最优化设计。在换热器中，除去了所有露点为50～120℃的组份，因此通过本发明的方法得到高纯度的液体三氧化硫，该高纯度的液体三氧化硫至少基本上不含水和其它杂质诸如氮氧化物。此外，由于省略了作为冷却剂的水，实现了安全的方法。因为甚至在冷却剂循环损害的情况下也不会发生冷却介质和三氧化硫之间的显著的放热反应。而且，在冷凝装置上游提供的换热器中使用气体作冷却介质，这为从用于加热目的的换热器中所排出的冷却气提供了应用，其中用于加热目的的换热器在本方法中所使用的装置的其它部分中或在其它装置如常规硫酸装置中。整体上，本发明的方法由此提供了高纯度液体三氧化硫的安全和廉价的生产方法。

原则上，本发明的方法可用于从所有含有三氧化硫的热气体中冷凝三氧化硫，而与其中的SO₃浓度和可能的杂质的种类和数量无关。然而，当通过在蒸发器中加热溶解的三氧化硫浓度为28～64wt％的发烟硫酸所产生的混合气作为原料气时，可以得到特别良好的结果。在这种情况下，对硫酸装置的下游冷凝装置的安排将变得方便。

根据本发明的开发，建议在将原料气导入冷凝装置前，串联连接用于冷却原料气的两个换热器。这样，该方法可容易控制，因此在第一换热器中通过冷凝特别可靠地除去原料气中的杂质，特别是露点为50～120℃的杂质，和在第二换热器中将富含三氧化硫的气体调整到用于最终冷凝的最佳温度以获得液体三氧化硫。从而得到品质特别高的液体三氧化硫。

根据本发明另一个具体的实施方案，在第一和第二换热器中都使用对三氧化硫具有化学惰性的气体，优选空气，作为冷却介质。其结果是，一方面可靠地避免了不希望发生的原料气和冷却介质之间的反应(该反应会损害冷却剂装置)，和另一方面，加热了的冷却气可以在本装置其它部分中作为加热气体，且因此可以减少本方法所需要的能量。

当第一换热器逆流操作且冷却介质的入口温度为25～35℃时，得到特别有效的方法。