Конденсатор серы

Изобретение относится к производству серы и может найти применение при изготовлении конденсатора серы.

В патенте США №4526590 описаны способ и устройство для извлечения пара серы из газа процесса Клауса. С этой целью технологический газ охлаждают на холодной поверхности в теплообменнике для осаждения большей части пара серы в виде твердой формы. Время от времени путем нагрева твердую серу удаляют из теплообменника. Во время этого нагрева осажденная сера переходит в жидкую фазу, после чего сера вытекает из теплообменника. Во второй охлаждающей секции конденсируется присутствующий в технологическом газе водяной пар.

Кроме того факта, что этот способ сложен, существует недостаток, заключающийся в том, что конденсация технологической воды приводит к серьезным проблемам с коррозией и закупоркой оборудования. В соответствии с этим способ по патенту США №4526590 не внедрен в практику.

В патентах США №2876070 и 2876071 описан способ, аналогичный описанному в патенте США №4526590, однако без конденсации водяного пара. Установки, используемые в этих процессах, отличаются наличием запорных вентилей, которые периодически открывают. Когда запорные вентили находятся в закрытом положении, используемый теплообменник может быть выведен из процесса с целью удаления твердой серы из труб теплообменника путем нагрева до температуры выше точки плавления серы.

Недостаток этих способов заключается в присутствии запорных вентилей в магистралях используемых установок. Такие запорные вентили приводят к высоким инвестиционным затратам, вызывают перепад давления, приводят к проблемам при работе и обслуживании, а также они подвержены поломкам.

Вследствие проблем, связанных с известными способами, в которых используется осаждение твердой серы, а более конкретно проблем с закупоркой, сложилось преобладающее мнение, что обрабатываемый газовый поток, в котором содержится оставшаяся сера, следует охлаждать до температуры по меньшей мере более высокой, чем точка затвердевания серы. В этом случае сера переходит в жидкую форму. Путем обеспечения того, что теплообменник наклонен под углом к горизонтальной плоскости, жидкая сера может стекать вниз в грязеотстойник. В этих обычных устройствах для конденсации серы жидкая сера стекает в сопутствующем газу потоке.

Если используется такой способ конденсации, из обрабатываемого газа удаляется не вся сера. Это в основном связано с более высоким давлением паров серы в жидком состоянии по сравнению с давлением паров серы в твердом состоянии. В случае серы в жидком состоянии давление паров выше примерно в 10 раз. Если говорить цифрами, давление паров серы падает от 8 Па при 130°C до 0,7 Па при 100°C.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ и устройство для удаления элементарной серы, присутствующей в газе в форме пара и/или увлеченных частиц, в котором обрабатываемый газ охлаждают до температуры между точкой конденсации паров воды и 120°C. Обрабатываемый газ с температурой 120-300°C вводят в теплообменник в его нижнюю часть и с помощью температуры и/или скорости течения охлаждающей среды обеспечивают температуру стенки теплообменника ниже точки отвердевания серы и выше точки конденсации воды, если какое-либо количество таковой присутствует в газе. Осажденная сера удаляется под действием гравитации в противоточном с обрабатываемым газом потоке. Процесс осуществляют в трубчатом или пластинчатом теплообменнике, расположенном вертикально или наклонно (патент РФ №2102121, кл. B01D 53/48, опубл. 20.01.1998 - прототип).

Недостатком известного технического решения является неполное удаление серы из газа.

В предложенном изобретении решается задача обеспечения полного удаления серы из газа.

Задача решается тем, что в конденсаторе серы, включающем трубчатый теплообменник, согласно изобретению трубчатый теплообменник расположен горизонтально, на выходе из трубного пространства трубчатого теплообменника расположена приемная камера, в верхней части которой размещен выходной штуцер газа и сетка, подогреваемая посредством змеевика, заполненного теплоносителем, а в нижней части вертикально под сеткой расположен выходной штуцер серы с кожухом, заполненным теплоносителем, межтрубное пространство трубчатого теплообменника заполнено теплоносителем, при этом в качестве теплоносителя межтрубное пространство трубчатого теплообменника, змеевик и кожух заполнены водным раствором диэтиленгликоля с рабочей температурой 120°C на входе в межтрубное пространство трубчатого теплообменника и 180°C на выходе из межтрубного пространства трубчатого теплообменника, выход из межтрубного пространства трубчатого теплообменника соединен со входом в змеевик подогрева сетки и со входом в кожух обогреваемого выходного штуцера, выходы из змеевика подогрева сетки и из кожуха обогреваемого выходного штуцера соединены с установкой термической подготовки теплоносителя, а установка подготовки теплоносителя соединена с входом в межтрубное пространство трубчатого теплообменника.

Сущность изобретения

В существующих технических решениях, посвященных отделению серы от серосодержащего газа, возникают две проблемы: сера или закупоривает трубы теплообменника, или не полностью отделяется от газа, в результате часть серы уносится вместе с газом. При этом не обеспечивают полного отделения серы ни наклонные, ни вертикальные теплообменники, ни подбор температуры охлаждения серы в теплообменнике. В предложенном изобретении решается задача обеспечения полного удаления серы из газа. Задача решается конденсатором серы, представленным на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлен общий вид конденсатора серы.

Конденсатор серы состоит из трубчатого теплообменника 1 с распределительной камерой 2 трубного пространства в виде пучка труб 3, штуцером 4 распределительной камеры, межтрубного пространства 5, образованного корпусом 6 трубчатого теплообменника с входным штуцером 7 и выходным штуцером 8. На выходе из трубного пространства 3 трубчатого теплообменника 1 расположена приемная камера 9, в верхней части которой расположен выходной штуцер газа 10 и размещена сетка 11, подогреваемая посредством змеевика 12, заполненного теплоносителем 13, а в нижней части приемной камеры 9 вертикально под сеткой 11 расположен выходной штуцер серы 14 с кожухом 15, заполненным теплоносителем 13. Межтрубное пространство 5 трубчатого теплообменника 1 заполнено теплоносителем 13. В качестве теплоносителя использован водный раствор диэтиленгликоля предпочтительно 50%-ной концентрации с рабочей температурой 120°C на входе в межтрубное пространство 5 в районе входного штуцера 7 и 180°C на выходе из межтрубного пространства 5 в районе выходного штуцера 8. Выходной штуцер 8 из межтрубного пространства 5 соединен трубопроводом 16 со входом 17 в змеевик 12 подогрева сетки 11 и трубопроводом 18 со входом 19 в кожух 15 выходного штуцера серы 14. Выход 20 из змеевика 12 подогрева сетки 11 и выход 21 из кожуха 15 выходного штуцера серы 14 соединены трубопроводами соответственно 22 и 23 со входом в установку термической подготовки теплоносителя 24. Выход 25 из установки подготовки теплоносителя 24 соединен с входным штуцером 7 корпуса 6, т.е. входом в межтрубное пространство 5 трубчатого теплообменника 1, трубопроводом 26.

Каркас сетки 11 представляет собой пакет из нарубленных по размеру фильтрующего каркаса листов и уложенных полистно вокруг змеевика 12. Сетка 11 уложена между листами каркаса, стальная из низкоуглеродистой термически необработанной проволоки плетеная одинарная с квадратной ячейкой 15×15 мм с диаметром проволоки 2,0 мм.

На фиг. 2 представлен общий вид трубчатого теплообменника.

На фиг. 2 трубчатый теплообменник 1 состоит из решетки трубной большого диаметра 27, поперечных перегородок 28, соединенных стяжками 29 и дистанционными трубками 30, а также трубами 3, установленными в отверстия 31 поперечных перегородок 28, и решетки трубной малого диаметра 32. Корпус 6 состоит из решетки трубной малого диаметра 32, сваренной с кожуховой трубой 33.

Предложенная конструкция теплообменника позволяет создать строго параллельное расположение элементов теплообменника и тем самым исключить осаждение серы в трубах 3.

Сборку корпуса 6 с пучком труб 3 выполняют, когда трубная решетка большего диаметра 27 пучка труб 3 выставлена вертикально и закреплена неподвижно в удерживающем приспособлении 34, а каркас из поперечных перегородок 28 стяжек 29, дистанционных труб 30 в сборе с трубами 3 установлен на опорную поверхность 35. При сборке открытым торцом кожуховой трубы 33 корпус 6 совмещают с пучком труб 3 до момента касания труб 3 решетки трубной малого диаметра 32. На следующем этапе устанавливают соосность каждой трубы 3 с отверстиями в трубной решетке малого диаметра 32 и выполняют замыкающий сварной шов 36 решетки трубной большого диаметра 27 с кожуховой трубой 33.

Применение описанной конструкции и технологии сборки позволяет полностью избежать изгибающих моментов, возникающих от веса решетки большого диаметра 27, выполнение качественного замыкающего сварного шва 36, чем достигается соосность при сборке пучка труб 3 с корпусом 6 конденсатора серы.

Конденсатор серы работает следующим образом.

Теплоноситель, охлажденный в установке подготовки теплоносителя 24 до 120°C, через выход 25 из установки подготовки теплоносителя 24 по трубопроводу 26 поступает через входной штуцер 7 корпуса 6 в межтрубное пространство 5 трубчатого теплообменника 1, проходит между трубами 3, нагревается до 180°C, проходит через выходной штуцер 8 из межтрубного пространства 5 и по трубопроводу 16 через вход 17 проходит в змеевик 12 подогрева сетки 11. Одновременно по трубопроводу 18 через вход 19 проходит в кожух 15 выходного штуцера серы 14. В змеевике 12 и кожухе 15 теплоноситель нагревает змеевик 12 и соответственно сетку 11 и выходной штуцер серы 14. Далее через выход 20 из змеевика 12 подогрева сетки 11 и выход 21 из кожуха 15 выходного штуцера серы 14, трубопроводы 22 и 23 теплоноситель поступает на охлаждение в установку термической подготовки теплоносителя 24.

Сернистый газ с рабочим давлением 0,015 МПа и рабочей температурой 215°C через штуцер 4 поступает в распределительную камеру 2, распределяется по трубам 3, проходит внутри труб 3, охлаждается до 120°C за счет контакта труб 3 с теплоносителем 13 в межтрубном пространстве 5, образуя кислотный газ и конденсат серы в жидком состоянии. Кислотный газ и сера в жидком состоянии поступают в приемную камеру 9. Поток кислотного газа в трубах 3 вытесняет жидкую серу из труб 3 в приемную камеру 9. За счет соосности труб 3 вся сера равномерно вытесняется из труб 3 в приемную камеру 9. В приемной камере 9 газ поднимается вверх, фильтруется, проходя через подогреваемую змеевиком 12 сетку 11, и выходит из штуцера газа 10. Отфильтрованные сеткой 11 частички серы расплавляются за счет подогрева сетки 11 змеевиком 12 и стекают вниз, попадая в выходной штуцер серы 14. Жидкая сера из труб 3 стекает в приемную камеру 9 и далее в выходной штуцер серы 14, соединенный с бункером серы (не показан). Для исключения застывания жидкой серы выходной штуцер серы 14 снабжен подогреваемым кожухом 15.

Теплоноситель используется как охладитель для охлаждения газа в трубах 3 и как теплоноситель для нагрева сетки 11 и выходного штуцера серы 14.

В результате удается полностью разделить сернистый газ и серу, исключить закупоривание труб и прочих элементов конденсатора серой, исключить унос серы сернистым газом.

Конденсатор серы, включающий трубчатый теплообменник, отличающийся тем, что трубчатый теплообменник расположен горизонтально, на выходе из трубного пространства трубчатого теплообменника расположена приемная камера, в верхней части которой размещена сетка, подогреваемая посредством змеевика, заполненного теплоносителем, а в нижней части вертикально под сеткой расположен выходной штуцер с кожухом, заполненным теплоносителем, межтрубное пространство трубчатого теплообменника заполнено теплоносителем, при этом в качестве теплоносителя межтрубное пространство трубчатого теплообменника, змеевик и кожух заполнены водным раствором диэтиленгликоля с рабочей температурой 120°C на входе в межтрубное пространство трубчатого теплообменника и 180°C на выходе из межтрубного пространства трубчатого теплообменника, выход из межтрубного пространства трубчатого теплообменника соединен со входом в змеевик подогрева сетки и со входом в кожух обогреваемого выходного штуцера, выходы из змеевика подогрева сетки и из кожуха обогреваемого выходного штуцера соединены с установкой термической подготовки теплоносителя, а установка подготовки теплоносителя соединена с входом в межтрубное пространство трубчатого теплообменника.