De SO₃-dampomgeving
Zwavelzuurfabrieken zetten zwaveldioxide in de katalysator om in zwaveltrioxide en absorberen vervolgens de SO₃ in geconcentreerd zwavelzuur. De warmteterugwinningsapparatuur tussen de converter en de absorber verwerkt gasstromen die SO₃, waterdamp en zwavelzuurmist bevatten. Bij temperaturen onder het dauwpunt combineert de SO₃ zich met water en vormt een zwavelzuuraerosol-een van de meest corrosieve industriële omgevingen.
Metalen warmtewisselaars in SO₃-bedrijf vereisen een zorgvuldige temperatuurregeling om boven het zuurdauwpunt te blijven. Als het gas afkoelt tot onder het dauwpunt, condenseert zuur op het oppervlak en tast het metaal aan. Roestvrij staal en zelfs legeringen met een hoog-nikkelgehalte corroderen snel in het geconcentreerde zuur dat condenseert uit SO₃-damp. De uitdaging om de temperatuur te beheersen wordt nog moeilijker gemaakt door het eigen koeleffect van de warmtewisselaar.-Het oppervlak is altijd kouder dan het bulkgas.
PTFE is immuun voor SO₃, zwavelzuur en oleum bij alle concentraties tot 260 graden. Het materiaal vereist geen dauwpuntbeheer. Zuurcondensatie op het oppervlak veroorzaakt geen corrosie.
De zuurdauwpuntuitdaging voor metalen
Het zwaveltrioxide in de gasstroom combineert met waterdamp tot zwavelzuurdamp: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Het zwavelzuur condenseert bij het zuurdauwpunt-doorgaans 120-180 graden, afhankelijk van de SO₃- en waterconcentraties. Om condensatie op metalen oppervlakken te voorkomen, moeten de gastemperatuur en de temperatuur van het metalen oppervlak beide boven het dauwpunt blijven.
Het oppervlak van de warmtewisselaar is altijd koeler dan het bulkgas.-Dit is de fundamentele vereiste voor warmteterugwinning. Om het oppervlak boven het dauwpunt te houden is een klein temperatuurverschil nodig (waardoor de efficiëntie van de warmteterugwinning afneemt) of een hoge gasinlaattemperatuur (die mogelijk niet beschikbaar is). Het praktische compromis resulteert vaak in enige zure condensatie en de daaruit voortvloeiende corrosie.
PTFE elimineert de dauwpuntbeperking. Het materiaal is immuun voor het gecondenseerde zuur. De warmtewisselaar kan werken met een zo groot temperatuurverschil als het proces vereist, waardoor de warmteterugwinning wordt gemaximaliseerd zonder het risico van zuurcondensatiecorrosie.
| SO₃-serviceparameter | Roestvrij staal 316 | Legering 20 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Beheer van zuurdauwpunten vereist | Ja | Ja | Nee |
| Corrosiesnelheid in gecondenseerd H₂SO₄ uit SO₃ | Streng | Gematigd | 0 |
| Maximale veilige bedrijfstemperatuur (graden) | ~200 (afhankelijk van het dauwpunt) | ~250 | 260 |
| Beperking van de efficiëntie van de warmteterugwinning | Ja (temperatuurverschil beperkt) | Ja | Nee |
De verbetering van het energieherstel
De mogelijkheid om de PTFE-warmtewisselaar bij een groot temperatuurverschil te laten werken verbetert de warmteterugwinning uit de SO3-gasstroom. Er wordt meer warmte opgevangen voor stoomopwekking of voorverwarming van het voedingswater. De verbeterde energieterugwinning vermindert het brandstofverbruik en de CO2-uitstoot van de fabriek. De economische waarde van de extra warmteterugwinning, gedurende de levensduur van de installatie, is aanzienlijk-en overtreft vaak vele malen de kosten van de warmtewisselaar.
De operationele eenvoud
Een PTFE-warmtewisselaar vereist geen dauwpuntbewaking, geen regeling van de minimale oppervlaktetemperatuur en geen nooduitschakellogica voor zure condensatiegebeurtenissen. De operationele eenvoud vermindert de complexiteit van het besturingssysteem en elimineert een storingsmodus. De operators kunnen zich concentreren op het proces en niet op het beschermen van de warmtewisselaar tegen condensatie.
Samenvatting
PTFE-warmtewisselaars overleven zwaveltrioxidedamp in de warmteterugwinning van zwavelzuurfabrieken door immuniteit tegen SO₃, zwavelzuur en oleum. Het materiaal elimineert de beperking van het zuurdauwpunt die de prestaties van de metalen wisselaar beperkt. Het rendement van de warmteterugwinning verbetert door grotere temperatuurverschillen. De operationele eenvoud vermindert de complexiteit van het besturingssysteem. Voor energieterugwinning uit zure installaties biedt PTFE zowel betrouwbaarheid als procesefficiëntie.
Technische ondersteuning voor de specificaties van de PTFE-warmtewisselaar van zure installaties is beschikbaar na indiening van de gassamenstelling, de SO₃-concentratie, de bedrijfstemperaturen en de huidige praktijken voor corrosie- en dauwpuntbeheer.
