L’environnement des vapeurs de SO₃
Les usines d'acide sulfurique convertissent le dioxyde de soufre en trioxyde de soufre dans le convertisseur catalytique, puis absorbent le SO₃ dans l'acide sulfurique concentré. L'équipement de récupération de chaleur entre le convertisseur et l'absorbeur gère les flux gazeux contenant du SO₃, de la vapeur d'eau et du brouillard d'acide sulfurique. À des températures inférieures au point de rosée, le SO₃ se combine à l'eau pour former un aérosol d'acide sulfurique-l'un des environnements industriels les plus corrosifs.
Les échangeurs de chaleur métalliques en service SO₃ nécessitent un contrôle minutieux de la température pour rester au-dessus du point de rosée acide. Si le gaz refroidit en dessous du point de rosée, l'acide se condense à la surface et attaque le métal. L'acier inoxydable et même les alliages à haute teneur en nickel se corrodent rapidement dans l'acide concentré qui se condense à partir de la vapeur de SO₃. Le défi du contrôle de la température est rendu plus difficile par le propre effet de refroidissement de l'échangeur de chaleur - la surface est toujours plus froide que le gaz en vrac.
Le PTFE est immunisé contre le SO₃, l'acide sulfurique et l'oléum à toutes les concentrations jusqu'à 260 degrés. Le matériau ne nécessite pas de gestion du point de rosée. La condensation acide sur la surface ne provoque aucune corrosion.
Le défi du point de rosée acide pour les métaux
Le trioxyde de soufre présent dans le flux gazeux se combine à la vapeur d'eau pour former de la vapeur d'acide sulfurique : SO₃ + H₂O → H₂SO₄. L'acide sulfurique se condense au point de rosée acide -généralement entre 120 et 180 degrés en fonction des concentrations de SO₃ et d'eau. Pour éviter la condensation sur les surfaces métalliques, la température du gaz et la température de la surface métallique doivent rester toutes deux supérieures au point de rosée.
La surface de l'échangeur de chaleur est toujours plus froide que le gaz en vrac-c'est la condition fondamentale pour la récupération de chaleur. Maintenir la surface au-dessus du point de rosée nécessite soit une petite différence de température (réduisant l'efficacité de la récupération de chaleur), soit une température d'entrée de gaz élevée (qui peut ne pas être disponible). Le compromis pratique entraîne souvent une certaine condensation acide et la corrosion qui en résulte.
Le PTFE élimine la contrainte du point de rosée. Le matériau est insensible à l'acide condensé. L'échangeur de chaleur peut fonctionner avec une différence de température aussi importante que le processus l'exige, maximisant ainsi la récupération de chaleur sans risque de corrosion par condensation acide.
| Paramètre de service SO₃ | Acier inoxydable 316 | Alliage 20 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Gestion du point de rosée acide requise | Oui | Oui | Non |
| Taux de corrosion dans H₂SO₄ condensé à partir de SO₃ | Grave | Modéré | 0 |
| Température de service maximale sûre (degré) | ~200 (en fonction du point de rosée) | ~250 | 260 |
| Limitation de l’efficacité de la récupération de chaleur | Oui (différence de température limitée) | Oui | Non |
L'amélioration de la récupération d'énergie
La possibilité de faire fonctionner l'échangeur de chaleur en PTFE à une grande différence de température améliore la récupération de chaleur du flux gazeux SO₃. Une plus grande quantité de chaleur est captée pour la génération de vapeur ou le préchauffage de l'eau d'alimentation. La récupération d'énergie améliorée réduit la consommation de carburant et les émissions de carbone de l'usine. La valeur économique de la récupération de chaleur supplémentaire, sur la durée de vie de l'installation, est substantielle- dépassant souvent plusieurs fois le coût de l'échangeur de chaleur.
La simplicité opérationnelle
Un échangeur de chaleur en PTFE ne nécessite aucune surveillance du point de rosée, aucun contrôle minimum de la température de surface et aucune logique d'arrêt d'urgence en cas d'événements de condensation acide. La simplicité opérationnelle réduit la complexité du système de contrôle et élimine un mode de défaillance. Les opérateurs peuvent se concentrer sur le processus et non sur la protection de l'échangeur thermique de la condensation.
Résumé
Les échangeurs de chaleur en PTFE survivent aux vapeurs de trioxyde de soufre lors de la récupération de chaleur dans les usines d'acide sulfurique grâce à leur immunité au SO₃, à l'acide sulfurique et à l'oléum. Le matériau élimine la contrainte de point de rosée acide qui limite les performances de l'échangeur métallique. L’efficacité de la récupération de chaleur s’améliore grâce à des différences de température plus importantes. La simplicité opérationnelle réduit la complexité du système de contrôle. Pour la récupération d'énergie dans les usines d'acide, le PTFE offre à la fois fiabilité et efficacité du processus.
Une assistance technique pour les spécifications des échangeurs de chaleur en PTFE des usines acides est disponible sur soumission de la composition du gaz, de la concentration de SO₃, des températures de fonctionnement et des pratiques actuelles de gestion de la corrosion et du point de rosée.
