Реактор для получения серной кислоты

 

1РЕЛКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ содержащий верт кальный дшшндрический корпус, Внутри которого размешена решетка с катализатором и тешюоб 1енниксхл, вводы для воды, водяного пара и оеры и выводы для прок дуктов реакции, отличающийся тем, что, с целью уменьшения металлоемкости и снижения энергетических раоходов , корпус снабжен установленным коаксиально с образованием кольцевого зазора цилиндром, в котором размегщена решетка с катализатором в теплообменником , и дополнительными бхладител$1мн, закрепленными в кольцевом зазоре.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН

09) Ш) Зю1) В 01 7 8/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3363288/23-26 (22) 10.12.81 (46) 23.03.83. Бюл. 34 11 (72) А.Г.Амелин, Н. Ф.Хрипунов, ....

И. П.Мухин, Г.М. Семенов и В.Я. Дроздов ский

I (71) Московский ордена Ленина и ордена

Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д. И.Менделеева и Воскресенское производственное объединение Минудобрения им. В.В. Куй бы шева (53) 66 + 97 (688.8) (56) 1. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. Л., Химия", 1971.

2. Катализ в кипящем слое. Под ред.

И.П.Мухленова. Л., Химия, 1971, с. 152. (прототип). (54) (57) f.ÐÅAÊÒÎÐ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

СЕРНОЙ КИСЛОТЫ; содержащий верти- кальный щшиндрический корпус, внутри которого размещена решетка с катализа тором и теплообменником, вводы для воды, водяного пара и серы и выводы для про дуктов реакции, о т л и ч и io m и и с я тем, что, с целью уменьшения металлоемкости и снижения анергетических раоходов, корпус снабжен установленным коаксиально с образованием кольцевого зазора цилиндром, в котором размещена решетка с катализатором и теплообменннком, и дополнительными охладителями, закрепленными в кольцевом зазоре.

1005885

2. Реактор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен дополнительным вводом для воды или водяного пара, размещенным в верхней части корпуса.

3. Реактор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что ввод для серы вы1

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, а именно к конструктивному оформлению производства серной кислоты.

Последовательные этапы химического производства серной кислоты включают стадии получения сернистого ангидрида, его окисления до серного ангидрида и выделения серного ангидрида иэ газов за счет абсорбции серной кислотой, для каж 30 дой из которых используется специальное оборудование.

Известны реакторы, в которых осуществляется процесс окисления серы до сернистого ангидрида (серные печи), окис- 15 ления сернистого ангидрида до серного ангидрида (контактные аппараты) и ре,акторы для получения серной кислоты (абсорберы серного ангидрида) Ll ).

Наиболее близким к изобретению по 2о технической сущности и достигаемому результату является реактор для окисления сернистого ангидрида в кипящем слое .представляющий собой вертикальный цилиндрический корпус с решеткой для зер- 25 нистого катализатора, с вводом для Ноходных реагентов и выводом для продуктов реакции и с трубчатым теплообменником. Под решетку подается газовая смесь сернистого газа с воздухом в та- Зр ком количестве, что частицы катализатора взвешиваются, витают и интенсивно перемешиваются f2).

Получение серной кислоты с испол зованием на каждой стадии специального аппарата приводит к большим капитальным затратам, большому расходу металла и не позволяет полно использовать вторичные тепловые ресурсы.

Целью изобретения является более пол. вое использование выделяющегося в прсоцесое тепла и уменьшение материалоемкости и снижение энергетических расходов эа счет совмещения всех стадий проиесса в одном реакторе.

43 полнен в виде трубы или пучка труб, нижние концы которых размещены во внутреннем цилиндре.

4. Реактор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что катализатор нанесен

BB элементы теплообменника, расположенного во внутреннем цилиндре.

Поставленная цель достигается тем, что в реакторе для получения серной киолоты, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого размещена решетка с катализатором и теплообменником, вводы для воды или водяного пара и серы и выводы для продуктов реакции, корпус снабжен установленным коаксиально с образованием кольцевого зазора иилиндром, в котором размещена решетка с катализатором и теплообменником, и дополнительными охладителями, закрепленными в кольиевом зазоре.

Кроме того, реактор снабжен дополнительным вводом для воды или водяного пара, размещенного в верхней части корпуса, Ввод для серы выполнен в виде трубы или пучка труб, нижние концы которых расйоложены во внутреннем цилиндре.

Для уменьшения истираемости катализатора он может быть нанесен на охлаждающие элементы теплообменника, расположенные во внутреннем цилиндре реактора.

На фиг. 1 показан реактор, продольный разрез; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнения реактора.

Реактор имеет вертикальный цилиндричеекий корпус 1, внутри которого установлен коаксиально внутренний иилиндр

2, и решетку 3 для зернистого катализатора 4. В кольцевом пространстве 5 размещены охлаждающие элементы 6 теплообменника, на поверхности которых конденсируется серная кислота; аналогичные охлаждающие элементы теплообме нинка

7 размещены также в катализаторе 4.

Реактор содержит также фильтр 8 для выцеления брызг кислоты, вентилятор 9, вводы 10 и 11 для исходных реагентов и выводы для продуктов реакции.

Реактор работает следующим образом.

В нижнюю часть реактора (фиг. 1) под решетку 3 направляют газовую смесь, со3 10088 держащую пары серы и кислород. Пройдя решетку, газ поступает в слой катализа« тора 4- с такой скоростью, что создается вевешенный слой, на зернах которого происходит окисление паров серы до cep- S ного ангидрида. Сверху в аппарат через ввод 10 подается вода или водяные пары.

По выходе иэ слоя катализатора газовую смесь направляют в кольцевое пространство 5. Встречая более холодную поверх- >4 ность охлаждающих элементов 6, газовая смесь охлаждается, в результате чего серный ангидрид и пары воды соединяют ся, образуя серную кислоту, которая ко денснруется, и ее выводят из реактора как готовый продукт. Оставшиеся после конденсации газы выводят из кольцевого пространства 5 и направляют в фильтр 8 для выделения брызг кислоты, а затем вентилятором 9. вновь направляют в ре- 20 актор.

В случае использования твердой или жидкой серы (фиг. 2) она вводится через ввод 10 сверху в кипящий слой катализатора, а пары воды-подаются снизу. 25 под катализаторную решетку 3. При таком вводе реагентов достигается более быстрое испарение cepr, интенсивное перемешнвание ее паров с остальными компонентами газовой смеси. Сера может посту щ пать в реаКтор в твердом, жидком илн парообразном состояниях.

Согласно варианту выполнения реакта ра на (фиг. 3) твердая сера подается сверху через трубу (ввод) 10 на инертный зернистый материал 12, испаряется и окисляется до серного ангидрида на катализаторе 4, нанесенном на охлаждающие элементы теплообменника 7. Такой способ использования катализатора должен обеспечить высокий коэффициент теплопередачи контактной массы. Кроме того, такое конструктивное решение обеспечивает уменьшение истирания катализатора и снижение гидравлического сопротивления реактора е

Отсутствие коммуникаций между отдельными аппаратами приводит к снижению металлоемкости и гидравлического сопротивления в системе.

Кроме того, на основании тепловых эффектов получения серной кислоты при

298 К можно рассчитать коэффипиент ис пользования тепла процесса получения серной кислоты.

l. 5 (газ) + О .(газ) ВО (r )

362,309 кДж/моль

2. БОр(гаэ) + 1/2 О (гаэ)

SO (raa) 96,114 кДж/моль

3. ВО (гаэ) + Н Э (газ)

Н 904 (газ) 124,988 кДж/моль

4в Н О4 Hу 60 (3c%++ кость) 50,1 96 кДж/моль

Таким образом, общий тепловой эффект образования серной кислоты составляет

633,607 кДж/моль. В существующих схемах производства серной кислоты утилизируется лишь тепло процессов сжигa ния серы (1) и окисления сернистого газа (2), т.е. теоретически

458,423 кДж/моль. С учетом потерь тепла газа в абсорберах использование вторичных тепловых ресурсов в cospeменных схемах составляет 55%.

В предлагаемом реакторе реакции {3) и (4) проводят в температурном интервале 400 - 20(РС, что позволяет утилизировать. тепло этик реакций. Утилизация тепла всех стадий процесса полуI чения серной кислоты позволит повысить коэффициент.е1о использования до 94%, что обеспечивает получение дополнительно около 0,6 т энергетического пара на

1 т продукционной кислоты. оозвев

1005885

Составитель Н. Кацовская

Редактор И. Николайчук Текред.М. Костик Корректор М. Шарошн

Заказ 1977/11 Тираж 535 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобрегений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раутская наб., д. 415

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул..Проектная, 4