Способ окисления низкоконцентрированного диоксида серы в трехокись

 

Изобретение касается проведения гетерогенных экзотермических каталитических реакций, в частности, в производстве серной кислоты. Цель изобретения - повышение степени окисления диоксида серы и обеспечение автотермичности процесса в широком диапазоне концентраций диоксида серы. Предложен способ окисления низкоконцентрированного диоксида серы на слоях катализатора, работающих в нестационарном режиме с наружным тепловым экраном, создающим переменный профиль температуры по высоте слоя, изменяемый синхронно с переключением основного технологического потока. Температура слоя теплоносителя со стороны входа технологического газа выше или равна т-ре "зажигания" катализатора, а со стороны выхода газа - ниже или равна т-ре "зажигания". Через каждую половину периода происходит смена направления теплоносителя в тепловом экране. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) С 01 В 17/76

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

flPH fHHT СССР

i (21) 4376140/23-26 (22) 12.02.88 (46) 23.10.90 ° Бюл. Р- 39 (71) Научно-исследовательский институт по удобрениям и иисектофунгицидам им. проф.Я.В. Самойлова Научнопроизводственного объединения "Минудобрения" (72) Н.JT. Саенко, В.П. Козлов, А.А, Балашов, А.F,. Попов, Г,А. Ргорова, А.А. Хохлачев, А.С.Зубовский и В.С,Епифанов (53) 661.257(088.8) ,(56) Ch, Нестационарные процессы в катализе. — Новосибирск, 1983, с. 134-.142. (54) СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ НИЗКОКОНПЕНТРИРОВАННОГО ДИОКСИДА СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ (57) Изобретение касается проведения гетерогенных экзотермических катали тических реакций, в частности, в проИзобретение относится к проведению гетерогенных экзотермических каталитических реакций и может быть использовано, например, для процесса окисления двуокиси серы в трехокись в производстве серной кислоты контактным способом.

Пель изобретения — повьш ение степени конверсии диоксида серы и обес-. печение автотермичности процесса при расширенном диапазоне концентраций диоксида серы.

Ня фиг. 1 представлена схема теплового экрана с поперечным омывянием

„„Я0„„1601087 А 1 изводстве сернои кислоты. Цель изобретения — повышение степени окисления диоксида серы и обеспечение явтотермичности процесса в широком диапазоне концентраций диоксида серы.

Предложен способ окисления низкоконцентрировянного диоксида серы на слоях катализатора, работающих в нестационярном режиме с наружным тепловым экраном, со дающим переменный профиль температуры по высоте слоя, изменяемый синхронно с переключением основного технологического потока. Температуря слоя теплоносителя со стороны входя технологического rasa выше илн рявнz т-ре "зажигания катализатора, а со стороны выходя гязя — ниже или равна т.-ре зажигания". Через каждую половину периода происходит смена направления теплоносителя в тепловом экране. 6 ил. обечяйки теплоносителем; ня фиг,2 разрез А-А ня ьиг, 1; на фиг. 3 разрез F,-Б ня фиг. 1; ня фиг. 4 схема теплового экран", с продольным омывянием обечяйки теплоносителем; ня Лиг. 5 — разрез В-В на фиг, 4; ня фиг. 6 — разрез Г-Г на Аиг. 4, Для исключения появления поперечных тепловых потоков и.снижения температуры катализатора, расположенного вдоль обечяйки, зя.счет утечки теп. ла через боковую поверхность снаружи обечялки устанавливается тепловой экря прующий слой с переменным rtpo1601087 дилем температуры по высоте слоя, при этом создаются условия р когда градиент температур между катализатором и экранированным слоем минимален. Все это возможно при условии, что температура по высоте теплового экрана изменяется синхронно с переключением вход-выход .технологического газового потока-.. 19

Схема дпя осуществления способа содержит вход-выход 1 технологического газового потока в нестационарный аппарат, вход-выход 2 теплоносителя в экранную поверхность, тепловой экран 3, внутреннюю полуперегородку 4 экрана; кварцевую подсыпку

5 снизу и сверху катализатора, катализатор б, клапан-переключатель 7 потока теплоносителя и переходное д0 .отверстие 8 для теплоносителя между кольцевыми газоходами экрана.

Через вход-выход нестационярного аппарата газ последовательно прохо—, дит кварцевую подсыпку 5, имеющеюся 25 снизу и сверху катализатора 6, в котором периодически в динамике изме няется профиль температур. Вертикальный периодически изменяемый про&иль температуры теплового экрана 3 зависит от способа подключения теплоноси,теля и конструкции теплового экрана.

Тепловой экран 3 разделен внутренней перегородкой 4 на две или более поперечные части. Теплоноситель последо15 вательно протекает по ним с синхронным, относительно газового потока, изменением направления за счет нзаимоперекпючения гхода-выхода 2 теплоносителя через клапан-переключатель 7, Возможно также создание теплового экрана с продольным омынанием обечяйки теплоносителя (Лиг. 4-6)„

Распределительное устройство выполнено -.: ниде двух идентичных распределительяых камер 9 " кольцевым размещением по разные стороны теплового экрана 3 вокруг обечяйки и соединенных посредством перфорированных перегородок 4. Теплоноситель из распределительной камеры 9 через отверстия

8 перфорированной перегородки 4 поступает и равномерно ряспределяется .в тепловом экране 3 и через отверстия н следующей перАориронанной перегород55 ке 4 поступает и выводится из выходной распределительной камеры 9„ Через полонину периода происходит смена направления теплоносителя, при этом входная распределительная камера становится выходной и наоборот.

Предлагаемый способ предпочтительно применять при переработке низкоконцентрированного диоксида серы (0,5-4,об.Х). Причем даже при концентрации 0,5-0,97 60 предлагаемый способ в отличие от известных неста1 ционарных процессов окисления позволяет обеспечить автотермичность ве дения процесса. Это объясняется высокой тепловой экономичностью способа, исключающего утечку тепла из реакционнои зоны и даже возврата его в те участки катализатора, которые н силу каких-либо причин потеряли температуру, Применение предлагаемого способа для переработки газон концентрацией 0,9-4 об.Х предпочтительно из-за более высокой общей степени конверсии (96-99Х). Последнее объясняется возможностью активного влияния за счет создания экрянирующего слоя ня температуру катализатора с поддержанием ее н оптимальных пределах,, а также поддержания работоспособности контактной масси по всему сечению аппарата.

Температура теплоносителя со стороны входа технологического газа вокруг зоны разогреня больщая или равняя температуре зажигания контактной Maccbl способствует быстрому разогреву технологического газа до температуры начала окисления диоксида серы и одновременно не препятствует достижению высокой степени конэтой зоне. Го Top )Hbl Bblmoдя технологического газа температура теплоносителя вокруг зоны охлаждения должна быть ниже или разной температуре зяжигяния контактной массы, ч-,î необходимо для ведения процесса окисления гязя по оптимальному режиму. Предлагаемое соотно1яение температур теплоносителя и технологического гязя обуславливает минимяльный градиент температур в тепловом поле поперечного сечения контакт-toro аппарятя, что обеспечиняет об:Чую высокую степень конверсии и антэтермичность процесса при низких концентрациях дн окиси серы.

Пример 1. Реакционную смесь, получаемую при термическом разложении отработанной серной кислоты после первой стядии контяктироняния и абсорбпии н количестве 20000 нм /ч с кон5 160 центрацией газа 0,9 об.X SO< и

5,6 об.Я A с температурой 45 С подают на нестационярное окисление. Высота слоя катализатора 3 м и по 0,5 м в нижней и верхней части слоя, диаметр аппарата 6 м. Тепловой экран выполнен в виде двух последовательно соединенных кольцевых каналов высотой 1,5 м и шириной 0,1 м каждый и расположенных вокруг контактной массы. Hs одного канала в другой пеа реходит более горячий теплоноситель, охляждаемый за счет теплопотерь. Поверхность экрана 60 м, тепловые потери 100000 ккял/ч. Температура теплоносителя на входе 430 Г (выше на

10 C температуры зажигания"), ня выходе 390 Г (ниже температуры "зажигания" ня 30 Г). Такой режим поддерживается подачей в экран 8500 м /ч теплоносителя. Максимальная темперяо тура в слое 435 Г, средняя темперятуо ра выходящего из аппарата газа 50 0.

Суммарная степень контактировяния в аппарате, эксплуатируемом по дян»ой схеме 96-997,. Процесс переработки газа автотермичен. Общее сопротивление слоя 100 мм вод,ст.

JT р и м е р 2. Отходящий гяз с ТЭИ содержит 0,5 об,7 S0< и 3.5 об.7.

100000 нм /ч газа с температурой о

60 Г подают ня нест-.lIèîIlëð»îå ок»сление в контактный аппарат диаметром 12 м, высотой слоя катализатора

4 м с кварцевой подсыпкой по 0,8 м сверху и снизу. В качестве тепловой завесы используют схему, предстявле»ную ня Лиг. 4-6. по которой тепло»оситель первоначально подается н кольцевую распределительную камеру, из которой через перАорировян»ые отверстия вытекает непосредственно в объем теплового экря»я, я из »его через отверстия входит в я»ялогич»у - соби— рающую камеру. Ги»хро»но с изме»е»ием направления nc»nII»nl o газового потока происходит и смена подачи теплоносителя в кяждую из камер, Причем горячий теллоноситель всегда вводится со сторо»н холодного основного газового потока. В качестве теплоносителя применяется перегретнй пар, который »я участке разогрева на 50 Г превьг яет температ ру "зажигания" контактной массы (470 С) и ня участке охлаждения поддерживает температуру, равную температуре зажигания" контактной массы (420 С). Поте1087 ря тепла через теплоизоляцню экрана, поверхность которого 150 м, составляет 26000 ккал/ч. Расход пара

800 кг/ч. ITn данной схеме поддерживается автотермичность процесса окисления двуокиси серы до концентрации не ниже 0,5 об,Х. Степень конверсии

982 при сопротивлении слоя 150 мм в

1р 150 мм вод.ст.

Пример 3. Отходящий газ медеплавильной печи содержит от 4 до

1,2 об,7 S0> при концентрации кислорода не ниже 4 об._#_. Этот газ в ко15 личестве 4000 м /ч поступает на нестяционарный контактный аппарат диаметром 8 м с высотой слоя каталияя-.îðÿ ГВЧ 3 м и подсыпкой кварца по

0,5 м, Гхема теплового экрана анало2р гичня примеру 2. На участке разогрео ва температура теплоносителя 420 С, о я на участке охлаждения 380 С. Поверхность экрана 100 м, теплопотери 17000 ккял/ч, количество теплоно25 сителя 0,5 т паря/ч. Степень конверсии 981 при сопротивлении слоя

100 мм вод.ст. Процесс автотермичен.

В этом случае »я участке разогрева горячий тепло»оситель имеет темпераЗр туру ряв»ую температуре зажигания™ катялизяторя, я ня участке охляжде»»я»я 5О С ме»ья е температуры зажига»ня таким образом использование предлагаемого способа окисле»ия двуокиси серн н трехокись в нестационярном режиме по".воляет повысить степень ко»»ереии до 96-99Т при низком гидрявл»леском сопротивле»ии слоя, не

40 превьн иющем 100-150 мм вод,ст. и поддерживять прн этом явтотермичность процесса окисле»ия даже при ко»це»тряциях 0,5-0,9 об.X БО

45 Ф о p I I у л я и 3 о б р е т е н и я

Гпособ окисления ннзкоконцентрировя»»ого диоксида серы в трехокись

»а слое катализатора с зонами разогре5р ва и охлаждения технологического газа в нестяцио»яр»ом режиме с попереме»»ым изме»е»Нем »япрявле»ия входя и вы> одя гязя, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения степени окисле»ия диоксида серы и обес печения янтотермич»ости процесса при расширенном диапазоне ко»центряций диокс»дя серы, вокруг слоя кятялизятора создают »яруж»ый экрянирующий

1601087

A-A

9l43, 2слой теплоносителя, имеющего со стороны входа технологического газа температуру выпе, или равную темпера,туре "зазягания" катализатора, а со стороны выхода rasa - ниже. или равную температуре "зажигания" °

1б01087

Г-Г

Составитель М. Терентьев

Техред Л.Сердюкова Корректор M.Kó÷åðÿâàÿ

Редактор Н. Рцола Тираж 414

Заказ 3244

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101