Способ окисления двуокиси серы в серный ангидрид

 

аявитель (54) СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДВУОКИСИ СЕРЫ В СЕРНЫЙ

АНГИДРИД

15

25

Изобретение относится к способам осуществления гетерогенных каталити- ческих процессов, в частности к способу окисления двуокиси серы в трех-. окись

Известны способы окисления двуокиси серы в нескольких последовательно расположенных адиабатических слоях катализатора с промежуточным охлаждением реакционной смеси1 1 ). Эти способы не позволяют перерабатывать. газы с высоким или низким начальным .содержанием двуокиси серы, а также требуют больших капитальных затрат на сооружение реакторного узла.

Известен также способ окисления двуокиси серы в трехокись в неподвижном слое катализатора, который ведут в нестационарном режиме при циклическом, попеременном изменении мест ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализатора при длительности цикла 10-20 мин с постоянной температурой на входе в слой катализатора 20-200 С(2). Такой способ ведения процесса обеспечивает высокую степень превращения в одном слое катализатора. Недостатком этого способа является необходимость быстрого (5 сек ) изменения направления движения потоков с разными температурами, например, 20 С и 560 С, что приводит к созда-, нию больших температурных градиентоВ и отрицательно сказывается на термо стойкости футеровки реактора и. газо ходов,, а также требует установки в местах переключения быстродействующих герметичных задвижек-клапанов.

Целью изобретения является умень» шение температурных градиентов и упрощение процесса окисления двуоки си серы в@0

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу окисление двуокиси серы осуществляют в не-, подвижном каталитическом слое в нестационарном режиме при температуре - реакционной смеси на входе в слой катализатора 20-200 С с постоянно движущейся в одном направлении зоной реакции в слое катализатора, разде" ленном на секции, выход последней из которых соединен с . входом первой, причем свежую реакционную смесь вво- дят, а прореагировавшую смесь выводят последовательно в промежутках между секциями.

Способ осуществлют следующим обраэбм. Каталитический слой делят

1002233 на две или более секции (условно обозначим их 1-й и 2-й частямьф Свежую реакционную смесь подают в каталитический слой на 1-ю его часть. При этом слой предварительно разогрет ,до 520оС Реакционная зона движется в одном направлении с реакционной смесью по этой части слоя и при температуре на выходе из 1-й части слоя от 20 С до 420 С реакционную смесь выводят из реактора. При этом происходит практически полное (98,4% ) превращение двуокиси серы в SOS .. Как, только температура на выходе из 1-й части слоя становится выше 420 С, т.е. имеет место снижение степени превра- f5 щения двуокиси серы в трехокись, реакционную смесь направляют на вторую часть слоя, после прохождения,через которую с температурой 20-420 С выводят из реактора. При этом свежую газовую смесь продолжают подавать на

1-ю часть слоя и эта операция длится до того момента, пока температура на выходе из 1 -й части слоя будет равна температуре на входе газа в 1-ю часть, т.е. 20-200 С. В этом случае реакционная эона полностью находится на

2-и части слоя, и начинается подача свежей газовой смеси с температурой

20-200 С на вход 2-й части. Подача

P свежей газовой смеси йа 1-ю часть призО этом прекращается. Как только температура реакционной смеси на выходе иэ 2-й части слоя превысит 420 С, то с целью практически полного превращения SO в SO смесь направляют в .39

1-ю часть слоя и продолжают эту.операцию до тех по1, пока реакционная зона полностью перейдет в 1-ю часть, . и температура газа на выходе из

2-й части слоя достигнет 20 -200 С. 4О

Далее цикл работы полностью повторяется с той же последовательностью.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает профиль температуры, близкий к теоретически оптималь- 45 ному режиму, который требует уменьшения температуры с ростом степени превращения. Благодаря тепловой ем-. кости катализатора, находящегося за зоной реакции (по ходу газа), предварительно охлажденного входящей

50 свежей газовой смесью, температура реакционной смеси уменьшается к выходу иэ слоя, что.обеспечивает высокие степени превращения в одном слое катализатора. При осуществлении про 55 цесса окисления в стационарном режиме по известным способам, когда эона реакции в слоях катализатора неподвижна и стабилизирована, темпе ратура к выходуиз слоя увеличивается бО I p и м е р 1. Реакционную смесь, образующуюся при сжигании серы и состоящую иэ 12% S0,9% 0,79% азота (% объемные)подают в реактор. Ли нейная скорость реакционной смеси, 65 пересчитанная на нормальные условия

0,34 м/сек, температура смеси 20ФС.

Условное время контакта, равное отношению объема катализатора к объему подаваемой реакционной смеси, равно

10 сек. (эта величина отражает загрузку катализатора и эквивалентна длине слоя). До ввода реакционной смеси в реактор слой катализатора раэогрет до 520 С. Установившийся нестационарный режим в реакторе наступает через 6 проходов тепловой волны по реактору. При этом максимальная температура в зоне реакции равна.590 С,, температура реакционной смеси на выходе плавно изменяется .от 20 до 420 С.

Зона реакции (420-590 С) со скоростью 0,1 см/сек движется по направлению к выходу из 1-й секции каталитического слоя, и при температуре 20420 С реакционную смесь выводят из реактора. При достижении температуры на выходе из первой секции свыше

420 С реакционную смесь направляют во 2-ю часть каталитического слоя и при 20-420 С выводят из реактора. о

При этом свежую реакционную смесь подают также в 1-ю часть каталити- ческого слоя .

При полном переходе зоны реакции во 2-ю часть слоя свежую реакционную смесь подают в эту же часть слоя, а подачу в 1-ю часть слоя прекращают.

Длительность этого цикла равна

110 мин. Средняя sa цикл степень пре- вращения SO< в S03 равна 98,4%, что эквивалентно работе реактора с пятью последовательно расположенными адиабатическими слоями катализатора в стационарном режиме.

Пример 2. Аналогичен примеру

1, отличается тем, что процесс осуществляют при температуре смеси на входе в слой катализатора 200 С и концентрации смеси 1% SO, 15% 0, 84% азота. Указанная температура может иметь место на практике, например. при предотвращении конденсации паров серной кислоты. Продолжительность цикла - 75 мин. Средняя за цикл степень превращения SO в SO достигает 99,4%.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс осуществляют при температуре смеси на о входе 100 С и с переменной, изменяющейся во времени концентрацией SO от 1 до 7% (средняя - 4% ). Максималь; но температура -в зоне реакции равна 590 С, а температура на выходе плав,но изменяется от 20 до 420 С. Дли тельность цикла равна 80 мин. Средняя эа цикл степень превращения равна 99%. Таким образом, предложенный способ .дает возможностъ пеРерабатываТь газы с содержанием SO< от 1% до, 12%.

1002233.

Формула изобретения

Составитель Г.Храмова

Техред М.Гергель КорректорЕ.Рошко

Редактор Л.утехина

Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ.Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Моснва, И-35,; Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1713/8

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

Способ окисления двуокиси серы ,в серный ангидрид в неподвижном каталитическом слое в нестационарном режи- ме с движущейся реакционной зоной при температуре реакционной смеси на входе в слой катализатора 20200аС, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и уменьшения температурных градиентов в рвакционном объеме при переработке газов -с содержанием двуокиси серы 1-123, процесс ведут с постоянно движущейся в одном направлении зоной реакции в слое каталнзатоьа, разделенном -на секции, выход послед- ней из которых соединен с входом первой, причем свежую реакционную смесь вводят, а прореагировавшую смесь выводят последовательно в промежутках между секциями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Амелин A.Ã. Технология серной !

О кислоты. 1971..

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ю 2183501/23-26, кл. С 01 В.17/76, 16.10.75 (прототип).