Способ окисления двуокиси серы

 

СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДВУОКИСИ СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ по авт. св. №994400, отличающийся тем, что, с целью снижения возможности перегрева катализатора и уменьшения гидравлического сопротивления, катализатор используют в форме цилиндров с наружным диаметром 16-40 мм, длиной 1670 мм и толщиной стенки 3-10 мм. (Л С

СОЮЗ GQBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 4 С 01 В )7/76 фЯ Я. Яь»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 994400 (21) 2950923/23-26 (22) 25.06.80 (46) 23.02.88. Бюл. И - 7 (72) Г.К.Боресков, Ю.Ш.Матрос, В.А.Суриков, Г.А.Бунимович, М.А.Полищук, В.C.Ëàõìîñòoâ, В.С.Епифанов, Б.М.Масленников, А.А.Балашо., Ю.В.Филатов, В.П.Козлов и В.С.Лютиков (53) 661.257(088.8) (56) Справочник сернокислотчика.

"Химия"., М., 1971.

Авторское свидетельство СССР

9 994400, кл. С 01 В 17/76, 1977.

„„SU„„1021104 А (54) (57) СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДВУОКИСИ

СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ по авт. св. Ф 994400, отличающийся тем, что, с целью снижения возможности перегрева катализатора и уменьшения гидравлического сопротивления, катализатор используют в форме цилиндров с наружным диаметром 16-40 мм, длиной 1670 мм и толщиной стенки 3-10 мм.

1021 I 04

Изобретение относится к области химической технологии и может быть широко использовано, например для окисления двуокиси серы в трехокись серы в производстве серной кислоты контактным методом:

Согласно традиционным способам контактного окисления сернистых газов в производстве серной кислоты 10 процесс ведут в стационарно работающих реакторах с несколькими слоями катализатора и промежуточным охлаждением газа между ними. В качестве контакта используют ванадиевые ка- 15 тализаторы, выполненные в виде гранул, колеи и др. При этом контактный узел является довольно сложным и громоздким сооружением, требующим больших капитальных затрат. 20

Окисление двуокиси серы в нестационарном режиме является более эффективным способом, который позволяет получать высокие степени превращения в одном слое катализатора. 25

По известному способу окисление двуокиси серы в трехокись осуществляют в реакторе с неподвижным слоем катализатора, процесс в котором ведут в нестационарном режиме при цикличес- 30 ком попеременном изменении мест ввода и вывода реакционной смеси нз слоя катализатора. Длительность цикла 10200 мин. Начальную температуру реакционной смеси поддерживают в преде0 .р) лах 20-200 С в зависимости от начального состава смеси и требуемой продолжительности цикла.

Более подробно известный способ осуществляют следующим образом. 40

В предварительно разогретый до о

400-600 С слой катализатора подают в одном направлении, например сверху, свежую реакционную смесь, имеющую температуру 20-200 С. Окисляемый газ, 4; проходя через начальный участок разогретого сверху слоя в результате теп-. лообмена охлаждает его, нагреваясь до температур, превышающих точку конденсации паров серной кислоты. В слое катализатора происходит окисление двуокиси серы в трехокись серы с выделением тепла химической реакции.

Выделившееся тепло уносится прореагировавшим газовым потоком иэ реактора.5„.

Через 10-200 мин направление потока газовой смеси переключают на противоположное, т.е. снизу вверх. Движение потока меняется на противоположное и часть тепла реакции уносится потоком из реактора, а другая его часть путем теплообмена поглощается зернами катализаторами, находящимися сверху слоя, охлажденного окисляемым газом, проходящим в предыдущем полуцикле сверху вниз. Затем через тот же промежуток времени переключение повторяют и т.д. В качестве контакта используют ванадиевый катализатор в форме гранул размером 5 х 12 мм и колец размером 8 х 8 х 3 мм.

Через несколько таких переключений в слое катализатора устанавливается автотермический нестационарный режим, характеризующийся повторяемостью процессов движения тепловых и концентрационных полей. В таком режиме формируется падающий по длине слоя температурный профиль, что позволяет приблизиться к теоретически оптимальному температурному режиму реакции окисления двуокиси серы в трехокись серы и получить высокую (987) стеI пень превращения в одном слое катализатора без традиционных теплообменных устройств. При этом катализатор, кроме его основного назначения, выступает в роли генератора тепла, т.е. становится возможным исключнть внешний рекуперативный теплообменник.

Недостатком известного способа является перегрев катализатора в зоне о реакции до температур выше 600 С, что приводит к низким степеням превращения. Основной причиной перегрева катализатора является его форма и размеры зерен, Кроме того, загрузка катализатора указанного размера и формы создает существенное гидравлическое сопротивление слоя катализатора.

Целью изобретения является снижение возможности перегрева катализатора и уменьшение гидравлического сопротивления слоя катализатора в нестационарных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что процесс окисления двуокиси серы в трехокись ведут при загрузке катализатора в форме полых цилиндров с наружным диаметром 16-40 мм, длиной

16-70 мм и толщиной стенки 3-10 мм.

Более чем двухкратное увеличение (до 16 мм) минимального диаметра зерна катализатора необходимо для заметного понижения максимальной температуры. При диаметре, меньшем 16 мм, 1021104

ВНИИПИ Заказ 774 Тираж 446 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4 эффект от увеличения диаметра оказывается практически не ощутимым. Максимальный диаметр зерна — 70 мм и минимальная толщина стенки — 3 мм оп5 ределены такими, чтобы обеспечить достаточную прочность насыпного слоя катализатора. При диаметре более

70 мм или толщине стенки менее 3 мм катализатор не обладает необходимой 10 прочностью. Максимальная толщина стенки — 10 мм задана такой, чтобы создать достаточно высокую активность единицы веса катализатора. Высота цилиндра 16-70 мм выбрана равной диаметру или превышающей его для того, чтобы обеспечить прочность гранулы и равномерность полей скоростей потока в поперечном сечении слоя.

Сущность способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Реактор окисления двуокиси серы мощностью 30 т/сут с одним слоем катализатора, работающий в нестационарном режиме. Состав ис- 25 ходного газа: 9 SO, 12 0 и 79 И о

Температура газа — 60 С. Катализатор

СВД в виде колец размером 40 х 25 х х 5 мм, количество 5,5 т. Линейная скорость газа в реакторе — 0,34 м/с.

Процесс окисления осуществляют в условиях переключения направления подачи исходного газа с входа на выход (и наоборот) с длительностью цикла

2 ч. Средняя степень превращения дву3 окиси серы на выходе из реактора составляет 92 . Максимальная температуо ра в слое катализатора равна 600 С.

Пример 1а.(по известному способу для сравнения). Условия окисле- 40 ния те же, что в примере 1. Катализатор СВД в виде гранул с размером 5 х х 9 мм. Средняя степень превращения— о

87 . Максимальная температура — 680 С, что является недопустимым для длительной работы катализатора. Гидравлическое сопротивление в 10 раз выше.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что состав исходного газа: З SO, 15 0 и 82

N . Катализатор в виде колец с размером 16 х 16 х 3 мм. Максимальная тем —пература в слое составляет 580 С. о

Степень превращения — 98 .

Пример 2а (по известному способу для сравнения). Условия окисления те же, что в примере 2. Катализатор с размером зерен 5 х 9 мм. Средняя степень превращения — 93, максимальная температура — 635 С, что является недопустимой для длительной работы катализатора. Гидравлическое сопротивление увеличилось в 7 раз.

Пример 3. Аналогичен примеру 1. Загружен катализатор ИК-1-4 с размером колец 70 х 40 х 10 мм. Состав исходного газа: 13% 0, 8 . SO и 79 N . Максимальная температура в о слое составляет 600 С, степень превращения — 90 .

Пример За (по известному способу для сравнения). Условия окисления те же, что в примере 3.

Катализатор ИК-1-4 в виде колец с размером 8 х 8 х 3 мм. Средняя степень превращения — 87 ., максимальная температура — ?00 С. Гидравлическое сопротивление увеличилось в 10 раз.

Пример 4. Аналогичен примеру 2, но катализатор в виде колец с размером 50 х 30 х 6 мм. Максимальо ная температура в слое — 600 С, степень превращения — 96 ..

Пример 4а (no известному способу для сравнения). То же, что и пример 4, катализатор ИК- 1 4 в виде колец 8 х 8 х 3 мм. Максимальная темо пература в слое — 650 С. Степень превращения — 89 . Гидравлическое сопротивление увеличилось в 9 раз.

Как видно из приведенных примеров использование катализатора в форме цилиндров с наружным диаметром 1640 мм, длиной 16-70 мм и толщиной стенки 3-10 мм приводит к снижению максимальной температуры в зоне реакции (т.е. максимальная температура о не превышает 600 С). При этом гидравлическое сопротивление снизилось в

10 раз, а степень контактирования возросла. !