Способ окисления диоксида серы

 

Изобретение относится к области химии, а именно к способам окисления диоксида серы, и может применяться для окисления диоксида серы в триоксид в производстве серной кислоты, как из элементарной серы и серосодержащих минералов (пирита), так и при очистке серосодержащих промышленных газовых выбросов. Способ окисления диоксида серы включает пропускание реакционного газа, содержащего, по меньшей мере, диоксид серы и кислород, последовательно через первый слой инертного в каталитическом отношении гранулированного материала, хотя бы два слоя гранулированного ванадиевого катализатора, второй слой инертного материала, промежуточное охлаждение реакционного газа между слоями катализатора, периодическое изменение направления пропускания реакционного газа на противоположное, производят это изменение при снижении до фиксированной минимально допустимой величины температуры реакционного газа 100-500oС, последнюю измеряют внутри первого по ходу реакционного газа слоя катализатора. Периодическое изменение направления пропускания реакционного газа только в слоях инертного материала, сохраняет направление движения реакционного газа в слоях катализатора неизменным. Измерение температуры осуществляют в точке, расположенной на осевой линии слоя и отстоящей от места ввода реакционного газа в этот слой катализатора на расстоянии, равном 0-75% высоты этого слоя. Данный способ обеспечивает переработку реакционных газов с повышенным исходным содержанием диоксида серы. 1 ил.

Изобретение относится к области химии, а именно к способам окисления диоксида серы, и может применяться для окисления диоксида серы в триоксид в производстве серной кислоты, как из элементарной серы и серосодержащих минералов (пирита), так и при очистке серосодержащих промышленных газовых выбросов.

Известен способ окисления диоксида серы, включающий последовательное пропускание исходного реакционного газа, содержащего, по меньшей мере, диоксид серы и кислород, через один и более неподвижных слоев гранулированного ванадиевого катализатора, с промежуточным охлаждением реакционного газа между слоями катализатора (Справочник сернокислотчика. М.: Химия, 1971, 744 с. ). В известном способе исходный реакционный газ, имеющий, как правило, низкую исходную температуру, нагревают до температуры начала реакции окисления диоксида серы 370-420oС, пропуская этот газ перед подачей в первый слой катализатора через теплообменник, нагреваемый горячим газом, выходящим из последнего слоя катализатора. Указанный способ обеспечивает достижение степени контактирования диоксида серы на уровне до 96-98%.

Недостатком указанного способа является необходимость применения громоздких и дорогостоящих теплообменников для нагрева исходного реакционного газа до температуры начала каталитической реакции, а также его охлаждения на выходе из реактора.

Известен также способ, включающий последовательное пропускание реакционного газа через слой катализатора без предварительного нагрева реакционного газа с периодическим изменением направления движения реакционного газа через слои катализатора на противоположное (Авторское свидетельство СССР 994400, МПК С 01 В 17/76, приоритет от 7.10.1975, БИ 5, 1983). В известном способе часть катализатора используют в роли регенеративного теплообменника: во входной части первого по ходу реакционного газа слоя катализатора нагревают реакционный газ до температуры начала реакции за счет тепла, аккумулированного катализатором в этой части слоя; выходящий из последнего слоя нагретый реакционный газ охлаждают за счет отдачи тепла реакционного газа катализатору в выходной части этого слоя. После того как температура катализатора во входной части первого слоя снижается до уровня, не обеспечивающего достаточный нагрев реакционного газа, изменяют направление движения реакционного газа в слоях катализатора на противоположное. Процедуру изменения направления движения реакционного газа повторяют периодически, что обеспечивает непрерывную работу слоев катализатора. Указанный способ позволяет отказаться от использования теплообменников для подогрева и охлаждения реакционного газа и, таким образом, существенно снизить стоимость и металлоемкость контактного узла. Указанный способ обеспечивает достижение степени контактирования диоксида серы на уровне до 95-97% при переработке реакционного газа с исходным содержанием SO2 не более 2,5%.

Недостатками известного способа являются: повышенный удельный расход катализатора, так как часть катализатора функционирует в качестве теплоаккумулирующего материала при температурах ниже температуры начала реакции и не участвует в проведении каталитической реакции, а также существенное снижение степени контактирования диоксида серы при повышении исходной концентрации SO2 выше 2,5% (до 92% и ниже) за счет роста температуры катализатора и соответствующего ухудшения условий химического равновесия реакции окисления диоксида серы.

Известен также способ в котором задача уменьшения удельного расхода катализатора и повышения эффективности его использования решается путем замены катализатора в зонах регенеративного теплообмена на более дешевый гранулированный материал, инертный в каталитическом отношении, а повышение степени контактирования диоксида серы обеспечивают за счет осуществления реакции в нескольких слоях катализатора с промежуточным охлаждением реакционного газа между ними (Матрос Ю.Ш. и др. Каталитическое обезвреживание отходящих газов промышленных производств. - Новосибирск: Наука, 1991, 224 с.). В известном способе реакционный газ пропускают последовательно через первый слой инертного в каталитическом отношении гранулированного материала, более чем один слой гранулированного ванадиевого катализатора, второй слой инертного материала, при этом производят промежуточное охлаждение реакционного газа между слоями катализатора и периодическое изменение направления пропускания реакционного газа на противоположное через фиксированные промежутки времени. Указанный способ обеспечивает достижение степени контактирования диоксида серы на уровне до 95-97% при переработке реакционного газа с исходным содержанием SO2 до 2,5-4%.

Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень контактирования диоксида серы при переработке газов с исходной концентрацией SO2 более 2,5-4% (например, не более 90-92% при исходной концентрации диоксида серы 7%). Причиной этого явления является рост температуры катализатора и ухудшение условий химического равновесия реакции образования триоксида серы. Частично эта проблема может быть решена промежуточным охлаждением реакционного газа между слоями катализатора, однако, в условиях периодического реверса потока газов, максимальная температура достигается в первом и последнем по ходу реакционного газа слоях катализатора. При этом высокая температура в последнем слое катализатора определяет невысокую равновесную степень контактирования диоксида серы.

Перед авторами ставилась задача разработать способ окисления диоксида серы, обеспечивающий высокую степень контактирования диоксида серы при переработке реакционного газа с повышенным исходным содержанием SO2 (более 2,5-4%) при минимальном использовании теплообменников для нагрева исходного реакционного газа до температуры начала реакции, с пониженным расходом катализатора.

Поставленная задача решается тем, что в способе окисления диоксида серы, включающем пропускание реакционного газа, содержащего, по меньшей мере, диоксид серы и кислород, последовательно через первый слой инертного в каталитическом отношении гранулированного материала, хотя бы два слоя гранулированного ванадиевого катализатора, второй слой инертного материала, промежуточное охлаждение реакционного газа между слоями катализатора, периодическое изменение направления пропускания реакционного газа на противоположное, при снижении температуры реакционного газа до 100-500oС, измеряя последнюю внутри первого по ходу реакционного газа слоя катализатора, производят периодическое изменение направления движения реакционного газа только в слоях инертного материала, сохраняя направление движения реакционного газа в слоях катализатора неизменным.

Технический эффект предлагаемого способа заключается в возможности эффективной переработки реакционных газов с повышенным исходным содержанием диоксида серы с достижением степени контактирования диоксида серы до 96-98% с одновременным существенным снижением металлоемкости контактного узла окисления диоксида серы за счет отказа от использования теплообменников для нагрева исходного реакционного газа до температуры начала реакции, либо с их минимальным использованием.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен один из вариантов технологической схемы для осуществления заявляемого способа. Схема включает: 1 - исходный реакционный газ, 2 - выходящий реакционный газ, 3, 4 - слои инертного материала, 5-7 - слои катализатора, 8-11 - переключающие устройства, 12, 13 - промежуточные теплообменники.

Реакционный газ пропускают последовательно через первый слой инертного в каталитическом отношении гранулированного материала, хотя бы два слоя гранулированного ванадиевого катализатора, второй слой инертного материала, при этом производят промежуточное охлаждение реакционного газа между слоями катализатора и периодическое изменение направления пропускания реакционного газа на противоположное. Для того чтобы повысить степень контактирования диоксида серы при переработке реакционного газа с повышенным исходным содержанием диоксида серы (более 2,5-4%) периодическое изменение направления движения реакционного газа на противоположное осуществляют только в слоях инертного материала, сохраняя направление движения реакционного газа в слоях катализатора постоянным. При этом изменение направления движения реакционного газа в слоях катализатора производят в момент, когда температура реакционного газа в первом по ходу газа слое катализатора становится ниже фиксированной минимально допустимой величины. Для этого указанную температуру непрерывно измеряют внутри этого слоя катализатора в точке, отстоящей от места ввода реакционного газа в этот слой катализатора на расстоянии, равном от 0 до 75% высоты этого слоя, причем указанную минимально допустимую температуру реакционного газа устанавливают в диапазоне от 100 до 500oС.

В таком режиме в слоях катализатора создается оптимальное распределение температур, обеспечивающее благоприятные равновесные условия для достижения высокой степени контактирования. В то же время, применение процедуры периодического изменения направления движения реакционного газа на противоположное в слоях инертного материала обеспечивает отказ от использования громоздких и дорогостоящих теплообменников для подогрева исходного реакционного газа до температуры начала реакции, а также охлаждения реакционного газа после его прохождения через слои катализатора.

Пример Переработке подвергается реакционный газ, cодержащий, об.%: SO2- 7, O2 - 14, азот с исходной температурой 100oС - остальное. Способ реализуют в двух слоях инертного материала и трех слоях катализатора фиг.1. Исходный реакционный газ 1 подают в один из слоев инертного материала, затем пропускают последовательно через слои катализатора 5, 6 и 7, а затем выводят (2) через второй слой инертного материала. Между слоями катализатора реакционный газ охлаждают до 400-450oС в промежуточных теплообменниках 12 и 13. Чередование прохождения исходного реакционного газа через слои инертного материала 3 и 4, а также изменение направления движения реакционного газа в этих слоях осуществляют с помощью переключающих устройств 8 и 9 по мере снижения температуры реакционного газа в первом по ходу реакционного газа слое катализатора ниже 370oС, причем измерение указанной температуры производится в точке, отстоящей от верхней поверхности этого слоя катализатора на расстоянии, равном 15% его высоты. Поддержание постоянного направления движения реакционного газа через слои катализатора осуществляют с помощью переключающих устройств 10 и 11. Направление движения реакционного газа в различных фазах цикла между изменениями направления его движения показано сплошными и пунктирными стрелками соответственно.

Достигается степень контактирования 97,5-98%. В аналогичных условиях по способу прототипа достигается максимальная степень контактирования не выше 92%. По сравнению со способом, не использующим изменение направления движения газов, в результате отказа от использования теплообменников для нагрева исходного реакционного газа до температуры начала реакции, либо их минимального использования, общая металлоемкость контактного узла в предлагаемом способе снижается в 2-4 раза, а гидравлическое сопротивление - в 1,5-2 раза.

Формула изобретения

Способ окисления диоксида серы, включающий пропускание реакционного газа, содержащего, по меньшей мере, диоксид серы и кислород, последовательно через первый слой инертного материала в каталитическом отношении гранулированного материала, хотя бы два слоя гранулированного ванадиевого катализатора, второй слой инертного материала, промежуточное охлаждение реакционного газа между слоями катализатора, периодическое изменение направления пропускания реакционного газа на противоположное, отличающийся тем, что при снижении температуры реакционного газа до 100-500oС, измеряя последнюю внутри первого по ходу реакционного газа слоя катализатора, производят периодическое изменение направления движения реакционного газа только в слоях инертного материала, сохраняя направление движения реакционного газа в слоях катализатора неизменным.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к крупномасштабному производству серной кислоты

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности предназначено для утилизации газов цинкового производства в серную кислоту

Изобретение относится к способу переработки концентрированного сернистого газа, включающего окисление диоксида серы, и может быть использовано в химической промышленности для получения контактным способом жидкого триоксида серы, серной кислоты, олеума
Изобретение относится к способам получения серной кислоты по методу двойного или тройного контактирования и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к аппаратурному оформлению абсорбционной установки в технологической схеме производства серной кислоты

Изобретение относится к способам управления каталитическими гетерогенными химическими реакциями и может быть использовано в производстве серной кислоты, получаемой окислением диоксида серы
Изобретение относится к способу получения серной кислоты контактным методом

Изобретение относится к способам окисления двуокиси серы в трехокись и может быть использовано в производстве серной кислоты

Изобретение относится к аппаратурному оформлению производства серной кислоты из отработанных кислот и других серосодержащих отходов
Изобретение относится к химической области и может быть использовано для окисления диоксида серы в триоксид в производстве серной кислоты из самородной серы или в процессе очистки серосодержащих промышленных газовых выбросов

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для окисления диоксида серы до триоксида в сернокислотном производстве

Изобретение относится к устройству для непрерывного каталитического полного или частичного окисления исходного газа, содержащего диоксид серы и кислород

Изобретение относится к способу получения серной кислоты, при этом в установке для производства серной кислоты получают исходный газ, содержащий SO2, который пропускают, по меньшей мере, через один реактор, в котором протекает каталитическая реакция с окислением SO3 в SO2, а из образовавшегося при этом SO3 получают серную кислоту

Изобретение относится к способу защиты от аварийной течи котлов-утилизаторов в сернокислотных системах. Устройство защиты от аварийной течи котла-утилизатора в установке производства серной кислоты включает воздуходувку с блоком аварийной остановки двигателя, при этом оно дополнительно содержит охлаждаемый байпасный газоход с датчиком температуры и контроллер, при этом байпасный газоход установлен в любой точке газового тракта сернокислотной системы между выходом из котла-утилизатора и выходом из газового теплообменника после первой стадии контактирования, вход контроллера соединен с датчиком температуры байпасного газохода, а выход - с блоком аварийной остановки двигателя воздуходувки. 3 ил.

Изобретение относится к области химии. Способ производства серной кислоты или олеума содержит стадии: (a) производства сырьевого газа, (b) прохождения сырьевого газа через первую стадию превращения SO2 до SO3; (c) охлаждения содержащего SO3 газа; (d) прохождения газа на стадию промежуточной конденсации серной кислоты, где содержащий SO3 газ охлаждается и серная кислота конденсируется в охлаждаемых воздухом трубках, в которых газ SO3 движется вниз, тогда как охлаждающий воздух противотоком движется кверху промежуточного конденсатора, и в которых указанный воздух подается из контура рециркуляции воздуха, соединенного с указанным промежуточным конденсатором, и отвода от дна промежуточного конденсатора потока конденсированной серной кислоты или олеума, а также газового потока, содержащего непревращенный SO2 и неконденсированные SO3 и H2SO4; (e) подачи воды и кислорода в газовый поток из промежуточного конденсатора, содержащего непревращенный SO2 и неконденсированные SO3 и H2SO4 путем добавления к этому газовому потоку воздуха, отведенного от указанного контура рециркуляции воздуха, (f) повторный нагрев полученного газового потока из этапа (е) и подачу этого газа на вторую стадию превращения SO2 и последующую подачу газа на конечную стадию конденсации; g) подачу в газ перед или после его охлаждения в соответствии со стадией (f) твердых частиц. Изобретение позволяет снизить потребление энергии. 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 табл., 4 пр.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения серной кислоты. Установка содержит воздуходувку (1), печь (7) для сжигания серосодержащего сырья, котел-утилизатор (6) с испарительными элементами, контактный аппарат (3) с пятью слоями катализатора, два пароперегревателя (4), (5), газовоздушный теплообменник (2), экономайзер (8). Второй пароперегреватель (5) соединен с выходом газового потока после второго слоя катализатора контактного аппарата (3) и со входом на третий слой катализатора. Вход газовоздушного теплообменника (2) по газовому тракту соединен с выходом из третьего слоя катализатора. Выход с четвертого слоя катализатора контактного аппарата (3) соединен с компрессором. Выход с пятого слоя катализатора соединен с экономайзером (8). Вода в экономайзер поступает из узла питания (9). Изобретение позволяет повысить надежность работы установки и снизить содержание вредных соединений связанного азота в выхлопных газах. 1 ил.

Изобретение относится к регенерации энергии при производстве серной кислоты. Способ включает сжигание источника серы в газе, содержащем избыток кислорода; контакт потока газа, содержащего газообразный продукт сгорания, с катализатором для превращения диоксида серы в триоксид серы; контакт полученного конверсионного газа с первичной абсорбционной жидкостью, содержащей серную кислоту; циркуляцию указанной абсорбционной жидкости между первичной абсорбционной зоной и косвенным теплообменником, в котором тепло отбирается жидким теплоносителем; контакт потока газа, выходящего из первичной абсорбционной зоны, с вторичной абсорбционной жидкостью, содержащей серную кислоту. Изобретение позволяет повысить регенерацию энергии, высвобождаемой при поглощении влажного SO3 серной кислотой. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 24 ил., 7 табл., 7 пр.

Изобретение относится к сернокислотному производству и может быть использовано для утилизации отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии. Исходный сернистый газ с содержанием SO2 0,5-1,2 об.% нагревают в теплообменнике до температуры 250-300°С. Далее подогретую реакционную смесь одновременно вводят в несколько сегментов 1 с катализатором. Проводят процесс окисления SO2 в нестационарном режиме в одновременно движущихся нескольких тепловых фронтах - зонах реакции. Прореагировавшая реакционная смесь поступает в канал 5 сборника газа, откуда ее по каналу 4 распределителя реакционной смеси подают в несколько последующих сегментов 2 с катализатором. Прореагировавший газ направляют на абсорбцию. Переключение подачи исходного сернистого газа с одних сегментов с катализатором на другие сегменты с катализатором производят по достижении температуры на входе в них 430°С. Изобретение позволяет наиболее эффективно осуществить процесс конверсии SO2 в SO3. 1 ил., 1 табл.
Наверх