Способ получения серной кислоты и установка для его осуществления

Изобретения относятся к области химии. Для получения серной кислоты исходный газ, содержащий SO₂, полученный в установке для производства серной кислоты, пропускают, по меньшей мере, через один реактор, в котором происходит каталитическая реакция окисления SO₂ в SO₃. Образовавшийся SO₃ превращают в серную кислоту. По меньшей мере, часть выходящего из установки для производства серной кислоты газового потока, содержащего SO₂, гидрируют с помощью газа, содержащего Н₂. Образовавшийся при гидрогенизации газовый поток, содержащий H₂S, направляют в H₂S-газопромыватель установки для получения коксового газа или нефтехимической установки. Установка для осуществления способа содержит установку 1 для производства серной кислоты, содержащую, по меньшей мере, один реактор 9 для каталитической реакции окисления SO₂ в SO₃ и поглотитель 12 с серной кислотой, секцию 17 дополнительной обработки, содержащей реактор 20 для гидрогенизации, в которую подают, по меньшей мере, один частичный поток газового потока 16, выходящего из установки для производства серной кислоты. Установка также содержит газопромыватель, сообщенный с секцией 17, при этом газопромыватель входит в состав установки для очистки коксового газа. Изобретения позволяют по возможности исключить выбросы SO₂. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

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.

Уровень техники

Исходный газ может быть получен сжиганием или каталитической конверсией содержащих сероводород отходящих газов, образовавшихся, например, при очистке коксовых газов. В большинстве случаев исходный газ содержит от 3 до 12 об.% SO₂. Как правило, его охлаждают в котле-утилизаторе и разбавляют при необходимости воздухом до получения сверхстехиометрического соотношения O₂/SO₂. Экзотермическая реакция для перевода SO₂ в SO₃ проводится на катализаторах, например катализаторах V₂O₅, при температуре от 400 до 650°С. Образовавшийся при этом SO₃ охлаждают и поглощают в поглотителе концентрированной серной кислотой. В известном способе, который в литературе называется контактным методом, происходят существенные выбросы SO₂ и SO₃ в виде сернокислого тумана. Выбросы SO₂ образуются в результате неполной конверсии SO₂ в SO₃. He прошедший конверсию SO₂ поглощается в очень незначительной степени в поглотителе. Выбросы SO₂ могут достигать до 3000 мг/нор. м³, если не принимаются соответствующие меры по снижению выбросов.

Известны многочисленные мероприятия по снижению выбросов SO₂. С помощью высокого соотношения O₂/SO₂ можно термодинамически промотировать конверсию SO₂ при более низкой температуре. В результате применения катализатора с добавкой цезия улучшается конверсия и снижаются выбросы SO₂. Наконец, для повышения степени конверсии может быть увеличено количество катализаторных секций или же перед последней катализаторной секцией может быть предусмотрен промежуточный поглотитель. Однако описанные меры в некоторых случаях значительно увеличивают эксплуатационные затраты установки для производства серной кислоты. Кроме того, эти меры являются дорогостоящими в отношении технологии и оборудования и пригодны лишь в ограниченной степени для модернизации существующих установок для производства серной кислоты. Обзор известных мероприятий по снижению выбросов SO₂ установкой для производства серной кислоты приводится в публикации Н.Wiesenberger "Stand der Technik in der Schwefelsäureerzeugung" (Уровень техники в производстве серной кислоты), монографии, т.137 (2001), стр.7-23, ISBN 3-85457-583-1.

Для отделения SO₂, образующегося на электростанциях, в установках для сжигания отходов и промышленных установках используются промыватели с гипсовой суспензией, при этом достигается высокая степень отделения. Коксовальные или нефтехимические установки, содержащие расположенные за ними установки для производства серной кислоты, как правило, не оборудованы промывателями с гипсовой суспензией. В H₂S-промыватель для установки для очистки коксового газа или в соответствующие газовые промыватели для нефтехимической установки выбросы SO₂ не могут подаваться, так как образующиеся при этом соли нарушают работу последующих секций обычной очистки коксового газа или соответствующих устройств нефтехимической установки.

Из источника DE 2658208 А1 известен способ удаления оксидов серы из отходящего газа, образующегося при сжигании углеводородов, при котором содержащиеся в отходящем газе оксиды серы восстанавливаются до сероводорода в зоне каталитической конверсии. Сероводород экстрагируют из потока отходящего газа, в результате чего в очищенном потоке отходящего газа остаются лишь незначительные количества серы.

Из US 2992884 А известно восстановление остаточных газов в сернокислотном производстве посредством водорода.

В известном из DE 2166916 А1 (GB 1344471) способе отходящие газы очищаются посредством каталитической гидрогенизации серы, при этом содержащийся в отходящих газах диоксид серы превращают в H₂S посредством применения водорода в стехиометрическом количестве и затем в серу при последующем поглощении водным щелочным раствором.

В источнике US 4919912 А описан способ, при котором газовый поток, содержащий SO₂, пропускают через реакционную зону, в которой проводится реакция Клауса и образуется элементарная сера. Поскольку газовый поток содержит SO₂ в количестве, являющемся сверхстехиометрическим при реакции Клауса, то отходящий газ после этой реакции Клауса подается в зону гидрогенизации, в которой избыточный SO₂ превращается в сероводород. Сероводород извлекают из потока газа и снова подают в реакционную зону для получения серы по реакции Клауса.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является по возможности полное исключение выбросов SO₂, образующихся в установке для производства серной кислоты. В частности, должна быть обеспечена возможность дооснащения установок для производства серной кислоты, существующих на коксохимических заводах, и нефтехимических установок с использованием имеющихся там промывателей. При проектировании новых установок способ должен способствовать получению концентрированной серной кислоты с высоким выходом и энергетической эффективностью.

Предметом настоящего изобретения и решением поставленной задачи служит способ получения серной кислоты, при котором на установке для производства серной кислоты получают исходный газ, содержащий SO₂, этот исходный газ пропускают, по меньшей мере, через один реактор, в котором происходит каталитическая реакция окисления SO₂ в SO₃, и образовавшийся при этом SO₃ превращают в серную кислоту, при этом для снижения выбросов SO₂ вместе с газовым потоком, выходящим из установки для производства серной кислоты, по меньшей мере, частичный поток выходящего из сернокислотной установки газового потока, содержащего SO₂, гидрируют газом с высоким содержанием Н₂, а образовавшийся при гидрогенизации газовый поток, содержащий H₂S, подается в H₂S-газопромыватель установки для получения коксового газа или нефтехимической установки. По способу согласно изобретению газовый поток, содержащий H₂S, подают обратно в H₂S-газопромыватели, имеющиеся обычно на коксохимических заводах и нефтехимических установках. Способ согласно изобретению пригоден к модернизации существующих установок для производства серной кислоты на коксохимических заводах и нефтехимических установках и обеспечивает эксплуатацию установки для производства серной кислоты практически без выбросов газа.

В том случае, когда установка для производства серной кислоты находится на коксохимическом заводе, то для гидрогенизации выбросов SO₂ может применяться коксовый газ. Кроме того, можно рециркулировать образующийся при гидрогенизации газ, содержащий H₂S, обратно в H₂S-газопромыватель установки для очистки коксового газа.

Предпочтительно, чтобы перед поступлением в реактор для гидрогенизации газовый поток подогревался путем теплообмена с выходящим из этого реактора газовым потоком.

Исходный газ, содержащий SO₂, может быть получен сжиганием или каталитической конверсией содержащих сероводород газов, которые, в частности, образуются при очистке коксового газа. Согласно предпочтительному варианту выполнения способа по изобретению газовый поток, выходящий из установки для производства серной кислоты с выбросами SO₂, разделяется на два частичных потока, при этом первый частичный поток рециркулируют обратно в исходный газ, содержащий SO₂, а второй частичный поток подают в описанную выше секцию дополнительной обработки и гидрируют газом с высоким содержанием Н₂. В результате частичной рециркуляции выходящего из установки для производства серной кислоты газового потока в исходный газ, содержащий SO₂, может быть увеличен выход серной кислоты. Частичная рециркуляция выбросов SO₂ согласно изобретению в исходный газ имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что может быть допустима меньшая степень конверсии в каталитической реакции превращения SO₂ в SO₃ при сохранении высокого кпд в производстве серной кислоты. Кроме того, в результате рециркуляции части выбросов SO₂ в исходный газ в последнем образуется меньшее количество воды, что благоприятно для повышения концентрации серной кислоты и может быть использовано для производства высококонцентрированной серной кислоты.

В другом оптимальном варианте выполнения способа согласно изобретению предусматривается, чтобы исходный газ, содержащий SO₂, получали в результате двухстадийного сжигания содержащих сероводород газов и чтобы первый частичный поток поступал в исходный газ перед второй стадией сжигания. SO₃, образовавшийся при каталитической конверсии SO₂, предпочтительно поглощается в поглотителе концентрированной серной кислотой.

Также предметом изобретения является установка по п.10 формулы изобретения для осуществления способа. В пунктах 11-12 формулы описаны предпочтительные варианты выполнения такой установки.

Ниже изобретение поясняется с помощью примера выполнения.

Описание чертежей:

фиг.1 - технологическая схема способа согласно изобретению,

фиг.2 - показанный на фиг.1 способ с дополнительным частичным возвратом выбросов SO₂ в исходный газ с содержанием SO₂.

Предлагается установка 1 для производства серной кислоты, в которой сначала получают исходный газ 2, содержащий SO₂. Исходный газ, содержащий SO₂, образуется в результате сверхстехиометрического сжигания содержащего сероводород отходящего газа 3, подаваемого в печь 5 для сжигания вместе с воздушным потоком 4, в котором присутствуют кислые газовые компоненты. В примере выполнения сжигание проводят в двух последовательно расположенных камерах сжигания 6, 6', причем для задания сверхстехиометрического соотношения О₂/SO₂ газовый поток разбавляют при необходимости воздухом 7. Горячий исходный газ 2, содержащий SO₂, охлаждают в котле-утилизаторе 8 и подают в несколько последовательно расположенных реакционных сосудов 9, в которых в присутствии катализаторов, например катализаторов V₂O₅, протекает экзотермическая реакция с превращением SO₂ в SO₃. Между секциями газы охлаждают с помощью теплообменников 10 до температуры, необходимой для поступления в следующую катализаторную секцию. Образуется газовый поток 11 с высоким содержанием SO₃, который направляют в поглотитель 12 с концентрированной серной кислотой. Поглотитель 12 оборудован циркуляционным контуром 13 для серной кислоты. Последняя отводится из отстойника-поглотителя 12, охлаждается и снова загружается в головной части. SO₂, поступивший вместе с газом, поглощается концентрированной серной кислотой. Частичный поток 14 серной кислоты, соответствующий поглощенному количеству, выгружается в виде потока продукции. Для регулировки концентрации серной кислоты в циркуляционный контур может вводиться вода 15.

Газовый поток 16, выходящий из поглотителя 12, содержит в себе выбросы SO₂. В зависимости от конструктивного выполнения катализаторной секции 9 эти выбросы могут достигать до 3000 мг/норм. м³. Газовый поток 16, выходящий из установки 1 для производства серной кислоты и содержащий выбросы SO₂, гидрируют показанным на фиг.1 способом в секции 17 дополнительной обработки с использованием газа 18 с высоким содержанием Н₂. Образующийся при гидрогенизации газовый поток 19 с содержанием H₂S отводится обратно для промывки в установку для получения коксового газа или нефтехимическую установку (которые не показаны на фигуре), расположенную перед установкой 1 для производства серной кислоты.

Для гидрогенизации выбросов SO₂ используется коксовый газ, содержащий в качестве основных компонентов Н₂, CH₄, а также в незначительных количествах СО, C_NH_M и CO₂. Образующийся в процессе гидрогенизации газ 19, содержащий H₂S, рециркулируют в H₂S-газопромыватель установки для очистки коксового газа.

Перед подачей в реактор 20 для гидрогенизации газовый поток 16 подогревают путем теплообмена с выходящим из реактора 20 для гидрогенизации газовым потоком.

Показанный на фиг.2 вариант способа отличается от изображенного на фиг.1 способа тем, что газовый поток 16, выходящий из установки 1 для производства серной кислоты с выбросами SO₂, разбивают на два частичных потока 21, 21', при этом первый частичный поток 21 рециркулируют в исходный газ 2, содержащий SO₂, а второй частичный поток 21' гидрируют в секции 17 дополнительной обработки с помощью газа 18 с высоким содержанием Н₂. В примере выполнения согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения исходный газ, содержащий SO₂, получают в результате двухстадийного сжигания содержащих сероводород газов, а первый частичный поток 21 отводят в исходный газ перед второй стадией сжигания 6'.

Предметом изобретения является также установка для осуществления раскрытого способа.

1. Способ получения серной кислоты, в котором исходный газ (2), содержащий SO₂, полученный в установке (1) для производства серной кислоты, пропускают, по меньшей мере, через один реактор (9), в котором происходит каталитическая реакция окисления SO₂ в SO₃, а образовавшийся SO₃ превращают в серную кислоту, причем для снижения выбросов SO₂ с газовым потоком (16), выходящим из установки (1) для производства серной кислоты, гидрируют, по меньшей мере, часть выходящего из установки (1) для производства серной кислоты газового потока, содержащего SO₂, с помощью газа (18) с высоким содержанием Н₂, а образовавшийся при гидрогенизации газовый поток (19), содержащий H₂S, направляют в Н₂S-газопромыватель установки для получения коксового газа или нефтехимической установки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для гидрогенизации выбросов SO₂ применяют коксовый газ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед поступлением в реактор (20) для гидрогенизации газовый поток подогревают путем теплообмена с газовым потоком, выходящим из реактора (20) для гидрогенизации.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед поступлением в реактор (20) для гидрогенизации газовый поток подогревают путем теплообмена с газовым потоком, выходящим из реактора (20) для гидрогенизации.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что исходный газ (2), содержащий SO₂, получают сжиганием или каталитической конверсией содержащих сероводород газов (3), образующихся, в частности, при очистке коксовых газов, газовый поток (16), выходящий из установки (1) для производства серной кислоты с выбросами SO₂, разделяют на два частичных потока (21, 22'), при этом первый частичный поток (21) рециркулируют в исходный газ (2), содержащий SO₂, а второй частичный поток (21') подают в секцию (17) дополнительной обработки и гидрируют с помощью газа (18) с высоким содержанием Н₂.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что исходный газ (2), содержащий SO₂, получают двухстадийным сжиганием содержащих сероводород газов (3), и перед второй стадией сжигания (6') первый частичный поток (21) смешивают с исходным газом (2).

7. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что SO₃, образованный каталитической конверсией SO₂, поглощают концентрированной серной кислотой в поглотителе (12).

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что SO₃, образованный каталитической конверсией SO₂, поглощают концентрированной серной кислотой в поглотителе (12).

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что SO₃, образованный каталитической конверсией SO₂, поглощают концентрированной серной кислотой в поглотителе (12).

10. Установка для осуществления способа по п.1, содержащая:
установку (1) для производства серной кислоты, содержащую, по меньшей мере, один реактор (9) для каталитической реакции окисления SO₂ в SO₃ и поглотитель (12) с серной кислотой,
секцию (17) дополнительной обработки, в которую подается, по меньшей мере, один частичный поток газового потока (16), выходящего из установки для производства серной кислоты,
при этом секция (17) дополнительной обработки содержит реактор (20) для гидрогенизации, заполненный газом с высоким содержанием Н₂, для гидрогенизации выбросов SO₂, содержащихся в подаваемом газовом потоке, причем газовый поток (19), содержащий H₂S, образованный при гидрогенизации, подается в газопромыватель, сообщенный с секцией дополнительной обработки, при этом газопромыватель входит в состав установки для очистки коксового газа.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что секция (17) дополнительной обработки содержит теплообменник для подогрева газового потока перед вхождением в реактор (20) для гидрогенизации путем теплообмена с газовым потоком, выходящим из реактора (20) для гидрогенизации.

12. Установка по п.10 или 11, отличающаяся тем, что установка (1) для производства серной кислоты содержит печь для сжигания, в которой получают исходный газ (2), содержащий SO₂, сжиганием или каталитической конверсией содержащих сероводород газов, при этом установка снабжена устройством для рециркуляции, с помощью которого часть потока (21) газового потока, выходящего из установки для производства серной кислоты с выбросами SO₂, возвращают обратно в исходный газ, содержащий SO₂.