Способ окисления двуокиси серы в трехокись серы

 

1. СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДВУОКИСИ СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ СЕРЫ в нестационарном режиме в неподвижном слое катализатора с температурой газа на входе в слой 20-200°С II времени цикла 10200 мин, отличающийся, тем, что, с целью упрощения процесса повышения его надежностиза счет уменьшения температурных градиентов прореагировавшего газа за слоем катализатора , последний разделяют на три части и свежую реакционную смесь попеременно подводят между этими частями . 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что, средняя часть слоя составляет 0,1-0,3 от общего объема и верхняя и нижняя части 0,450 ,35.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„890663 (51)4 С 0 В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ i „, и ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2i) 2950078/23-26 (22) 03.07.80 (46) 23.10.88. Бюл. У 39 (71) Институт катализа Сибирского отделения .АН СССР (72) Г.К.Боресков, В.С.Лахмостов и Ю.Ш.Матрос (53) 661.257.1(088.8) (54) (57) 1. СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДВУОКИСИ

СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ СЕРЫ в нестационарном режиме в неподвижном слое катализатора с температурой газа на входе в слой 20-200 С и времени цикла 10200мин, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса повышения его надежности за счет уменьшения температурных градиентов прореагировавшего газа за слоем катализатора, последний разделяют на три части и свежую реакционную смесь попеременно подводят между этими частями.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, средняя часть слоя составляет 0,1-0,3 от общего объема и верхняя и нижняя части 0,450,35.

890663

Изобретение относится к производству серной кислоты контактным способом и может быть использовано в химической нефтехимической и других обЭ

5 ластях промьппленности для проведения гетерогенных каталитических реакций.

Известен способ окисления двуокиси серы в трехокись серы, применяемый при производстве серной кислоты, в контактном аппарате с неподвижными слоями катализатора.

Известный способ окисления двуокиси серы не позволяет вести режим, близкий к теоретическому оптималь5 ному в одном слое катализатора и осуществляется в реакторах с несколькими последовательно расположенными адиабатическими слоями катализатора и промежуточным охлаждением реакционной смеси в теплообменниках между слоями. Этот способ не позволяет перерабатывать газы с высоким (r 11 об.7) или низким (3,5 об.Х) исходным содержанием двуокиси серы, а также требуют высоких капитальных затрат на сооружение контактных узлов.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущностии достигаемому результату является спо30 соб окисления двуокиси серы в реакторе с неподвижнь>я слоем катализатора, процесс в котором ведут в нестационарном режиме с движущейся зоной реакции.

Способ заключается в том, что в

35 предварительно разогретый до 400600 С слой катализатора подают свежую реакционную смесь с температурой 20200 С. Газовая смесь охлаждает слой катализатора и реагирует с выцелени40 ем тепла, При этом тепло вытесняется из реактора в направлении скорости фильтрации газа. Для Фого, чтобы "запереть" тепло в слое и создать непрерывный и автотермический режим, на45 правление подачи газа периодически переключают на противоположное.

Известным способом можно окислять двуокись серы в трехокись в одном слое катализатора без традиционных теплообменников.

Недостатком способа является необходимость быстрого (в течение 5 с) изменения направления движения потоков газа с разными температурами, на-55 пример 20 и 560 С, и их прохождение через быстродействующие герметичные клапана, которые работают в неолагоприятных температурных условиях.

Установка стандартной (не быстродействующей) запорной арматуры вместо быстродействую|цих клапанов связана с проскоком непрореагировавшего газа мимо слоя катализатора в течение нескольких минут, определяемых временем открывания (закрывания) задвижек с электроприводом.

Следует также отметить, что при нестационарном способе окисления температура газа на выходе из торцов слоя периодически повышается и пони— жается с 20 до 430 С и опять до 20 С, что требует установки теплового демпфера для сглаживания температуры газа при подаче его на абсорбцию.

Целью настоящего изобретения является упрощение процесса каталитического окисления двуокиси серы в нестационарном режиме и создание условий более надежной erо работы.

Поставленная цель достигается тем, что слой катализатора разделяют на три части и свежую реакционную смесь подают попеременно между этими частями При этом средняя часть слоя по объему составляет, например 0,1-0,3 обшего объема слоя, верхняя и нижняя — равны между собой, и объем каждой его части составит 0,45-0,35.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед пуском катализатор нагревают до 500 С и гопеременно в верхнпй и нижний промежутки подают свежий

peBKIIHoHHbtH газ с температурой 20200 С и с продолжительностью цикла о

10 — 200 мин. При подаче свежего газа, например в верхний промежуток,нагретый до 500 С газ разделяется и движет. ся вверх через верхнюю и вниз через среднюю и нижнюю части к выходу из слоя с двух его торцов. В верхнем промежутке на торцах слоя катализатора возникают две зоны реакции с максимальной температурой 590 С, которые двигаются в тех же направлениях, т,е. вверх и вниз по слою катализатора.

После того, когда зона реакции с максимальной температурой 590 С дойдет до нижнего промежутка, производят переключение подачи свежего газа с верхнего промежутка на нижний, вследствие чего реакция продолжится на двух торцах слоя, только газ н, ве зоны реакции будут двигаться вниз

890663 через нижнюю часть слоя и вверх через среднюю и верхнюю части к выходу.

При этом в момент переключения подачи свежего газа возникшая в предыдущем .5 полуцикле зона реакции не исчезает, т.е. еще не вышла иэ верхней части слоя и служит своеобразным тепловым барьером, в котором продолжает окисляться часть свежего газа, который 10 в течение нескольких минут проскакивает через задвижки, производящие переключение направления потока. Иными словами, средняя часть слоя катализатора работает в таком же режиме, что l5 и прототип, а верхняя и нижняя части слоя служат для ликвидации (окисления) проскоков свежего газа, имеющие место при установке стандартных задвижек с электроприводом вместо 20 быстродействующих клапанов (как в прототипе). Верхняя и нижняя части слоя катализатора попеременно работают в пульсирующем режиме. В связи с тем, что на верхнем и нижнем торцах слоя 25 катализатора температура периодически изменяется и сдвинута по фазе, то суммарная температура прореагировавшего газа в выходном газоходе будет примерно равна среднерасчетной темпе- Зр ратуре за цикл. Вследствие этого не потребуется установки дополнительного теплового демпфера, так как создаются наиболее мягкие условия работы для абсорбционного отделения. Такой пуль35 сирующий процесс окисления благодаря тепловой емкости периодически нагреваемого и охлаждаемого катализатора уменьшает температуру реакционной смеси к выходу из слоя, тем самым обес- 4р печивают режим, близкий к теоретическому оптимальному, который требует уменьшения температуры с ростом степени превращения.

На чертеже приведена возможная схема реализации предлагаемого способа. Слева от оси показано положение зон реакции а,, а в момент пуска свежей реакционной смеси с температурой 20-200 С. Справа от оси показано . положение тех же зон реакции а,, а, а спустя 10-100 мин после пуска.

На предварительно разогретый до

500 С слой катализатора, состоящий из верхней 1, средней 2 и нижней 3 частей, подают свежую реакционную смесь в промежуток 4 через открытую задвижку 5 (задвижка 6 закрыта). Направление движения газа показано сплошными стрелками. В результате контакта холодного газа с нагретыми зернами катализатора газ нагревается до температуры начала химической реакции порядка 410 С. После чего начинается собо ственно реакция, и на торцах слоя возникают две эоны реакции а, и а, которые начинают двигаться в направлении вверх и вниз к выходу из слоя с его торцов. Спустя 10-100 мин, когда зона реакции а займет положение а — а, начинают переключать направление движения свежего газа. Задвижка 5 закрывается, а задвижка 6 открывается. В это время, которое длится несколько минут (время зависит от типа электропривода и диаметра газохода), через задвижки гаэ проходит по двум газоходам 7 и 8, показанным пунктирными стрелками, через слой в направлении к нижнему и верхнему торцам. При этом зона а, занимает положение a, и окисляет поток газа, поступающего по газоходу 7. После полного закрывания задвижки 5 и открывания задвижки 6 весь газ идет через нижний промежуток 9, и на торцах средней 2 и нижней 3 частях слоя повторяется тот же полуцикл окисления, аналогичный предыдущему, когда свежий газ подавали в верхний промежуток 4 через задвижку 5. При этом в зону а

t свежий газ уже не поступает, реакция в ней прекращается, и тепло иэ катализатора 3а следующий полуцикл выдувается. После следующих 10-100 мин, когда зона реакции а „займет положен ние a, — а, совершается полный цикл (10-200 мин), и процесс переключения повторяется. При этом зона реакции а займет положение а, аналогичное положению а (заштриховано пунктиром).

Из рассмотрения динамики выхода зон а, и а с торцов слоя катализатора следует, что суммарная температура потока в газоходе 10 эа цикл будет примерно равна среднерасчетной.

Пример 1. Реакционную смесь, образующуюся при сжигании среды и состоящую из 12 . двуокиси серы, 9 кислорода и 79 азота подают на слой катализатора СВД по схеме, показанной на чертеже. Средняя часть слоя равна 0 3 общего объема. Линейная скорость газовой смеси, рассчитанная на нормальные условия, 0,34 м/с, о температура смеси 20 С, условное вре, мя контакта 12 с. Ло ввода реакцион890б63 ной смеси катализатор разогрет до

500 С. Установившийся нестационарный цикл в реакторе наступает через

5 циклов, При этом, максимальная температура в зоне реакции равна 590 С, выходная температура на торцах слоя периодически изменяется от 50 до ь

420 С, а суммарная температура в выводном газоходе практически изменяется незначительно и ранна средней температуре 200 С; Длительность одного цикла равна 200 мин. Время переключения задвижек 1,5 мин, Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы в трехокись серы равна 98,27, что эквивалентно работе реактора с пятью последовательно расположенными. а иабатическими слоями катализатора в стационарном режиме.

Пример 2. Аналогичен примере 1, отличается тем, что процесс осуществляют при температуре смеси на входе в слой катализатора 200 С.

Такая температура может иметь место на практике, например для предотвращения конденсации паров серной кислоты.Продолжительность цикла 150 мин.

Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы достигает 98,47.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс осуществляют при начальной концентрации двуокиси серы 1,57 и начальной

5 концентрации кислорода 157, остальное — азот. Средняя часть слоя составляет 0,1 общего объема. Линейная скорость реакционной смеси 0,8 м/с.

Максимальная температура в зоне реакции равна 530 С, а выходная температура на торцах слоя периодически изменяется от 20 до 200 С (средняя температура в выходном газоходе

100 C). Длительность одного цикла равна 130 мин. Средняя за цикл степе lb превращения двуокиси серы равна 987..

Таким образом, предлагаемый способ окисления двуокиси серы в трехокись серы позволяет проводить процесс в слое катализатора в нестационарном режиме непрерывно с высокими степенями превращения (без проскоков непро25 реагировавшего газа) с применением стандартной запорной арматуры, а так— же позволяет значительно снизить температурные градиенты прореагировавшего газа и приблизиться к em температуре, равной среднерасчетной эа цикл.

890663

Техред Л. Сердюкова Корректор Л. Патай

Редактор Н.Сильнягина

Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4895

Производственно-полиграфическое предприятие, - г. ужгород, ул. Проектная, 4