Способ управления производством серной кислоты нитрозным методом из содержащего двуокись серы потока отходящего газа

 

Союз Советских

Социалистических

Рес у

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

< «980611 (61) ДополнитеЛьный к патенту (22) Заявлено 20 . 07. 78 (21) 2 640503/23-26 (23) Приоритет - (32) 21.07.77 (31) . 9063/77 (33) Швейцария

Опубликовано 07,12.82.ртоллетеньМ 45

Дата опубликования описания 07. 12,82

Э (51) М. Кл.

С 01 В 17/82

G 05 P 27/00

Государственный комитет

СССР по делам нэобретений и открытий (53) ДК 66,012-52(088,8) (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ СЕРНОЙ

КИСЛОТЫ НИТРОЗНЫМ МЕТОДОМ ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО

ДВУОКИСЪ СЕРЫ ПОТОКА ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА

Изобретение относится к управлению производством .серной кислоты нитрозным методом и может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства серной кислоты нитрозным методом из содержащего двуокись серы потока отходящего газа.

Известен способ управления производством серной кислоты нитрозным методом, основанный на регулировании плотности кислоты, выходящей из зоны денитрации, изменением подачи в нее разбавленной кислоты или воды (1).

Недостаток известного способабольшие потери оксидов азота с отходящими газами.

Цель изобретения - снижение потерь оксидов азота с отходящими газами. 20

Пост авленн ая цел ь дос ти гае тся тем, что согласно способу дополнительно регулируют подачу продукта, содержащего соединения азота и кислорода, в контур рециркуляции раз бавленной кислоты в зависимости от содержания окислов азота в газовом потоке зоны абсорбции.

При этом содержание окислов азота определяют на входе или на выходе или внутри зоны абсорбции .

Кроме того, в качестве .продукта, содержащего соединения азота и кислорода, используют азотную кислоту или оксиды азота.

Установки по производству серной кислоты нитрозным способом состоят иэ нескольких наполненных насадкой башен, соединенных последовательно, через которые рециркулирует кислота различной концентрации . Значительные потери оксидов азота происходят, когда отработанные газы содержат избыток NO или избыток NO . Правильное соотношение NO : NO является предпосылкой для оптимальной абсорбции оксидов азота. NO - бесцветный (невидимый) газ, поэтому неправильное регулирование системы серная кислота-оксиды азота может через корот3 9.8061 кое время привести к потере больших количеств оксидов азота с отработанными газами, выходящими в атмосферу без видимого желтого шлейфа. При производстве серной кислоты нитроэ. 5 ным способом выгодно эксплуатировать установку так, чтобы отрабо.танные газы имели незначительный, но ясно различимый желтый оттенок.

Повышение содержания NOg и пониже. ние содержания NO в отработанных газах системы серная кислота - оксиды азота могут достигаться увеличением добавления азотной кислоты, уменьшением охлаждения в продукцион ных башнях и/или.увеличением добавления воды. в продукционные башни.

Регулирование некоторых условий в одной насадочной башне системы всегда влияет на условия s других зо насадочных башнях, поэтому довольно трудно поддерживать всю систему в равновесии. Дпя обслуживания известных систем серная кислота -окси. ды азота требуется опытный квалифицированный персонал, способный эксплуатировать установку с незначительными потерями оксидов азота.

Так, потери оксидов азота в системе следует компенсировать путем добавления азотной кислоты или концентрированных нитрозных газов, например газов, образующихся при каталитическом окислении аммиака. В известных установках по производству серной кислоты нитрозным способом добавление азотной кислоты или добавление концентрированных содержащих оксиды азота газЬв осуществляется в головной части башни денитрации либо в начале потока продукционной башни, которая орошается кислотой концентрацией более 70 вес. 3 Н S04.

В известных системах серная кислота — оксиды азота необходимость . добавления азотной кислоты или газов с большим содержанием оксидов азота определяется, в частности, по содержанию нитроэы в кислоте, которая вытекает из зоны абсорбции в отстойник этой зоны, так как в этой кислоте содержание нитроэы наибольшее по сравнению со всеми кислотами в системе °

В изобретении все башни системы, орошаемые серной кислотой концентрацией более 60 вес.4, и выделяющиеся газы, содержащие больше газообразных соединений азота и кислоро1 4 да, чем газы, поступающие в башню, относятся к зоне денитрации.

В известных установках по производству серной кислоты нитрозным способом добавление азотной кислоты или других веществ, содержащих оксиды азота, производится в любом месте "зоны денитрации", регулирование окраски отработанных газов системы, т.е. регулирование отношения

NO:NO в этих газах, осуществляется обычно путем добавления больших или меньших количеств воды к кислотам, рециркулирующим через зону денитрации и через зону абсорбции оксидов азота.

За работай установки необходим постоянный контрол ь, требующий многочисленных измерений плотности и определения содержания нитроэы в рециркулирующей кислоте. Автоматическое регулирование известных систем едва ли осуществимо.

Кроме того, недостатком известных систем серная кислота - оксиды азота является очень медленная реакция на регулирование отношения NO:NO в газах. Например, если понижение содержания ЬО в поступающем газе приводит к образованию желтой полосы в от-. ходящих из системы газах, то требуется отрегулировать работу установки описанным способом, что оказывает свое действие и вызывает исчезновение желтой окраски отходящих газов только через несколько часов.

Предлагаемый способ решает проблему регулирования состава отработанных газов производства серной кислоты нитрозным способом в течение нескольких минут и обеспечивает автоматизацию всей системы, улучшает скоростной способ регулирования отношения NO:NO> в отходящих из системы газах так, чтобы они выходили без (или практически без) желтого шлейфа, обусловленного содержанием в них М02, из дымовой трубы для отвода отходящих газов и в то же время без черезмерных потерь (бесцветного) NÎ в системе. Кроме того, улучшается эмиссия газов из системы, в которых содержание оксидов азота ниже верхнего, предписанного законом предела (например 400 м.д.).

Регулирование процесса включает следующие стадии: измерение содержания NO в газовом потоке в зоне абсорбции или ниже (по ходу потока) зоны, абсорбции или одновременно и в зо5 9ОО не абсорбции и ниже нее, и введение соединения азота и кислорода в разбавленную рециркулирующую кислоту по меньшей мере одного из двух секторов зоны обработки.S02 в тех случаях, когда в точке (или точках) контроля NO конкретное предельное значение содержания NO или крутизна повышения в единицу времени содержания NO в газовом потоке превыше to ны в количестве, достаточном для устранения этого превышения, без изменения концентрации кислоты в зоне аб" сорбции.

Конкретные предельные значения со- 15 держания NO или крутизны повышения зависят от конкретной схемы данной установки, в частности от размеров различных башен, Необходимо при про" изводстве серной кислоты нитрозным 20 способом, в частности интенсифицированным башенным способом Петерсена, определить оптимальные эксплуатационные условия процесса для каждой конкретной установки и затем 25 настроить контрольно-измерительные приборы, применяемые по предлагаемому способу так, чтобы они обеспечивали достижение оптимального предельного значения или оптимальной зв крутизны повышения.

Оптимальное отношение NO:NO в зоне абсорбции или в отработайных газах зоны абсорбции может достигать .ся в течение нескольких ьмнут и может быть автоматизирована вся система в целом, если, в зависимости от содержания NO в газах, отходящих из зоны абсорбции, азотная кислота или другие жидкие или газообразные вещества, содержащие соединение азота и кислорода, подаются в рециркулирующую разбавленную кисло ту или в зону обработки SO,êîòîрая орошается разбавленной кислотой. Разбавленная кислота теряет добавленную азотную кислоту или дру. гие соединения, содержащие оксиды азота, сравнительно быстро. Во вре- . мя потребления азота, содержащего50 ся в разбавленной кислоте, происходит энергичная реакция, и обработка SO значительно ускоряется.

Таким образом, изобретение обеспечивает "компенсацию" в ответ на возросшее содержание NO вследствие недостаточного общего содержания

NO в системе. Увеличение содержания NO a системе указывает на то, 45

611 6 что активность разбавленной кислоты, рециркулирующей в соответствующем секторе или в обоих секторах зоны обработки SO,, понижается., У

Путем добавления небольших количеств азотной кислоты или подобного соединения азота и кислорода активность разбавленной кислоты в зоне обработки SO стимулируется достаточно для осуществления превращения SO ---SO в зоне обработки SO и, даже в случае недостатка оксидов азота, в общем балансе системы. Это позволяет поддержи- . вать в системе практически минимально возможное содержание NO>, т.е. в системе не требуется избыток NO .

Происходящие в системе изменения, особенно те, которые вызваны колебаниями содержания SO в поступающем газе, корректируются в течение нескольких секунд, и стимулирующее действие каждого введения небольщого количества продолжается приблизитель1 но 10-15 мин.

Следовательно, описанные меры для регулирования содержания оксидов азота нацелены, в первую очередь, не на повышение содержания NO в системе вследствие общего недостатка в ней

NO@, а на стимулированйе активности разбасленной кислоты, рециркулирующей в зоне обработки 50, каждый раз, как ее становится недостаточно

Азотную кислоту или оксиды азота добавляют в зону обработки SO в жидЯ. кую фазч разбавленной кислоты. Предпочтительно жидкость, которая представляет собой или содержит соединение азота и кислорода (например, азотную кислоту), либо в смеси с разбавленной кислотой, вводят в насадку башни зоны обработки SO таким образом, что смешивание добавленной жидкости с разбавленной кислотой про исходит в насадках башен этой зоны.

Соединениями азота и кислорода являются такие соединения, которые применяются при нитрозном способе производства серной кислоты, т.е.

NO, NO N О>, нитроэа или азотная кислота, а также (необязательно) твердые "кристаллы камеры", При нитрозном способе азотистая кислота мгновенно окисляется до окиси азота или выделяет азотистый ангидрид, или образует с серной кислотой нитрозу.

Газообразными веществами, которые содержат азот, связанный с кис7 9806 лородом, являются такие газы, кото- рые содержат NO или МО,2, или N

Жидкими веществами являются, в частности, сама азотная кислота или нит-. роза. 5

Количество вещества, содержащего соединение азата и кислорода, возрастает пропорционально повышению содержания NO в газовом потоке в зоне абсорбции или после нее. 4 30

Однако на установках с простой схемой скорость добааления вещества, содержащего соединение азота и кислорода, можно поддерживать постоянной до тех пор, пока содержание 15

NO в газовом потоке ниже (по ходу газа) зоны абсорбции превышает упомянутое предельнье содержание NO.

Количество соединения азота и кислорода, добавляемое на каждой ста- ?o дии регулирования в зоне обработки

SOg (сектор предварительной обработки или главный сектор),очень мало по сравнению с общим количеством нитрозы, рециркулирующей„в сис- 25 теме, Допустим, что в системе непрерывно рециркулирует около 100 т кислот при содержании около 3 нитрозы в кислотной фазе и в газовой, фазе, это . означает, что в системе рециркули- gg рует около 3 т нитрозы. Для корректирующего действия в ответ на возросшее содержание NO, измеренное в указанных точках, требуется добавить в разбавленную кислоту, рециркулирующую в зоне обработки SO, от 100 до

1000 мл азотной кислоты или аналогичного соединения азота и кислорода. Такие незначительнЪ|е количества соедине ния азота и кислорода вызывают нуж- 40 ное действие в течение меньше чем

l0 мин, и не являются обычной компенсацией потерь НОВ в системе в целом.

Для этого потребуется добавление значительно большего количества содержащей нитрозы кислоты или азотной кислоты для компенсации потерь NOy в системе, причем в ранее известных интенсифицированных процессах добавление предпочтительно осуществляют в зоне денитрации.

При работе по другому способу количество вещества, которое содержит соединение азота и кислорода, увеличивают с такой скоростью, с какой пре" вышается предельное значение крутизны возрастания в единицу времени содержания ИО в газовом потоке в зоне абсорбции или ниже нее (по ходу газа).

11 8

В каче ст ве соеди не ни я а зот а и ки сло рода преимущественно применяют азотную кислоту.

Кроме того, соединение азота и кислорода состоит предпочтительно из оксидов азота, образующихся при сжига- . нии аммиака.

Жидкое вещество, содержащее азот, соединенный с кислородом, может быть получено, в частности, путем абсорбции оксидов азота серной кислотой, Добавление упомянутого соединения азота и кислорода или вещества, содержащего его, предпсчтительно прекращают, тогда содержание NO в газовом потоке ниже (по ходу газа) зоны абсорбции падает ниже постоянного значения, которое ниже предельного содержания NO или добавление вещества уменьшают, когда содержание NO в газовоч потоке ниже (по ходу газа) зоны абсорбции падает ниже предварительно заданного предельного значения крутизны повышения в единицу времени .

Дпя эффективной работы предпочтительно измерять концентрацию NO B газовом пбтоке ниже (по ходу газа) зоны абсорбции и прекращать добавление указанного вещества в рециркулирующую разбавленную кислоту в зоне обработки ЬО когда превышена определенное содержание ИО или когда превышен предел крутизны повышения содержания NO в газовом потоке в точках контроля содержания NO<, В этой связи целесообразно повышать количество содержащей нитрозу кислоты, вытекающей из зоны абсорбции, и, соответственно, вводить в эту зону кислоту с меньшим содержанием нитрозы или совсем не содержащую нитрозы из зоны денитрации, когда превышена второе, верхнее предельное значение содержания NO в газовом потоке ниже (по уходу газа) зоны абсорбции, или когда превышен второй верхний предел крутизны повышения .содержания МО в газовом потоке ниже (по ходу газа) зоны абсорбции.

По меньшей мере часть вещества, вводимого в зону обработки SO<, может состоять из содержащей нитрозу серной кислоты, отобранной из зоны абсорбции, в этом случае содержание соединения азота и кислорода в . содержащей нитрозу серной кйслоте, 9 980611 10 отобранной из эоны абсорбции и пос- отношения NO:ÌO в отработанных гай тупающей в зону обработки ЯО, мо- зах системы. жет быть увеличено путем добавления Такая установка включает в себя азотной кислоты. последовательно зону денитрации, эоВ предпочтительном варианте осу- 5 ну обработки SO и зону абсорбции .окществления способа предусмотрена вы- сидов азота, причем каждая зона вклюше (по ходу газа) зоны денитрации чает в себя по меньшей мере одно устзона предварительной обработки, че- ройство для проведения реакции межрез которую осуществляется отдель- ду газом и жидкостью, которое оборуная рециркуляция разбавленной кисло - 1© довано отстойником для отбора жидкос" ты и через которую газовый поток про- ти, выходящей со дна соответствующеходит до поступления в зону денитра- го устройства, линию газового потока, ции . В зону предварительной обра- которая последовательно входит в каботки вводят часть общего количест- кую-либо часть, предпочтительно нижва вещества, содержащего соединение 1 нюю, зоны денитрации и выходит из каазота и кислорода, или само это кой-либо части,поедпочтительно верхсоединение как таковое . Количество ней, этой эоны в зону обработки SO, этого вещества может быть отведено откуда - в зону абсорбции оксидов азоиз содержащей нитрозу серной кисло- та и выходит из какой-либо части, ты, которая течет из зоны абсорбции 20 предпочтительно верхней, эоны абсорбв зону обработки SQ2. По меньшей ме цйи в атмосферу, линию рециркуляции ре часть количества соединения азо- разбавленной кислоты через зону обта и кислорода, подлежащего введе- работки 50, линию рециркуляции киснию в зону предварительной обра- лоты из первого отстойника (по ходу ботки, может состоять из газообраз- газов) эоны абсорбции оксидов азота ных оксидов азота, которые получают к верхней части зоны денитрации и .путем окисления аммиака и вводят отстойника этой зоны к какой-либо в газовый поток до его поступления части, предпочтительно реакционного в зону предварительной обработки. устройства, зоны абсорбции оксидов азоСодержание соединения азота и кис З та,которая предусмотрена в предлагаелорода в содержащей нитрозу отоб- ° мой установке, линию подачи соединения, ранной из зоны абсорбции серной азота .и кислорода в жидкую или газокислоте, которая частично вводит,- вую фазу, которая соединена с линией ся в главный сектор зоны обработки рециркуляции разбавленной кислоты чеи частично в сектор последней зоны, д рез зону обработки 50, измерительобразующий зону предВарительной об- ное устройство для определения содер

1 работки, тоже можно увеличить путем жания NO в газовом потоке, причем это добавления азотной кислоты. устройство соединено с зоной абсорб".. ции или с линией. газового потока ниКроме того, плотность кислоты слоты же (по ходу газа) зоны абсорбции или выходящей из зоны денитрации можно

Р ц можно одновременно с зоной абсорбции и липоддерживать постоянной путем добав- ниеи ниже (по ходу газа) зоны абления разбавленной кислоты или восорбции, и регулировочное устройстды, в то время как плотность раэбав- во для добавления соединения азота ленной кислоты, рециркули у ей чер 4 р у Рующеи е и ки слорода в эави си мости от содерреэ главный сектор зоны обработки жания NO, измеренного при помощи

SO можно по е живать о

Я у дд р вать постоянной измерительного устройства. путем добавления кислоты из зоны В улучшенном варианте предлагаепредварительной обработки или воды. мои установки предусмотрено устройИзобретение обеспечивает установ- ство для измерения содержания NO ку для отделения МО из готового по- в газовом потоке: устрайство соедитока, содержащего SQ по меньшей ме- нено с линией газового потока ниже ре периодически, в концентрациях, (по ходу газа) эоны абсорбции и ренедопустимо высоких для выброса в гулировочное устройство включает атмосферу, с сопутствующим проиэвод- "улучшенное" регулировочное устройством серной кислоты нитрозным спосо- ство, которое отключает или уменьшабом, причем работа данной установ- ет подачу соединения азота и кислороки регулируется в зависимости от да в аависимости от содержания NO содержания NO или NQ и NQ< и/или со- в газовом потоке, измеренном при

9806 помощи у строй ст в а для и амере ни я содержания NO . Установка линии подачи соединения азота и кислорода в виде содержащей нитрозу серной кислоты предпочтительно может быть соединена с отстойником реакционного устройства зоны абсорбции оксидов азота. ,Эта линия подачи может оборудоваться средствами для введения в нее азотной кислоты. 10

Предлагаемая установка может включать в себя зону предварительной обработки выше (по ходу газа) зоны денитрации, имеющую реакционное устройст.во и отстойник, в — î время как линия газового потока проходит сначала в зону предварительной обработки, предпочтительно в нижнюю ее часть и из другой ее части в какуюлибо часть, предпочтительно нижнюю, зоны денитрации, где может предусматриваться отдельная линия для рециркуляции через нее разбавленной кислоты, предпочтительно проходящая через зону предварительной обработки сверху вниз, а также уравнительная линия между отслойниками зоны предварительной обработки и зоны денитрации, и отвод от упомянутой линии подачи к верхней части зоны предварительной обработки.

На фиг. 1-5 представлены примеры выполнения установки, реализующей предлагаемый способ.

Установка для производства серной кислоты нитрозным способом (фиг. 1) включает в себя обычные контактные башни для проведения реакции между газом и жидкостью, наполненные насадкой.

Ниже по ходу газового потока башни 1 денитрации находится зона обработки SO@ с первой башней 2 и второй башней 3, ниже которых име45 ются насадки 4 и 5, находящиеся в одной башне и образующие зону абсор,бции оксидов азота. Подлежащий обра,ботке отработанный газ, содержащий

S+, поступает по входному трубопроводу 6 в нижнюю часть денитрационной башни 1 и по трубопроводу 7 идет из, головной части башни 1 s головную часть башни 2 зоны обработки SO по газовому трубопроводу 8 из нижней части насадки башни 2 - в нижнюю

Ы часть насадки башни. 3, откуда по трубопроводу 9 через насадку 4 - в на садку 5, из головной части которой

11 12 по газопроводу 10 посредством вентилятора 11 выбрасывается в атмосферу

Как и в известной установке разбавленная кислота рециркулирует по трубопроводу 12 подачи разбавленной кислоты при помощи насоса 13 через теплообменник 14 к головной части насадки башни 2 и собирается в нижней части ее в отстойнике 15, из которого разбавленная кислота насосам l6 подается по трубопроводу 17 через теплообменник 18 в головную часть набивки башни 3. Контур рециркуляции разбавленной кислоты через зону обработки SO< замыкается путем откачивания разбавленной кислоты из отстойника 19 башни 3 по трубопроводу 20, Предпочтительно в этом контуре рециркуляции разбавленной кислоты применяют серную кислоту концентрацией приблизительно 65 вес . .

Плотность разбавленной кислоты, рециркулирующей в зоне обработки SQ измеряется при помощи устройства 2 1 для измерения плотности на выходе кислоты из отстойника 19. Плотность можно регулировать известными способами путем добавления либо воды, либо кислоты (соответствующие клапаны и трубопроводы не показаны).

Содержащую нитрозу серную кислоту откачивают насосом 22 из отстойника

23 общей башни зоны абсорбции оксидов азота (отстойник находится под насадкой 4) по трубопроводу 24 в теплообменник 25, где она подогревается и затем по трубопроводу 26 подачи кислоты поступает в головную часть башнй 1 денитрации для орошения находящейся в башне 1 насадки. После прохождения через насадку башни 1 по.лученная. после денитрации кислота собирается в отстойнике 27 башни 1 и перекачивается насосом 28 по трубопроводу 29 в теплообменник 30 и из него по трубопроводу 31 в головную часть верхней насадки 5 s башне зоны абсорбции оксидов. азота.

Из насадки 5 кислота течет вниз в насадку 4, а подлежащий обработке газ проходит из насадки 4 в насадку 5. В этом случае не требуется от- . ,сечка газа между обеими насадками.

После денитрации серная кислота концентрацией 70-80 вес. 3 может быт ь отведена из трубопровода 31 по трубопроводу 32 с находящимся в нем кпапаном 33 в сборник кислоты 34 и выведена из системы по спускному трубопроводу .

13 . 980611 14

Таким образом, стадия денитрации трубопроводом 39, оборудованным насо. осуществляется известным способом в сом 40 и кпапаном 41, с головной ча" насадке башни 1. .Стадия обработки стью первой башни 2 зоны обработки

SO осуществляется в насадках ба- SO . шен 2 и 3., а стадия абсорбции окси- з Анализатор 42 соединен с газопродов азота - в насадках 4 и 5 общей водом 10 и непрерывно измеряет собашни. В зоне обработки SO башни 2 держание NO в газах, проходящих по и 3 применяется серная кислота кон- этому газопроводу от насадки 5 башни центрацией менее 70 вес.3 Н SO ° (раз- абсорбциоцной зоны. Если содержаД. бавленная кислота). В зоне денйтра- 10 ние NO выше допустимого значения или ции башни 1 и в зоне абсорбции окси- если скорость повышения содержадов азота применяется кислота кон- ни я и О пре вышает заданную с корост ь, цемтрацией 70-85 вес.Ф Н SO (аб 2 насос 40 включается посредством сигсорбционная кислота). Предпочти-.ель- нала от анализатора 42 и серная кисная концентрация абсорбционной кис- I> лота с большим содержанием азотной лоты составляет 72-80 вес.1. кислоты поступает через клапан 41

Как и в известных установках по в насадку башни 2. производству серной кислоты нитроз- Если анализатор 42 показывавт, ным способом, оксиды азота выделя- что содержание NO в газах, выходя" ются в свободном состоянии из кисло- 2о щих из зоны абсорбции, ниже допусты, вводимой в процесс, согласно тимого значения или если скорость изобретению в зоне денитрации и про- понижения содержания оксида азота ходят по газопроводу в зону абсорб- в этих газах превышает минимальную ции, где газообразные оксиды азота допустимую скорость понижения, напоглощаются серной кислотой. Этот сос 40 отключается. процесс происходит следующим обра- Вместо включения или выключения зом. Не содержащая нитрозы абсорбци- насоса 40 можно регулировать также онная кислота, идущая от насадки поток серной кислоты с большим собашни 1 в отстойник 27, охлаждает- держанием азотной кислоты, у в ели чи в ая ся в теплообменнике 30 и насосом 28 30 или уменьшая его расход. Запаздывапо трубопроводу 31 подается в насад- ние реакции системы регулирования ку 5, откуда поступает в насадку 4 на сигнал от анализатоРа составляет и из нее в отстойник 23, откуда по несколько минут. трубопроводу 24 подается насосом

22 в теплообменник 25 и по трубопро- з На Установке (Фиг. 1) анализатоР воду 26 возвращается в насадку баш- 42 показан установленным в головной ни 1, в которой оксиды азота, аб- части насадки 5 абсорбционной части сорбированные кислотой в насадках 4 башни. Иожно измеРЯть содеРжание и 5, снова выделяются в газовый по-. оксида азота на входе газов в наток. 4 садку 4 абсорбционной башни или межДалее кислота дополнительно пере- ду насадками 4 и 5 зоны абсорбции., качивается насосами известным спо- Содержание оксида азота в этих точсобом из отстойников каждой башни, ках соответственно выше, чем на выхов голсвную часть этой же башни с це-. де из зоны абсорбции. Однако можно лью интенсификации массообмена меж- в качестве регулируемого параметра

45 ду газом и кислотой, (срответствующие применять измерение внутри насадки абустройства не показаны), сорбционной зоны. Это вызывает уменьВ установке (фиг. 1) предусмотрен шение запаздывания реакции на сигсборник 35, содержащий азотную кисло- нал. Можно (в некоторых случаях це ту- или серную кислоту с высокой кон- лесообразно) осуществлять измерение

50 центрациеи нитрозы и/или азотнои ки- содержания NO одновременно в различ-. слоты. Азотная кислота поступает по ных точках зоны абсорбции оксидов трубопроводу 36 в сборник 35. Трубо- азота. провод 37 с клапаном 38, соединен- Кроме того, целесообразно добавный с отстойником 23 зоны абсорбции лять соединение азота и,кислорооксидов азота, ведет в сборник 35. .да, жидкого или газообразного вещеСодержащая нитрозу серная кислота ства, содержащего это соединение, может подаваться по трубопроводу 1 как можно ближе к началу потока в

37 в сборник 35, который соединен 1системе, При этом можно оказывать

980611

15 значительное влияние на содержание

N0 в отработанных газах установки, даже при введении сравнительно небольших количеств соединения азота и кислорода. 5

Таким образом, изобретение позволяет автоматизироваtb производство серной кислоты нитрозным .способом.

В установке (фиг. 2) влажные газы> содержащие БО, приводят в контакт 1о с разбавленной кислотой .в башне предварительной обработки выше (по ходу газа) зоны денитрации, причем часть водяного пара извлекается из этих газов в насадке башни 43, Разбавленная кислота, текущая вниз из насадки башни. 43 в отстойник 44 этой же башни, подается наСосом 45 по . трубопроводу 46 в теплообменник 47, где кислота подогревается; и затем 20 по трубопроводу 48 - в головную часть башни 49, насадка которой образует зону обезвоживания кислоты . дополнительный нагрев. кислоты в теплообменнике 47 интенсифицирует 25 обезвоживание кислоты в насадке башни 49. Башня 43 зоны предварительной обработки образует первый сектор зоны обработки S0 .

Контур рециркуляции разбавленной 5D кислоты через зону предварительной обработки по трубопроводу 48 отделен от контура рециркуляции разбавленной кислоты в главной зоне обработки SO .

Он замыкается путем подачи разбавленной кислоты по трубопроводу 48;к . головной части башни 49 на орошение насадки в этой башне, откуда кислота через эту насадку и затвор 50 в нижней части башни 49 стекает в насадку 4о башни 43 .

Вода, поглощаемая кислотой во вре мя ее рециркуляции через насадку баш ни 43, переносится таким образом по трубопроводу 48 непосредственно в конец всей системы, т.е. в насадку башни 49, где она выделяется в виде водяного пара в отработанные газы системы, подаваемые в башню 49 по трубопроводу 51.

Ф

Проходя через зону предварительной обработки в башне 43, разбавленная кислота подогревается. Дополнительный .подогрев в кислоты в теплообменнике .47 интенсифицирует выделение воды в насадке башни 49, Испарившая,55 ся вода покидает систему в виде пара вместе с несодержащими SO отработан. ными газами по трубопроводу 52.

16

Благодаря стадии обезвоживания

l газовый поток обезвоживается в зоне предварительной обработки, и в остапьную часть системы поступает меньше (или вовсе не поступает) водяного пара с газовым потоком, что позволяет постоянно поддерживать требуемую концентрацию кислоты (например

75 вес.4 Н 301) в насадке башни 1 денитрации, а также в насадках 4 и 5 абсорбционной эоны .

Путем регулирования подачи топлива в теплообменник 47 можно регулировать количество воды, выделяющейся из рециркулирующей через насадки башен

49 и 43 кислоты, тем самым поддерживая требуемую концентрацию кислоты в этом контуре рециркуляции .

Азотная кислота (или серная кислота, содержащая нитрозу либо азотную кислоту) подается из сборника

35 насосом 40 по трубопроводу 39 к клапану 53 и дальше по трубопроводу

54 к головной части насадки в башне

43, которая орошается как только .ана- лизатор 42 открывает клапан 53 и включает насос 40 . Башня 43 (фиг. 2), орошаемая разбавленной кислотой и находящаяся выше эоны денитрации по ходу газового потока, служит для регулирования всей системы. В насадочную башню 43 (или соответствующее реакционное устройство другого типа для проведения реакции между жидкостьюю и газом),соответственно поступает общее количество соединения азота и кислорода, жидкого либо газообразного вещества, содержащего такое соединение. Нижняя часть насадки башни

49 соединена. трубопроводом )1 с вентилятором 11 и в нее по этому трубопроводу поступают -сухие отработанные газы из насадки башни 5 зоны абсорбции. Отработанные газы извлекают воду из кислоты в насадке башни 49 и вместе с водяным. паром выходят по трубопроводу 52 в атмосферу .

До настоящего времени регулировали соотношение N0:NO< в отработанных газах установки или в абсорбционной зоне установек по производству серной кислоты нитрозным способом путем изменения концентрации кислот в определенных контурах рециркуляции установки. Это осуществляли путем добавления воды или разбавленной кислоты к более концентрированной кислоте по меньшей мере в одном из контуров рециркуляции . Такое изменение

9806

I0 концентрации кислоты можно не применять при регулировании системы согласно изобретению. Достаточно поддерживать постоянную плотность кислот на выходе из зоны денитрации и в кон- $ туре рециркуляции через зону обработки SO@. Плотность кислот можно поддерживать постоянной при помощи известных устройств для автоматического регулирования плотности, Устройство 55 для измерения плотности (фиг. 2) предусмотрено на .спускном трубопроводе 29 из отстойника 27. Это измерительное устройство действует на клапан, при этом тре буемое количество разбавленной кислоты подается насосом 22 по трубопроводу 26 в насадку денитрационной башни 1. Устройство 55 для измерения плотности регулирует добавление раз 20 бавленной кислоты таким образом, что на выходе из зоны денитрации . т.е. на выходе иэ насадки денитрационной башни 1, поддерживается постоянная концентрация кислоты.

Уравнительный трубопровод 56 сое-i диняет отстойники 44 и 45 и обеспечивает, таким образом, выравнивание уровней кислоты в обоих отстойниках.

В установке (фиг, 3) в первый сек- 30 тор зоны обработки SO, а именно в башню "îíû предварительной обработки, вводят не все количество соединения азота и кислорода или вещества, содержащего такое соединение, а 3$ только часть его, тогда как остальную часть вводят, как в установке, изображенной на фиг, 1 в головную часть башни 2-, т.е. в главный сектор зоны обработки SO>, можно регули- 4о ровать путем соответствующей настРойки клапанов 41 и 53.

Чем больше поверхность контакта газа с жидкостью, в реакционных башнях зоны обработки SO, тем быстрее 4$ протекают химические реакции в стадии обработки SÎ .

При одновременном введении соединения азота и кислорода в первый сектор зоны обработки SO и в главный сектор зоны обработки ЯО,т.е. в насадки башен 43 и 2, орошается гораздо большая поверхность, соответствующая сумме объемов насадок башен 42 и 2, и соответственно достига$$ ется повышение скорости всего процесса обработки SQ.

В предпочтительном варианте работы (фиг. 3), кроме описанного из!

1 18 мерения содержания NO, измеряют содержание NO в газах. Измерение выполняет анализатор 57 в абсорбцианной зоне или ниже ее (по ходу газа).;Анализатор 57 соединен с регу" лировочным устройством известного типа (не показан), действие которого накладывается на действие анализатора 42 измеряющего содержание в газах ИО. Как только содержание:NO превышает заданное значение, добав" ление веществ, содержащих соединение азота и кислорода, прекращается или уменьшается, Кроме того, если содержание NO слишком велико или скорость повышения концентрации МО слишком венчика содержащую нитрозу серную кислоту отводят иэ зоны абсорбции с большей скоростью путем соответствующего регулирования клапана 38, и в зону абсорбции подают соответствую-. щее количество не содержащей или содержащей пониженное количество нитрозы серной кислоты. Анализатор 57 из- . меряет концентрацию NO в газах непрерывно на выходе из насадки 5, как только содержание МО превышает задан: ное значение или концентрация NO повышается слишком быстро, насос 40 останавливается и тем самым прекращается подача серной кислоты с большим содержанием азотной кислоты из сборника 35 в насадку башни 2. Насос

58 тоже регулируется анализатором.57.

Если содержание МО повышается слишком быстро на выходе из. насадки 5, насос 58 включается и, кроме того, открывается клапан 38, вследствие чего содержащая нитрозу кислота поступает в сборник 35, а не содержащая нитроэы кислота из сборника 34 по трубопроводу 59 - в насадку 4 абсорбционной башни, Не содержащая нитрозы абсорбционная кислота вытесняет содер жащую нитрозу кислоту из насадки 4 в отстойник 23 и по трубопроводу 37 в сборник 35.

Если соединение азота и кислорода добавляют не s виде азотной кислоты, а в виде газообразных оксидов азота, то менее целесообразно вводить газообразные оксиды азота прямо в насадки башен 2 и 3 зоны обработки SO< Более быстрое и эффективное действие достигается путем растворения сначала оксидов азота в серной кислоте с последующим введением полученной содержащей оксиды азота. серной кислоты в зону обработки О .

19 98061

В установке (фиг. 4) образующиеся в устройстве 60 для окисления аммиака оксиды азота охлаждаются в теплообменнике 6 1 и затем поступают в. абсорбционную башню 62 снизу 5 вверх. Часть не поглощенных в башне

62 оксидов азота проходит по трубопроводу 63 во впускной трубопровод 6 под. лежащего обработке газа и таким образом поступает в главный газовый по-1О ток установки. Кислота может быть пою дана по трубопроводу 54 через клапан 64 в башню 62, в которой она насы щается оксидами азота. Затем кислота идет через отстойник 65 по трубопроводу 66 к насосу 67 и по трубопроводу 68 с клапаном 69 в насадку башни 2.

Полная установка (фиг. 5) s которой сочетаются все отличительные осо-20 бенности представленных установок (фиг. 1-4) позволяет, в зависимости от природы подлежащих обработке газов и содержания в них БО, а также в зависимости от того, чего больше амми- ака или азотной кислоты должна пот-i реблять установка, осуществлять обработку содержащих БО отработанных г азов наиболее э кон оми ч но .

Пример . Берут газовый поток 30 содержащий 50 и другие газы в следующих грамм-молекулярных количествах

3 на 1 нормальный м (1 нормальный м1 м при 0 С и l ат), моль:

S0< 0,5-0,9

35 н о 2,8-3,1

И О 4-6

СО 1,2-1,6

N0 О, 01-0,02 .Азот Остальное

Регулируемое количество газа подают в насадку башни 43 установки (фиг. 3), Объем насадки в каждой из башен 43 и 49 равен 1 м . Объем насадок 4 и 5 и в каждой из башен 1-3 равен 2,6 и . Сумма объемов всех наЪ садок равна соответственно 15 м

Башенная насадка выполнена из полиэтилена. Поверхность насадки каждой башни составляет 300 м /м . Оборот кислоты в насадке башен 43 и 49 осуществляемый, как показано на фиг, 3, составляет 2 л/нормальный м газа. Насадка в башне 1 орошается кислотой в количестве 1 л кислоты на 1 нормальный м газа (фиг. 3). Каждую из насадок башен 2 и 3 орошают кисло- той в количестве 3,3. л/нормальный м газа.

1, 56

Оксиды азота, выделяющиеся в насадке башни 2 и следующей башни 3, проходят по газовым трубопроводам

8 и 0 в насадку 4 абсорбционной башни, где поглощаются серной кислотой и транспортируются в отстойник 23.

1 20

Орошение насадки абсорбционных башен интенсифицируют насосом с рециркуляционным трубопроводом (не показан на фиг, 3). Этот насос транспортирует кислоту из отстойника 23 в насадку 4, так что с учетом потока кислоты (фиг. 3), насадку орошают общим количеством кислоты 4 л/нормаль 3 ныи м газа. Температура кислоты на выходе из теплообменников 47 и 25 равна 65 С. Температура кислоты на выходе из теплообменников 14,18 и 30 находится в интервале 30 -40 С. Рео циркулирующая кислоты характеризуется следующей плотностью (в пересчете на температуру 1" С),кг/л:

Насадки 43 и 49 1,5 (48, 1 Бе=59,9 вес.

Н S0> )

Насадки 4 и 5 1,67 (57 9 Ве=74,66 вес. S04}

Насадки 2 и 3 (51,8 Ве=65,2 вес.3

Н 504

Оксиды азота, поглощенные в насад-. ках 4 и 5 абсорбционной башни, подают насосом 22 по трубопроводу 26 в насад. ку башни l, B которой эти оксиды азо-. та, превратившись в NÎ в результате взаимодействия с SO<, вступают в газовый поток, выходящий из насадки башни 1 по трубопроводу 7. Чем больше содержится оксидов азота в газовом потоке, тем эффективнее обработка

S0 в насадках башен 2 и 3.

Содержащую нитрозу кислоты в количестве 1 л/нормальный м газа подают по трубопроводу 26 в насадку баш-" ни 1. Чем больше содержится нитрозы в кислоте, тем больше содержащего

S0 газа может быть отработано в системе. Однако если содержание нитрозы в кислоте слишком велико, содержание оксида азота в отработанных газах системы возрастает. Для регулирования содержания нитрозы в кислоте в отстойнике 23 азотную кислоту, подаваемую в сборник 35 по трубопроводу 36,, перекачивают из сборника насосом 40 через клапан 41 по тру. бопроводу в насадку башни 2.

980611

21

При введении газа в количестве

400 нормальный мЗ/ч с концентрацией нитрозы в кислоте в отстойнике 23 вес. (в расчете на азотную кислоту)получают в трубопроводе 52 отработанный газ из всей системы, который содержит 50-100 м.д, NO и 200300 м.д. NO . Если количество вводимого в систему газа составляет

500 нормальный и /ч вместо 400 нор- 10 мальный м /ч или если при постояно ном количестве поступающего газа в нем повышается содержание 50, система не может полностью обрабаты- вать весь содержащийся в газе SOg 15 и часть его попадает в зону абсорбции, вследствие чего содержание NO в отработанных газах возрастает.

Для возможности обработки возросшего количества SOg без значительных zo потерь оксидов азота потребуется повысить концентрацию нитрозы в кислоте, которую подают в насадку башни

1 и/или увеличить количество кислоты, которую подают в насадку баш- 25 ни 1. Если требуется обработать

500 нормальный м /ч, концентрация нитрозы в кислоте в отстойнике 23 должна быть повышена приблизительно до 3 вес,i (в расчете на азотную З0, кислоту), если обычное количество

iдля орошения насадки в башне 1 сос1 тавляет 1 л кислоты на 1 нормальный м газа.

Если вместо одной иэ двух описанных мер в насадку денитрационной башни 1. добавляют азотную кислоту, то такое добавление следует осуществлять постепенно, так как требуется яеско- 4о лько минут для изменения содержания оксидов азота в газах ниже абсорбционной.зоны. Добавление слишком боль.шого количества азотной кислоты или слишком большое понижение содержания 45

ЬО р в поступающих газах приводит к повышению содержания NO< и, следовательно, к появлению желтой окраски в отработанных газах системы. Дпя устранения желтой окраски необходимо по высить концентрацию кислоты в зоне денитрации и в зоне абсорбции,для чего необходимо уменьшить или прекратить добавление воды или разбав+5 леннои кислоты. Однако проходит несколько часов прежде, чем концентрация N02 в отработанных газах понижается снова до 400 м.д.

22

При осуществлении предлагаемого способа можно компенсировать повышение или понижение содержания SO< в поступаюших газах, а также изменение объема потока содержащего SO@ газа без значительных потерь оксидов азота с отработанными газами, выходящими в дымовую трубу установки °

Повышение содержания SO в подлежащем обработке газа вызывает повышение содержания NÎ в газах, которое непрерывно измеряют анализатором 42 ниже абсорбционной зоны, например на 100 -150 м.д. выше обычных рабочих значений. Затем автоматическим регулировочным устройством, включает насос 40, который перекачивает серную кислоту, концентрацией 20 вес.4, азотной кислоты, из сборника 35 в насадки башен 43 и 2. Клапаны 53 и

41 отрегулированы так, что 0,4 л/мин кислоты поступает в насадку башни 43 и 0,6 л/мин кислоты в насадку, башни

2. После короткого запаздывания (2 мин) содержание в газе на выходе из зоны абсорбции падает ниже

100 м.д. и работа насоса 40 прекращается. Азотная кислота, добавленная к разбавленной кислоте двух конту ров рециркуляции в башнях 43 и 2 соответственно, потребляется приблизительно через 15 мин и выделяется в виде газообразных оксидов азота, которые поглощаются кислотой в зоне абсорбции, вследствие чего содержание нитрозы в кислоте в отстойнике .23 возрастает.

Однако повышение содержание нитрозы еще недостаточно, чтобы вызвать в насадке денитрационной зоны реакцию, соразмерную с возросшим содержанием SO в газовом потоке.

Приблизительно через 12 мий содержание NÎ B отработанных газах снова возрастает до значений более

150 м.д. тогда как содержание йО падает от максимума 250 м.д. до значений ниже 150 м.д. Анализатор 42 включает насос 40 и через 2 мин содержание NÎ в газе ниже абсорбционной зоны падает ниже 100 и.д., после чего насос 40 отключается.

Эту операцию включения и -выключе ния насоса 40 повторяют до тех пор, пока содержание нитрозы в отстойнике 23 соответствует возросшему содержанию 50 в газовом потоке, поступающему в трубопровод 6 для последующей обработки в системе. Чем ближе

23 9806I содержание нитрозы в отстойнике 23 приближается к значению, необходимому для полной обработки SO в системе, тем больше интервал времени между двумя периодами работы насоса. 5

С другой стороны, если уменьшается или увеличивается концентрация

30а в подлежащем обработке газе, то содержание NO@ в газах возрастает ниже абсорбцианной зоны и содержание 10

N0 падает значительно ниже 100 м.д.

Содержание NO> в отработанных газах зоны абсорбции измеряют непрерывно анали затором 57. Если содержание NO ïoBûøàется более,чем на 20 м,д. в минуту и/или 15 если содержание й0, возрастает выше

200 м.д. то автоматическое регулиро1 вочное .устройство (не показано) отключает насос 40, если он был включен . При повышении содержания NO zp более, чем на 50 м.д. в минуту и/или при содержании МО более 300 м.д. в минуту автоматическое регулировочное устройство известного типа, реагирующее на сигнал от анализатора 57, 25 открывает клапан 38 и включает насос

58, вследствие чего содержашая нитрозу серная кислота поступает в сборник 35, тогда как не содержащая нитрозы серная кислота перекачивает- 5я ся насосом 58 из сборника 34 по тру бопроводу 59 в насадку 4 абсорбционной зоны. 1(оличество добавляемой и отбираемой кислоты составляет 0,3 л на 1 нормальный м газа. ПриблизиЪ тельно через 3 мин содержание МО в газах ниже зоны абсорбции падает ниже 200 м.д. и автоматическое регулировочное устройство закрывает клапан 38 и отключает насос 58.

Путем добавления азотной кислоты в сборнике 35 достигаетая концентрация азотной кислоты 20 вес.3.

В периоды поступления газов с большим содЕржанием 30 кислота, хра- 45 нящаяся в сборнике 35, возвращается в систему.

Серная кислота, которая идет из сборника 34 по спускному трубопроводу, образуется пропорционально количеству обрабатываемого в системе

801.;

"При.,помощи описанных регулировочных устройств можно поддерживать содержание NQO у (сумм@ содержания NO

55 и NOy) в отработанных газах системы постоянно ниже 400 м.д., даже если количество подлежащего обработке газа или концентрация БОа. в йем часто ко24 леблется в широком диапазоне +70 вес.4 от среднего суточного значения .

8ес на литр (или плотность) рециркулирующих кислот регулируют следующим образом.

Плотность кислоты, рециркулирующей через насадки башни 43 и 49, поддерживают 1,5 кг/л путем регулирования подвода тепла в теплообменник 47.

Увеличение подвода тепла интенсифицирует процесс удаления воды в насадке башни 49 и поэтому повышает плотность кислоты. Последнюю, рециркулирующую через -насадки башен 2 и

3 зоны .обработки SO@, поддерживают I,56 кг/л путем регулирования добавления кислоты из отстойника 44 (соответствующие трубопроводы и клапаны не показаны). Плотность кислоты на выходе из денитрационной башни 1 поддерживают 1,67 кг/л путем регулирования добавления разбавленной кислоты из отстойника 15, идущей на насадку башни I.

Использование предлагаемого спо-, соба позволяет автоматизировать производство серной кислоты нитрозным методом и снизить потери оксидов азота с отходящими газами.

Формула изобретения

Способ управления производством серной кислоты нитрозным методом из содержащего двуокись серы потока отходящего газа путем регулирования плотности кислоты, выходящей из зоны денитрации, изменением подачи в нее разбавленной кислоты или воды, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения потерь оксидов азота с отходящими газами, дополнительно регулируют подачу продукта, содержащего соединения азота и кислорода, в контур рециркуляции разбавленной кислоты в зависимости от содержания окислов азота в газовом потоке зоны абсорбции.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что содержание окислов азота определяют на входе или на выходе или внутри -зоны абсорбции .

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве продукта, содержащего соединения азота и кислорода, исПользуют азотную кислоту или оксиды азота.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ N 2609505, кл. С 01 В 17/82, 1976.

980611

Корректор И. Шароши

Редактор T. Митрович Техред м. Тепер

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

Заказ 9393/49 Тираж 509 Подпи сное

l ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений: и открытий

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