СПОСОБ ОСУШКИ ОБЖИГОВОГО СЕРНИСТОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК C01B17/76 

Изобретение относится к производству контактной серной кислоты, а именно стадии осушки обжигового сернистого газа перед его окислением, и может быть использовано в производстве минеральных удобрений и других отраслях химической промышленности
Известен способ осушки обжигового сернистого газа (А.Г.Амелин. Технология серной кислоты. М. Химия. 1971, с.177-179), по которому газ осушают в сушильной башне, загруженной насадкой в виде керамических или фарфоровых колец Рашига. В зависимости от диаметра башни в ней монтируют 8-12 распылителей. Плотность орошения жидкости составляет 15-25 м³/ч. на 1 м² сечения башни.

Недостатками известного способа являются сравнительно низкая степень осушки газов неравномерность распределения орошающей кислоты по поверхности насадки с различным гидравлическим сопротивлением. В результате возникают местные локальные перегревы кислоты, туманообразование, приводящее к загрязнению окружающей среды, и проскок влаги с газом.

Другой недостаток этого способа большая материалоемкость оборудования, определяемая необходимостью развития поверхности насадки для обеспечения качественной осушки газа. Из известных способов осушки обжигового газа наиболее близким по технической сущности является способ осушки обжигового газа (А.Г.Амелин Технология серной кислоты. М.1971, 142) заключающийся в том, что осушку газа проводят в сушильной башне, насадку которой орошают рециркулируемой сушильной серной кислотой с концентрацией 93% которая получается в результате смешения в сборнике разбавленной серной кислоты после операции осушки газа с моногидратом серной кислоты, подаваемым в количестве, необходимом для восстановления первоначальной концентрации сушильной серной кислоты.

Сушильную серную кислоту после охлаждения в холодильниках насосами и распылителями распределяют на поверхность насадки в виде пленки, при этом происходит улавливание водяных паров в пленке кислоты, стекающей по насадке, и ее разбавление. Разбавленная серная кислота поступает в сборник, из которого часть сушильной кислоты выводят в виде продукционной серной кислоты, а другую часть сушильной кислоты направляют на получение моногидратной серной кислоты. Осушенный газ подают в контактный аппарат.

Недостатком известного способа является низкая степень осушки обжигового сернистого газа, составляющая около 0,01 об. влаги, из-за неравномерности контакта обжигового сернистого газа с пленкой серной кислоты на насадке и низкой плотности орошения.

Другим недостатком известного способа является образование тумана серной кислоты из-за наличия паров в осушенном газе.

Задача изобретения увеличение степени осушки обжигового сернистого газа, увеличение производительности сушильного оборудования и исключение туманообразоания серной кислоты.

В предлагаемом способе подают обжиговый газ на осушку и моногидратную серную кислоту на закрепление серной кислоты в процессе сушки, обрабатывают газ рециркулируемым потоком диспергированной сушильной серной кислоты с концентрацией 92,5-93% выводят часть рециркулируемой серной кислоты в виде продукционной серной кислоты и возвращают другую часть сушильной серной кислоты на улавливание серного ангидрида с получением моногидрата серной кислоты, затем выводят осушенный обжиговый сернистый газ на стадию контактирования. Обработку обжигового сернистого газа осуществляют в потоке дисперсными системами переменной плотности, дисперсная фаза которых состоит из серной кислоты, а дисперсионная среда из сжатого воздуха, причем объемное соотношение дисперсной фазы и дисперсионной среды поддерживают в пределах от 1:2-3 в центральной части потока и от 1:1,5-1,9 в периферийной части потока, а объемное соотношение суммарной фазы и обрабатываемого потока обжигового сернистого газа поддерживают в пределах от 1:110:500.

Физико-химическая сущность предлагаемого способа осушки газов заключается в обработке потока обжигового газа вращающимися дисперсными системами повышенной плотности на периферии потока и вращающимися дисперсными системами пониженной плотности в центральной части потока. При этом в результате взаимодействия массы потока осушаемого газа с вращающимися массами дисперсных систем на периферии происходят смешение газового потока обжиговых газов в область наименьшего сопротивления центральную часть потока и одновременная обработка его вращающейся дисперсной системой меньшей плотности. В результате изменения характера движения взаимодействующих масс при обработке потока обжиговых газов дисперсными системами переменной плотности происходит осушка газов до равновесного состояния, отвечающего упругости водяных паров над серной кислотой необходимой концентрации, и температуры в течение времени существования дисперсных систем, что позволяет практически исключить туманообразование и резко сократить объем абсорбционного оборудования, часть которого предназначена для улавливания тумана серной кислоты.

Выбранные пределы объемных соотношений дисперсной фазы и дисперсионной среды при образовании дисперсных систем, создаваемых для обработки обжигового сернистого газа в центральной части потока и периферийной части потока, создают оптимальные условия для осушки обжигового сернистого газа с учетом энергетических затрат на их образование.

Поскольку по предлагаемому способу обработка обжигового сернистого газа дисперсионными системами начинается в периферийной части потока, а заканчивается в центральной части потока, то в периферийную часть потока подают более плотную, чем в центральную, дисперсную систему с соотношением дисперсной фазы и дисперсионной среды, составляющим 1:1,5. Нижний предел 1:1,5 обусловлен созданием устойчивой дисперсной фазы. При соотношениях, меньших чем 1: 1,5, возможны срывы стабильности дисперсной системы и неравномерность распределения дисперсной фазы в сечении потока.

Увеличение верхнего предела объемного соотношения дисперсной фазы и дисперсионной среде более чем 1: 1,9 энергетически не оправдано, так как приводит к перерасходу воздуха при образовании дисперсной системы.

В центральную часть потока подают дисперсную систему с меньшей плотностью с предельными объемными соотношениями дисперсной фазы и дисперсионной среды 1: 2-3, обеспечивающими образование дисперсной системы с более легким распылом дисперсной фазы. При объемном соотношении дисперсной фазы и дисперсионной среде меньшем чем 1:2, образуется дисперсная система с крупным распылом дисперсной фазы, что приводит к необходимости увеличения плотности орошения, а при объемном соотношении диспресной фазы и дисперсной среды, превышающем 1:3, имеет место увеличение расхода воздуха на образование дисперсной системы и, как следствие, увеличение энергетических затрат на его подачу.

Пределы объемного соотношения суммарной дисперсной фазы и объема обрабатываемого обжигового сернистого газа обусловлены степенью осушки газа, образованием тумана серной кислоты и энергетическими затратами, связанными с образованием дисперсных систем.

Нижний предел объемного соотношения суммарной дисперсной фазы и обрабатываемого потока обжигового сернистого газа, меньшей чем 1:100, энергетически не целесообразен, так как осушка газа прошла полностью и дальнейшее увеличение объема суммарной дисперсной фазы приводит к энергетическим потерям на прокачку серной кислоты.

Увеличение верхнего предела объемного соотношения суммарной дисперсной фазы и обрабатываемого потока обжигового сернистого газа более чем 1:500 не дает возможность реализовать поставленные в предлагаемом изобретении цели, так как осушки газа остается на уровне прототипа и, кроме того, возможно образование тумана серной кислоты.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения предлагаемого способа осушки обжигового сернистого газа.

В таблице приведены другие примеры, позволяющие сравнить режимы осушки обжигового сернистого газа и обосновать пределы объемного соотношения дисперсной фазы и дисперсной среды, как в центральной части потока, так и на периферии, а также объемного соотношения суммарной дисперсной фазы и обрабатываемого потока обжигового сернистого газа.

Пример 1. 5000 м³ обжигового газа, содержащего 15744 кг (7,35 об.) сернистого газа и 2415 кг (4,0 об.) паров воды, с температурой 35^oC обрабатывают в потоке дисперсными системами, состоящими из 822555 кг (450 м³) рециркулирующей диспергированной 93% серной кислоты (объемное соотношение суммарной дисперсной фазы и обрабатываемого потока обжигового газа составляет 1:167). При этом в периферийную часть потока дисперсную систему, образованную 300 м³ серной кислоты и 540 м³ сжатого воздуха (в пересчете на нормальные условия); объемное соотношение дисперсной фазы и дисперсионной среды составляет 1:1,8, а плотность дисперсной системы 653 кг/м³; в центральную часть потока подают дисперсную систему, образованную 150 м³ серной кислоты и 400 м³ сжатого воздуха (в пересчете на нормальные условия), объемное соотношение дисперсной фазы и дисперсной среды составит 1:2,7, а плотность дисперсной системы 499 кг/м³.

Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа осушки обжигового сернистого газа обеспечивает по сравнению с известным способом влажность осушенного обжигового сернистого газа до 0,004 об. (вместо 0,01 об.), резкое уменьшение объемов реакционного оборудования за счет увеличения удельного съема влаги в предлагаемом способе в 80-90 раз исключает туманообразование серной кислоты.

Изобретение может быть использовано в процессах осушки обжигового сернистого газа перед его окислением в производстве контактной серной кислоты, в производстве минеральных удобрений, а также в других отраслях химической промышленности. Осушка обжигового сернистого газа осуществляется в потоке дисперсными системами переменной плотности, дисперсная фаза которых состоит из диспергированной серной кислоты, а дисперсионная фаза из сжатого воздуха с объемным соотношением дисперсной фазы и дисперсионной среды в пределах 1: 2-3 в центральной части потока и от 1:1,5-1,9 в периферийной части потока, а объемное соотношение суммарной дисперсной фазы и обрабатываемого потока обжигового сернистого газа поддерживают в пределах 1:100-500. Осушка обжигового сернистого газа дисперсными системами переменной плотности значительно снижает влажность сернистого газа, уменьшает объем реакционного оборудования за счет увеличения удельного съема влаги, практически исключает туманообразование серной кислоты. 1 табл.

Способ осушки обжигового сернистого газа в производстве серной кислоты, включающий контактирование осушаемого газа с циркулирующей серной кислотой концентрацией 92,5 93% вывод части сушильной серной кислоты в виде продукционной, подачу другой части сушильной серной кислоты на стадию абсорбции серного ангидрида с получением моногидрата серной кислоты и ввод осушенного сернистого газа на стадию контактирования, отличающийся тем, что осушку обжигового сернистого газа осуществляют в потоке дисперсными системами переменной плотности, дисперсная фаза которых состоит из диспергированной серной кислоты, а дисперсионная среда из сжатого воздуха, причем объемное соотношение дисперсной фазы и дисперсионной среды поддерживают в пределах 1:2 3 в центральной части потока и от 1:1,5 1,9 в периферийной части потока, а объемное соотношение суммарной дисперсной фазы и обрабатываемого потока обжигового сернистого газа поддерживают в пределах 1:100 500.