СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ Российский патент 2003 года по МПК C01B17/76 

Описание патента на изобретение RU2213045C1

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.

Похожие патенты RU2213045C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ 1995
  • Гольдман О.В.
  • Бунимович Г.А.
  • Загоруйко А.Н.
  • Лахмостов В.С.
  • Верниковская Н.В.
  • Носков А.С.
  • Костенко О.В.
RU2085481C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ 1994
  • Загоруйко А.Н.
RU2081816C1
СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 2003
  • Кундо Н.Н.
  • Коваленко О.Н.
  • Калинкин П.Н.
  • Новопашина В.М.
RU2232129C1
СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 2002
  • Загоруйко А.Н.
  • Бальжинимаев Б.С.
  • Арендарский Д.А.
RU2200622C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ 1992
  • Загоруйко А.Н.
  • Матрос Ю.Ш.
RU2041162C1
ШИХТА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ В ТРИОКСИД СЕРЫ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 2002
  • Симонова Л.Г.
  • Бальжинимаев Б.С.
  • Булгакова Ю.О.
  • Суриков В.А.
RU2216400C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДА 2002
  • Старцев А.Н.
  • Загоруйко А.Н.
  • Бальжинимаев Б.С.
  • Сидякин М.В.
  • Кузнецов П.А.
  • Ворошина О.В.
  • Захаров И.И.
RU2216506C1
КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕНОЛА ИЗ БЕНЗОЛА 2002
  • Кузнецова Н.И.
  • Кузнецова Л.И.
  • Лихолобов В.А.
  • Пез Гвидо
RU2205688C1
КАТАЛИЗАТОР ПОЛУЧЕНИЯ ЗАКИСИ АЗОТА И СПОСОБ 2002
  • Мокринский В.В.
  • Носков А.С.
RU2214306C1
СПОСОБ АКТИВАЦИИ ЦЕОЛИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПРОЦЕССА ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ГИДРОКСИЛИРОВАНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 2001
  • Харитонов А.С.
  • Чернявский В.С.
  • Дубков К.А.
  • Панов Г.И.
RU2192308C1

Реферат патента 2003 года 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.

Формула изобретения RU 2 213 045 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2213045C1

МАТРОС Ю.Ш., НОСКОВ А.С., ЧУМАЧЕНКО В.А
Каталитическое обезвреживание отходящих газов промышленных производств
- Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1991, с
Переносный кухонный очаг 1919
  • Вейсбрут Н.Г.
SU180A1
Способ окисления двуокиси серы в трехокись серы 1975
  • Боресков Георгий Константинович
  • Матрос Юрий Шаевич
  • Волков Виктор Юрьевич
  • Иванов Алексей Алексеевич
SU994400A1
Способ получения трехокиси серы 1978
  • Иванова Ирина Дмитриевна
  • Сороко Валерий Евгеньевич
  • Явор Василий Иванович
  • Кнапова Нелли Ивановна
  • Еремин Олег Георгиевич
  • Готовский Андрей Борисович
SU718370A1
DE 1913541 B2, 10.02.1977
Горный компас 0
  • Подьяконов С.А.
SU81A1
WO 9959915 A1, 25.11.1999.

RU 2 213 045 C1

Авторы

Загоруйко А.Н.

Даты

2003-09-27Публикация

2002-02-20Подача