СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ SO В SO В НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ Российский патент 2016 года по МПК B01D53/50 B01J8/04 C01B17/76 

Изобретение относится к сернокислотному производству, в котором осуществляется утилизация отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии, и может быть использовано при проведении процесса окисления SO₂ в SO₃.

Известно, что на ряде предприятий цветной металлургии (Медногорском медно-серном комбинате, комбинате «Печенга-никель», Среднеуральском медеплавильном заводе) был внедрен в промышленное сернокислотное производство способ окисления SO₂ в SO₃ в нестационарных условиях, разработанный в институте катализа СО РАН (Боресков Г.К., Матрос Ю.Ш. Нестационарный способ производства серной кислоты из отходящих металлургических газов. Цветные металлы, 1984 г., №2, стр. 28-31).

Наряду с определенными преимуществами данного способа по сравнению с классическим способом окисления SO₂ в SO₃ в неизменных условиях, недостатком известного способа конверсии SO₂ в SO₃ в нестационарном режиме, проводимом при периодическом изменении направления подачи исходного сернистого газа на слой катализатора, является выход непрореагировавшего газа в атмосферу в конце каждого полуцикла. Действительно, в конце каждого полуцикла, при достижении вследствие своего перемещения по слою катализатора тепловым фронтом - зоной реакции нижней (или верхней) части слоя катализатора, объем контактного аппарата, находящийся над (или под) тепловым фронтом - зоной реакции, заполнен непрореагировавшим сернистым газом, который в следующем полуцикле, после изменения направления подачи газа в реактор, вытесняется из реактора в атмосферу, что, естественно, ведет к существенному снижению степени превращения SO₂ в SO₃ до X_к=90-92%.

Наиболее близким по технической сущности является осуществление процесса окисления SO₂ в SO₃ в контактном аппарате по авт.св. 1729566, обеспечивающем проведение конверсии SO₂ в SO₃ одновременно в нескольких тепловых фронтах - зонах реакции, работающих в нестационарных условиях и движущихся в слое катализатора в неизменном направлении. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является достижение наибольшей эффективности осуществления процесса конверсии SO₂ в SO₃ в контактном аппарате по авт.св. №1729566 путем обеспечения оптимальных технологических параметров проведения процесса окисления SO₂ в SO₃ при переработке низкоконцентрированных сернистых газов в нестационарном режиме при неизменном направлении движения нескольких тепловых фронтов - зон реакции в слое катализатора.

Поставленная задача была решена посредством математического моделирования процесса окисления SO₂ в SO₃ при утилизации низкоконцентрированных сернистых газов в нестационарных условиях и неизменном направлении движения нескольких тепловых фронтов - зон реакции в слое катализатора. Было определено, что максимальное значение степени превращения SO₂ в SO₃ Х_к=97,5% может быть обеспечено при переработке сернистых газов с содержанием SO₂ от 0,5 до 1,2 об.%, при этом температура газа, поступающего одновременно в несколько тепловых фронтов-зон реакции, работающих в нестационарном режиме и движущихся в слое катализатора в неизменном направлении, должна находиться в интервале 250-300°C, а температура переключения подачи исходного сернистого газа с одних сегментов с катализатором на последующие сегменты с катализатором составляет 430°C.

Заявляемый способ окисления SO₂ в SO₃ может быть использован для проведения 2-й стадии окисления диоксида серы в трехокись серы в контактном узле, работающем по схеме ДК/ДА.

На рис. 1 приведена принципиальная технологическая схема обвязки контактного аппарата для проведения процесса конверсии диоксида серы в трехокись серы на 2-й стадии окисления с интервалом изменения концентрации SO₂ от 0,5 до 1,2 об.% в нестационарном режиме с неизменным направлением движения реакционной зоны в слое катализатора. Исходный сернистый газ, пройдя 1-ю ступень абсорбции после 1-й стадии окисления SO₂ в SO₃, поступает в теплообменник, нагревается в нем до температуры ≈250÷300°C и по газоходу 1, на котором в этот полуцикл работы контактного аппарата клапан открыт (на газоходе 2 в данный момент времени клапан закрыт), подается в канал 3 распределителя газа, откуда реакционная смесь входит одновременно в несколько сегментов 1 с катализатором, предварительно разогретым в пусковом периоде до температуры 420÷440°C. Сернистый газ нагревается до температуры, достаточной для протекания реакции окисления SO₂ в SO₃ (≈420°C), за счет теплопередачи от зерен катализатора к газу, в результате чего идет процесс окисления SO₂ в нестационарном режиме в одновременно движущихся в направлении фильтрации газового потока нескольких тепловых фронтах - зонах реакции. Прореагировавшая реакционная смесь проходит сегменты 1 с катализатором и поступает в канал 5 сборника газа, в котором идет смешение газовых потоков, выходящих из нескольких тепловых фронтов - зон реакции. При этом идет усреднение концентрационных и температурных неоднородностей в общем потоке газа, после чего газовоздушная смесь через переточный газоход 6, на котором в этот полуцикл работы реактора клапан открыт, направляется в свободный от исходного газа канал 4 распределителя реакционной смеси и поступает в несколько последующих сегментов 2 с катализатором с одними и теми же значениями концентрации SO₂ и температуры в любой момент времени полуцикла, что обуславливает идентичное формирование в сегментах 2 с катализатором тепловых фронтов - зон реакции. Последнее исключает вероятность асинхронного движения нескольких тепловых фронтов - зон реакции в сегментах 2 с катализатором. Пройдя сегменты 2, прореагировавший газ входит в канал 7 сборника газа и по газоходу 9 с открытым в этом полуцикле клапаном направляется на абсорбцию. Благодаря постепенному охлаждению слоя катализатора в сегментах 1 происходит вытеснение тепловых фронтов - зон реакции из них в сегменты 2 и в момент времени, когда температура газа на входе в сегменты 2 с катализатором достигает значения 430°C, производится переключение подачи исходного сернистого газа в сегменты 2 с катализатором посредством одновременного автоматического переключения клапанов на подводящих газ газаходах 1 (клапан закрывается) и 2 (клапан открывается) и отводящих прореагировавший газ газаходах 9 (клапан закрывается) и 10 (клапан открывается), а также на переточных газоходах 6 и 8 из положения «открыто» в «закрыто», и наоборот. Теперь, в течение второго полуцикла, тепловые фронты - зоны реакции вытесняются из сегментов 2 с катализатором в сегменты 1 с катализатором и по достижении температуры газа 430°C на входе в сегмент 1 с катализатором производится автоматическое переключение клапанов с целью подачи исходного сернистого газа вновь в сегменты 1 с катализатором. На этом заканчивается цикл работы контактного аппарата для окисления SO₂ в SO₃ в нестационарном режиме с одновременным перемещением нескольких тепловых фронтов - зон реакции в неизменном направлении в слое катализатора.

Основные технологические показатели осуществления процесса окисления SO₂ в SO₃ в нестационарном режиме с неизменным направлением движения реакционной зоны в слое катализатора приведены в таблице 1.

Основными преимуществами заявляемого изобретения на способ окисления SO₂ в SO₃ являются:

- исключение вероятности выброса непрореагировавшего сернистого ангидрида в атмосферу;

- обеспечение степени превращения SO₂ в SO₃ X_к=97,5%;

- снижение капитальных затрат на изготовление и монтаж 2-й стадии окисления SO₂ в SO₃ в контактном узле, работающем по схеме ДК/ДА.

Технологические показатели осуществления процесса окисления SO₂ в SO₃ в нестационарном режиме с неизменным направлением движения реакционной зоны в слое катализатора.

Изобретение относится к сернокислотному производству и может быть использовано для утилизации отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии. Исходный сернистый газ с содержанием SO₂ 0,5-1,2 об.% нагревают в теплообменнике до температуры 250-300°С. Далее подогретую реакционную смесь одновременно вводят в несколько сегментов 1 с катализатором. Проводят процесс окисления SO₂ в нестационарном режиме в одновременно движущихся нескольких тепловых фронтах - зонах реакции. Прореагировавшая реакционная смесь поступает в канал 5 сборника газа, откуда ее по каналу 4 распределителя реакционной смеси подают в несколько последующих сегментов 2 с катализатором. Прореагировавший газ направляют на абсорбцию. Переключение подачи исходного сернистого газа с одних сегментов с катализатором на другие сегменты с катализатором производят по достижении температуры на входе в них 430°С. Изобретение позволяет наиболее эффективно осуществить процесс конверсии SO₂ в SO₃. 1 ил., 1 табл.

Способ окисления диоксида серы в трехокись серы при утилизации низкоконцентрированных сернистых газов с содержанием SO₂ 0,5-1,2 об.%, при этом температура газа, поступающего одновременно в несколько тепловых фронтов - зон реакции, работающих в нестационарном режиме и движущихся в слое катализатора в неизменном направлении, должна находиться в интервале 250-300°C, а переключение подачи исходного сернистого газа с одних сегментов с катализатором на последующие сегменты с катализатором производится по достижении температуры на входе в них 430°C.