УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА Российский патент 2020 года по МПК C01B17/54 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению производства жидкого сернистого ангидрида из серы.

Наиболее близкой к изобретению является установка криогенной конденсации SO₂ из газового потока, интегрированная с установкой производства серной кислоты (Technical Preprints, Sulphur 2018; Sulphuric Asid, CRU, Shweden, Geteborg, 2018, s. 267-277). Принципиальная схема установки представлена на фиг. 1.

Работа установки по прототипу заключается в следующем.

Жидкая сера из узла плавления и фильтрации (1) центробежным насосом (2) подается на сжигание в серную печь (3). В нее подается осушенный воздух из сернокислотной установки для сжигания серы. В серной печи сера сгорает. Концентрация диоксида серы в обжиговом газе после серной печи составляет от 12 до 14% об., температура от 1200°С до 1300°С. После серной печи обжиговый газ охлаждается в котле-утилизаторе до температуры 390-420°С, после которого часть обжигового газа в необходимом количестве направляется на получение жидкого диоксида серы, а остальная, большая часть обжигового газа, направляется на получение серной кислоты.

Отобранная часть обжигового газа охлаждается в теплообменнике (13) до температуры 60-70°С и направляется в сушильную башню (6) на осушку и удаление влаги и триоксида серы из обжигового газа. Сушильная башня снабжена циркуляционным сборником (7) и орошается концентрированной серной кислотой, направляемой из установки получения серной кислоты. Серная кислота в сушильной башне циркулирует с помощью кислотного насоса (8). Избыток серной кислоты из цикла сушильной башни возвращается в сернокислотную установку.

После сушильной башни осушенный и очищенный от SO₃ газ сжимается компрессором до 6-8 атм., охлаждается в теплообменнике (15) охлажденным газом-сдувкой, выходящим из конденсатора диоксида серы, после чего поступает в конденсатор диоксида серы (9), охлаждаемый хладагентом с температурой от минус 45°С до минус 65°С. Хладагент охлаждается в холодильной установке (10). Из конденсатора диоксида серы жидкий сернистый ангидрид забирается насосом и подается потребителю. Сдувка газа из конденсатора, содержащая от 3,0 до 4,0% об. SO₂, направляется в сернокислотную установку на переработку в серную кислоту, предварительно нагреваясь в теплообменниках (15) и (13), соответственно.

Недостатками данной схемы получения жидкого сернистого ангидрида являются следующие моменты:

1. Установка тесно интегрирована с сернокислотной установкой и не сможет функционировать без нее.

2. Производительность установки сжижения диоксида серы ограничена рамками установленной производительности сернокислотной установки.

3. Большие затраты энергии на получение продукции, так как использование 12-14%-ного диоксида серы для сжижения требует применение энергозатратной холодильной установки для получения хладагента с температурой - 45-65°С и применение компрессорного агрегата для сдавливания газа до 6-8 атм.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат, повышение надежности и экологичности работы установки.

Задача решена следующим образом.

Предлагаемая в качестве изобретения технологическая схема имеет существенные отличия от прототипа и включает в себя узел плавления и фильтрации серы, серный насос, серную печь, совмещенную с конденсатором паров серы, линию подачи технического кислорода в серную печь, конденсатор диоксида серы, холодильную установку, насос жидкого диоксида серы и холодильники. Предложенное решение дает снижение энергозатрат, исключает возможность кристаллизации жидкой серы в оборудовании и этим самым повышает надежность работы установки.

Схема установки по изобретению представлена на фиг. 2.

Работа установки (фиг. 2) заключается в следующем. Кислород подается в серную печь, совмещенную с конденсатором паров серы (17), заполненную слоем кипящей жидкой серы, где происходит ее горение с недостатком кислорода. После серной печи, газообразный диоксид серы и пары серы поступают в конденсатор паров серы являющимся ее продолжением. Охлаждение газовой смеси и конденсация паров серы в конденсаторе осуществляются кипящей котловой водой при избыточном давлении ~ 1,5 атм. при температуре от 120°С до 125°С. После конденсатора жидкий конденсат серы под действием силы тяжести возвращается в серную печь, в которую осуществляется дозировка жидкой серы. После конденсатора паров серы газообразный диоксид серы доохлаждается в холодильной установке (10) и поступает в конденсатор диоксида серы (9), где происходит его конденсация. Из конденсатора транспортировка жидкого сернистого ангидрида осуществляется насосом (12) через теплообменник (15). Незначительное количество газообразного сернистого ангидрида, содержащегося в сдувках инертных газов из конденсатора диоксида серы, улавливается в санитарной башне (19).

Принципиальным отличием схемы изобретения перед схемой прототипа является применение технического кислорода вместо воздушного дутья и использование в аппаратурной схеме изобретения серной печи и конденсатора паров серы, совмещенных в одном корпусе. Благодаря этим решениям, в схеме изобретения не требуется используемая в прототипе схема осушки воздушного дутья и содержащего сернистый ангидрид газа, так как технический кислород и расплавленная сера, подаваемые в реактор-конденсатор, уже свободны от паров влаги. В прототипе требуется обязательная осушка воздуха, подаваемого на сжигание серы, а также газа, содержащего сернистый ангидрид.

В схеме установки по изобретению на производство 1 тонны жидкого сернистого ангидрида требуются существенно меньшие энергозатраты, чем в прототипе, так как не требуется применение компрессора для сжатия газа до 7-8 атм. и энергозатратной холодильной установки с получением холода до минус 65°С. Установка по изобретению может быть реализована на любой производственной площадке без привязки к сернокислотному производству. Отходом производства здесь является небольшое количество образующегося при чистках плавилки и реактора серного кека, вывозимого в отвал. Газообразный диоксид серый, содержащийся в сдувках инертного газа из конденсатора диоксида серы, улавливается в санитарной башне, что делает эту установку экологически чистой.

В таблице 1 приведены сравнительные расчетные данные по расходу сырья, материалов и энергоресурсов на 1 тонну жидкого сернистого ангидрида, которые подтверждают существенное преимущество предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом.

Пояснения к фигурам 1 и 2.

(1) Узел плавления и фильтрации.

Предназначен для плавления и фильтрации твердой серы, состоит из плавильного аппарата с мешалкой, снабженного паровыми плавильными трубами, и серного фильтра, снабженного фильтровальными сетчатыми элементами, изготовленными из нержавеющей стали.

(2) Серный насос.

Предназначен для подачи жидкой серы в серную печь, центробежного типа, состоит из «улитки» и рабочего колеса «импеллера». Изготовлен из нержавеющей стали.

(3) Серная печь.

Предназначена для сжигания жидкой серы с образованием сернистого газа. Представляет собой цилиндрический аппарат горизонтального расположения с устройством ввода в нее жидкой серы, воздуха или кислорода. Изготовлена из жаростойкой стали, футерована изнутри огнеупорными материалами.

(4) Котел-утилизатор.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для охлаждения высокотемпературного газа после серной печи. В трубках аппарата охлаждается высокотемпературный газ после сжигания серы в серной печи, в межтрубном пространстве испаряется хладагент (вода) при высоком давлении (0,6-4,0 Мпа). Изготовлен из котельной стали с защитой лобовой части (в зоне входа высокотемпературного газа в котел-утилизатор) огнеупорными керамическими матералами.

(5) Барабан-сепаратор.

Предназначен для получения и отделения от брызг воды насыщенного водяного пара при давлении (0,6-4,0 Мпа). Представляет собой цилиндрическую емкость горизонтального расположения, снабженную патрубками для ввода/вывода воды и пара. Изготовлен из котельной стали.

(6) Сушильная башня

Цилиндрический аппарат вертикального расположения, загруженный керамической кислотоупорной насадкой. Башня предназначена для осушки сернистого газа от влаги концентрированной серной кислотой (92,5-98,5% H2SO4). Изготовлена из специальной кислотостойкой нержавеющей стали.

(7) Циркуляционный сборник сушильной башни.

Полый, цилиндрический аппарат горизонтального расположения, предназначен для заполнения его концентрированной серной кислотой (92,5-98,5% H2SO4). Изготовлен из углеродистой стали, футерованной кислотостойкой футеровкой.

(8) Сернокислотный насос.

Предназначен для подачи концентрированной серной кислоты на орошение сушильной башни, погружного типа, состоит из «улитки» и рабочего колеса «импеллера». Изготовлен из специального кислотостойкого сплава.

(9) Конденсатор диоксида серы.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для охлаждения и конденсации сернистого газа. В трубках аппарата циркулирует хладагент с минусовой температурой (антифриз), в межтрубном пространстве охлаждается и конденсируется сернистый газ. Изготовлен из нержавеющей стали.

(10) Холодильная установка.

Предназначена для охлаждения хладагента (антифриза) до минусовых температур, состоит из компрессора, теплообменника и расширителя, изготовленных из стали, устойчивой к низким минусовым температурам.

(11) Компрессор.

Предназначен для сжатия сернистого газа до давления 0,5-0,8 МПа с целью обеспечения наибольшей полноты конденсации сернистого ангидрида. Центробежного типа. Имеет несколько ступеней сжатия. Изготовлен из стали.

(12) Насос жидкого диоксида серы.

Предназначен для подачи жидкого диоксида серы потребителю или в хранилище, центробежного типа, состоит из «улитки» и рабочего колеса «импеллера». Изготовлен из стали, устойчивой к низким минусовым температурам.

(13) Теплообменник.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для дополнительного охлаждения газа после котла-утилизатора перед его подачей в сушильную башню. В трубках аппарата охлаждается газ после после котла-утилизатора, в межтрубное пространство поступает хладагент (охлажденный, несконденсированный газ из конденсатора диоксида серы). Изготовлен из углеродистой стали.

(14) Теплообменник.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для охлаждения концентрированной серной кислоты перед ее подачей в сушильную башню. В трубки аппарата подается хладагент (оборотная вода), в межтрубное пространство поступает концентрированная серная кислота. Изготовлен из кислотостойкой нержавеющей стали.

(15) Теплообменник.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для дополнительного охлаждения жидкого сернистого ангидрида перед его подачей потребителю или в хранилище. В трубках аппарата охлаждается жидкий сернистый ангидрид, в межтрубное пространство поступает хладагент (антифриз). Изготовлен из углеродистой стали, устойчивой к низким минусовым температурам.

(16) Теплообменник.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для охлаждения сернистого газа после компрессора перед его подачей в конденсатор. В трубках аппарата охлаждается сернистый газ, в межтрубное пространство поступает охлажденный, несконденсированный газ из конденсатора диоксида серы. Изготовлен из углеродистой стали.

(17) Серная печь, совмещенная с конденсатором паров серы.

Предназначена для сжигания жидкой серы с кислородом с образованием сернистого газа и конденсации образующихся паров серы. Представляет собой цилиндрический аппарат горизонтального расположения с устройством ввода в нее жидкой серы, кислорода и верхним расположением на ней конденсатора паров серы вертикального расположения. При реакции кислорода с жидкой серой образуется сернистый ангидрид и пары серы, которые поступают в конденсатор паров серы, охлаждаемый хладагентом (вода при температуре не менее 120 оС). В конденсаторе пары серы конденсируются на трубках и стекают вниз под действием силы тяжести. Аппарат изготовлен из нержавеющей стали, устойчивой к серной коррозии.

(18) Теплообменник.

Теплообменный аппарат кожухотрубного типа, предназначен для охлаждения сернистого газа после серной печи, совмещенной с конденсатором паров серы, перед его подачей в конденсатор диоксида серы. В трубках аппарата охлаждается сернистый газ, в межтрубное пространство поступает хладагент (оборотная вода). Изготовлен из углеродистой стали.

(19) Санитарная башня

Цилиндрический аппарат вертикального расположения, загруженный адсорбентом. Башня предназначена для поглощения несконденсированного диоксида серы, поступающего со «сдувкой» инертных газов из конденсатора диоксида серы. Изготовлена из углеродистой стали.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Установка для получения жидкого сернистого ангидрида включает узел плавления и фильтрации серы, серный насос, серную печь, конденсатор паров серы, линию подачи кислорода в серную печь, конденсатор диоксида серы, холодильную установку, насос жидкого диоксида серы и теплообменники. Серная печь совмещена с конденсатором паров серы в одном аппарате. Установка оснащена санитарной башней, загруженной адсорбентом, для поглощения несконденсированного диоксида серы. Изобретение позволяет снизить энергозатраты, повысить надежность установки за счет исключения кристаллизации жидкой серы в оборудовании, повысить экологичность. 2 ил., 1 табл.

Установка для получения жидкого сернистого ангидрида, включающая узел плавления и фильтрации серы, серный насос, серную печь, конденсатор диоксида серы, холодильную установку, насос жидкого диоксида серы, теплообменники, отличающаяся тем, что в установку вместо воздуха подают кислород, установка оснащена санитарной башней, конденсатором паров серы, при этом конденсатор паров серы соединен с серной печью в одном аппарате.