Способ окисления низкоконцентрированного диоксида серы в трехокись Советский патент 1990 года по МПК C01B17/76 

Изобретение относится к проведению гетерогенных экзотермических каталитических реакций и может быть использовано, например, для процесса окисления двуокиси серы в трехокись в производстве серной кислоты контактным способом

Цель изобретения - повьшшние степени конверсии диоксида серы и обеспечение автотермичности процесса при расширенном диапазоне концентраций диоксида серы„

На фиг о 1 представлена схема теплового экрана с поперечным омыванием

обечайки TenjioHocKreneb ; на фиг, 2 - разрез Л-А на фнГс 1; на фиг, 3 - разрез Б-R на фиг. 1; на фиг 4 - схема теплового экрана с продольным - омыванием обеча п и теплоносителем; на Лиг. 5 - раярея на фиг, 4; на фиг, 6 - разрез Г-Г на Лиг, 4. Для исключения появления поперечных тепловых потоков к.снижения температуры катализатора, расположенного вдоль обечайки, за:счет утечки тепла через боковую поверхность снаружи обечайки устанавливается тепловой зкряи Ф1 тагшй слой с переменным про(пвэЬ

t

илем температуры по высоте слоя, при этом создаются условия, когда градиент температур между катализатором и экранированным слоем минимаен. Все зто возможно при условии, что температура по высо ге теплового экрана изменяется синхронно с переключением вход-выход технологического гайового потокат

Схема для осуществления способа содержит ВХОД-ВЫХОД-1 технологичес- . кого газового потока в нестационар- нкй аппарат, вход-выход 2 .теплоносителя в экранную поверхность, тепловой экран 3, внутреннюю полуперегородку А экрана кварцевую подсыпку 5 снизу и сверху катализатора, ката- лизатор 6j клапан-переключатель 7 йбтока теплоносителя и переходное отверстие 8 для теплоносителя между кольцевыми газоходами экрана.

Через вход-выход нестапионарного аппарата газ последовательно прохо - дит кварцевую подсьшку 5, имеющеюся снизу и сверху катализатора б, в котором периодически в. динамике изме- няется профиль температур. Вертикальный периодически изменяемый профиль температуры теплового экрана 3 зависит от способа подключения теплоноси- iтеля и конструкции теплового экрана, Тепловой экран 3 разделен.внутренней перегородкой 4 ,на две или более поперечные части. Теплоноситель последовательно протекает по ним с синхрон- Шз1М, относительно газового потока, изменением направления за счет взаимопереключения входа-выхода 2 теплоносителя через клапан-переключатель 7,

Возможно также создание теплового экрана с продольным омыванием обе.чай- ки теплоносителя (фиг. 4-6),,

Распределительное устройство выполнено -; виде двух идентичных распреде- лителг.ных камер 9 с кольцевым разме- го;ением по разные стороны теплового экрана 3 вокруг обечайки и соединен- вых посредством перАорированных перегородок 4. Теплоноситель из распределительной камеры 9 через отверстия 8 перфорированной перегородки 4 поступает и равномерно распределяется .в тепловом экране 3 и через отверстия в следующей перфорированной перегород ке 4 поступает и выводится из выходной распределительной камеры 9. Через половину периода происходит смена направления теплоносителя, при этом

5

о

5

0

5

40

45

50

55

входная распределительная камера 5 становится выходной и наоборот.

Предлагаемый способ предпочтительно применять при переработке низкоконцентрированного диоксида серы (0,5-4,об.%). Причем даже при кон- центран та 0,5-0,9% RO предлагаемый способ в отличие от известных нестационарных процессов окисления позволяет обеспечить автотермичность ве- |дения процесса. Это объясняется высокой тепловой экономичностью способа, исключающего утечку тепла из реакционной зоны и даже возврата его в те участки катализатора, которые в силу каких-либо причин потеряли температуру. Применение предлагаемого способа для переработки газов концентрацией 0,9-4 об.% предпочтительно из-за более высокой общей степени конверсии (96-99%). Последнее объясняется возможностью активного влияния за счет создания экранирующего слоя на температуру катализатора с поддержанием ее в оптимальных пределах,, а также поддержания работоспособности контактной массы по всему сечению аппарата.

Температура теплоносителя со стороны входа технологического газа вокруг зоны разогрева большая или равная температуре зажигания контактной массы способствует быстрому разогреву технологического газа до температуры начала окисления диоксида серы и одновременно не препятствует достижению высокой степени конверсии в этой зоне. Со стороны выхода технологического газа температура теплоносителя вокруг зоны охлаждения должна быть ниже или разной температуре зажигания контактной массы, что необходимо для ведения процесса окисления газа по оптимальному режи:му. Предлагаемое соотношение тем- перат ф теплоносителя и технологического газа обуславливает минимальный градиент температур в тепловом поле поперечного сечения контактного аппарата, что обеспечивает обгдую высокую степень конверсии и автэтермич- ность процесса при низких концентрациях двуокиси серы.

Пример 1. Реакционную смесь, получаемую при термическом разложении отработанной серной кислоты после первой стадии контактирования и аб- сорбпии в количестве 20000 с кон

центрацией газа 0,9 of.% S0,j и 5,6 об.% Oj с температурой подают на нестационарное окисление. Высота слоя катализатора 3 ми по 0,5 м в нижней и верхней части слоя, диаметр аппарата 6 м Тепловой экран вьтолнен в виде двух последовательно соединенных кольцевых каналов высотой -1,5 м и шириной 0,1 м каждый чл расположенных вокруг контактной массы. Из одного канала в другой переходит более горячий теплоноситель, охлаждаемый за счет теплопотерь. Поверхность экрана 60 м, тепловые потери 100000 ккал/ч. Температура теплоносителя на входе 430 с (выие на Ю с температуры зажигания), на выходе 390°С (ниже температуры зажигания на 30°С). Такой режим поддер- живается подачей в экран 8500

теплоносителя. Максимальная температура в слое 435 С, средняя температура выходяп1его из аппарата газа , Суммарная степень контактирования в аппарате, эксплуатируемом по данной схеме 96-99%. Процесс переработки газа автотермичен. Общее сопротивление слоя 1ПП мм вод,ст.

Пример 2, Отходящий газ с ТЭЦ содержит 0,5 об.% ВО,2иЗ,5об.% Oj 100000 нм /ч rasa с температурой 60°С подают на нестационарное окисление в контактный аппарат диаметром 12 м, высотой слоя катализатора 4 м с кварцевой подсыпкой по 0,8 м сверху и снизу. R качестве тепловой завесы используют схему, представленную на фиг. 4-6. по которой тепло)о-- ситель первоначально подается в кольцевую распределительную камеру, из которой через перфорированные отверстия вытекает непосредственно в объем теплового экрана, а из него через отверстия входит в аналогичную соби- раюп(ую камеру. Синхронно с изменением направления основного газового потока происхолит и смена подачи теплоносителя в каждую из камер. Причем горячий теплоноситель всегда вводится со стороны холодного основного газового потока. В качестве теплоносителя применяется перегретый пар, который на участке pa3orpejBa

Пример 3, Отходящий газ медеплавильной печи содержит от 4 до 1,2 об.% SOg при концентрапли кислорода не ниже 4 об.%. Этот газ в ко- 15 личестве 4000 м /ч поступает на нестационарный контактный аппарат диаметром 8 м с высотой слоя каталияя- тора СВД 3 м и подсыпкой кварца по 0,5 м. Схема теплового экрана аналогична примеру 2, На участке разогрева температура теплоносителя 420 С, а на участке охлаждения 380 С. Поверхность экрана 100 м, теплопоте- ри 17000 ккал/ч, количество теплоносителя 0,5 т пара/ч. Степень конверсии 98% при сопротивлении слоя 100 мм вод.ст. Процесс автотермичен. В этом случае на участке разогрева горячий теплоноситель имеет темпера25

30

туру равную температуре зажигания катализатора, п на участке охлажде5 О г.

мепыче температуры зажлния на гания.

Тлккм образом использование пред- g naraeNioro способа окисления двуокиси серы в трехокись в нестационарном реягиме позволяет повысить степень конперсии до 96-99% при низком гид- рапличпском сопротивлении слоя, не

40 превы 11аю1чем 100-130-ьт вод.с. и поддерживать при этом автотермич- (ГОСТЬ процесса окисления даже при KoHneHTpaiijiHX 0,5-0,9 об.% S0,j.

45

о р м ,у л а

зобретения

50

Способ окисления низкоконцентрированного диоксида серы в трехокись на слое катализатора с зонами разогрева и охлаждения технологического газа в иестаг ионарном режиме с попере- изменением направления входа и вьжода газа, отличаю гц и й- с я тем, что, с целью повышения

который на 50 С превьш ает температуру зажига- ее степенр окисления диоксида серы и обес

..у.-,

ния контактной массы (470 С) и на участке охлаждения поддерживает температуру, равную температуре зажигания контактной массы (420°С), Потепечения автотермич гости процесса при расиа ренном диапазоне концентраций диокс :да серы, вокруг слоя катализатора создают наружный экранирую1дий

10

20

010876

ря тепла через теплоизоляцию экрана, поверхность которого 150 м, составляет 26000 ккал/ч. Расход пара 800 кг/ч. По данной схеме поддерживается автотермичность процесса окисления двуокиси серы до концентрации не ниже 0,5 об,%. Степень конверсии 98% при сопротивлении слоя 150 мм в 150 мм водост. .

Пример 3, Отходящий газ медеплавильной печи содержит от 4 до 1,2 об.% SOg при концентрапли кислорода не ниже 4 об.%. Этот газ в ко- 15 личестве 4000 м /ч поступает на нестационарный контактный аппарат диаметром 8 м с высотой слоя каталияя- тора СВД 3 м и подсыпкой кварца по 0,5 м. Схема теплового экрана аналогична примеру 2, На участке разогрева температура теплоносителя 420 С, а на участке охлаждения 380 С. Поверхность экрана 100 м, теплопоте- ри 17000 ккал/ч, количество теплоносителя 0,5 т пара/ч. Степень конверсии 98% при сопротивлении слоя 100 мм вод.ст. Процесс автотермичен. В этом случае на участке разогрева горячий теплоноситель имеет темпера25

туру равную температуре зажигания катализатора, п на участке охлажде5 О г.

мепыче температуры зажлния на гания.

Тлккм образом использование предaraeNioro способа окисления двуокиси серы в трехокись в нестационарном реягиме позволяет повысить степень конперсии до 96-99% при низком гид- рапличпском сопротивлении слоя, не

превы 11аю1чем 100-130-ьт вод.с. и поддерживать при этом автотермич- (ГОСТЬ процесса окисления даже при oHneHTpaiijiHX 0,5-0,9 об.% S0,j.

45

о р м ,у л а

зобретения

Способ окисления низкоконцентрированного диоксида серы в трехокись на слое катализатора с зонами разогрева и охлаждения технологического газа в иестаг ионарном режиме с попере- изменением направления входа и вьжода газа, отличаю гц и й- с я тем, что, с целью повышения

степенр окисления диоксида серы и обес

печения автотермич гости процесса при расиа ренном диапазоне концентраций диокс :да серы, вокруг слоя катализатора создают наружный экранирую1дий

71601087

спой теплоносителя, имеющего со сто- ;туре зажигания РОНЫ входа технологического газа :со стороны выхода ., « температуру вьте, или равную темпера- равную температуре зажигания .

Изобретение касается проведения гетерогенных экзотермических каталитических реакций, в частности, в производстве серной кислоты. Цель изобретения - повышение степени окисления диоксида серы и обеспечение автотермичности процесса в широком диапазоне концентраций диоксида серы. Предложен способ окисления низкоконцентрированного диоксида серы на слоях катализатора, работающих в нестационарном режиме с наружным тепловым экраном, создающим переменный профиль температуры по высоте слоя, изменяемый синхронно с переключением основного технологического потока. Температура слоя теплоносителя со стороны входа технологического газа выше или равна т-ре "зажигания" катализатора, а со стороны выхода газа - ниже или равна т-ре "зажигания". Через каждую половину периода происходит смена направления теплоносителя в тепловом экране. 2 ил.

9U2.

9w. 2

9W2. 3

В

I

У 7

. . /

ll W2. -У

. 5

Редактор Н. Яцола

Составитель М. Терентьев

Техред Л.Сердюкова Корректор М,Кучерявая

Заказ 3244

Тираж 414

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, наб., д. 4/5

А-А

Подписное