Контактный аппарат для окисления диоксида серы в трехокись серы Советский патент 1992 года по МПК B01J8/04 

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к контактным

аппаратам для окисления диоксида серы в трехокись серы, и является усовершенствованием контактного аппарата, по авт. св. Ме 1579554.

Известен контактный аппарат для окисления S02 в ЗОз, содержащий корпус с крышкой и днищем, центральную трубу, клапаны, подводящие исходный газ и отводящие прореагировавшую газовую смесь газоходы, распределитель исходного газа и сборник прореагировавшего газа, состоящие из пластин с отверстиями, полностью перекрывающих сечение аппарата и размещенных между ними концентрически расположенных перегородок с образованием кольцевых каналов. Образованный двумя коаксиально расположенными цилиндрами кольцевой объем заполнен катализатором, при этом для прохода газа в слой катализатора установлены попарно радиальные перегородки, одна из которых имеет перфорацию по всей поверхности, а вторая - сплошная с закрепленным на ней стаканом с перфорированными стенками и клапаном - мигалкой, установленным со стороны открытого конца. Между распределителем исходного газа и кольцевым объемом с контактной массой установлены вертикальные ребра, образующие каналы для ввода газа на слой катализатора. Между сборником прореагировавшего газа и кольцевым объемом, заполненным катализатором, также установлены ребра, образующие выходные каналы для вывода прореагировавшего газа из слоя катализатора. При этом выходные вертикальные каналы, образованные радиальными ребрами, расположены снаружи по отношению к кольцевому слою катализатора.

Основным недостатком известного контактного аппарата является вероятность нарушения синхронного характера движения нескольких тепловых фронтов - зон реакции, одновременно перемещающихся в кольцевом слое катализатора. Основной причиной возможности данного фактора при работе реактора может быть неоднородность загрузки катализатора в различных участках кольцевого слоя, что приводило бы к дифференциации значений величины скорости движения нескольких тепловых фронтов - зон реакции, одновременно перемещающихся в этих участках кольцевого слоя катализатора. Следствием этого фактора могло быть через некоторое число переключений опережение в движении какого-либо одного из одновременно перемещающихся нескольких тепловых фронтов-зон реакции, что, в конечном итоге, привело бы к выходу данного теплового фронта-зоны реакции из кольцевого слоя катализатора и останову реактора. Еще одним фактором, негативно влияющим на основной показатель работы контактного аппарата - конечную степень превращения (Хк), является вероятность нарушения гер- метичности клапанов-мигалок, установленных на одной из попарно размещенных в кольцевом слое катализатора радиальных перегородках для прохода газа в слой катализатора, из-за возможности отложения пы0 ли или частиц катализатора на уплотнительных поверхностях клапанов. Последнее может привести к протечке через образовавшиеся неплотности в клапане-мигалке части объема исходного сернистого

5 газа в направлении, противоположном движению теплового фронта-зоны реакции в слое катализатора, т.е. минуя соответствующий тепловой фронт-зону реакции исходный сернистый газ пойдет на абсорбцию,

0 что, естественно, недопустимо, поскольку обуславливает снижение конечной степени превращения (Хк).

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности проведения процес5 са окисления за счет исключения вероятности возникновения асинхронного характера движения нескольких тепловых фронтов-зон реакции, одновременно перемещающихся в кольцевом слое катализато0 ра, а также исключения хода исходного сернистого газа в направлении, противоположном движению теплового фронта-зоны реакции в слое катализатора.

Поставленная цель достигается тем,

5 что контактный аппарат, описанный в авт. св. Мг 1579554, снабжен выполненными сплошными и перекрывающими сечение аппарата по высоте от днища кольцевого слоя катализатора до днища сборника проре0 агировавшего газа радиальными перегородками, образующими с радиальными перфорированными перегородками каналы для входа газа в слой катализатора, сплошным листом, перекрывающим поперечное

5 сечение аппарата на уровне верха кольцевого объема, заполненного катализатором с отверстиями в крышках камер, образованных сплошными радиальными перегородками и дополнительными перфорированными

Q перегородками, и переточными газоходами с клапанами на них.

На фиг. 1 представлен контактный аппарат, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрезы Б-Б и В-В на фиг.

с 1; на фиг. 4 - разрез Г-Г на фиг. 1.

Контактный аппарат содержит корпус 1 с крышкой и днищем, центральную колонну 2, подводящие исходный сернистый газ газоходы 3 с клапанами на них, распределитель реакционной смеси 4, состоящий из

пластин, полностью перекрывающих сечение аппарата, и размещенных между ними концентрически расположенными перегородок, образующих кольцевые каналы. В крышке и днище распределителя против ка- налов имеются отверстия для входа и выхода газа. Кольцевой объем 6, образованный коаксиально расположенным цилиндром и корпусом аппарата 1, заполнен катализатором. Сечение аппарата между корпусом 1 и центральной колонной 2 на уровне верха кольцевого объема 6, заполненного катализатором, перекрыто листом 7. Между крышкой распределителя реакционной смеси 4 и листом 7 установлены вертикальные ребра

8,образующие каналы для подвода газа к кольцевому объему 6, заполненному катализатором. Кольцевой объем 6 разделен на несколько секторов попарно установленными радиальными перегородками, образую- щими проходы для ввода реакционной смеси в слой катализатора, одна из которых

9,расположенная по направлению хода газа и имеющая размеры, равные габаритам кольцевого объема 6, имеет перфорацию, а вторая радиальная перегородка 10-сплошная, перекрывающая сечение аппарата по высоте от днища кольцевого объема б до днища сборника прореагировавшего газа 12. Параллельно радиальным перфориро- ванным перегородкам 9 в кольцевом объеме

6, заполненном катализатором, установлены дополнительные перфорированные перегородки 11. Камеры, образованные дополнительной перфорированной перего- родкой 11 и сплошной радиальной перегородкой 10, перекрыты крышками, на которых имеются отверстия 15 для выхода прореагировавшей газовой смеси в сборник прореагировавшего газа 12,состоящий из пластин, полностью перекрывающих сечение аппарата, и размещенных между ними концентрически расположенных перегородок, образующих кольцевые каналы. В крышке и днище сборника прореагировав- шего газа 12 против каналов имеются отверстия для входа и выхода газа. Газоходы 13 с клапанами на них, отводящие прореагировавшую газовую смесь на абсорбцию, соединены с газоходами 3, подводящими исходный сернистый газ, переточными газоходами 14 с установленными на них клапанами. Контактный аппарат работает следующим образом. Исходный сернистый газ из компрессорного отделения подается по одному из газоходов 3, на котором в данный момент открыт клапан, в кольцевой канал распределителя реакционной смеси 4, откуда через несколько отверстий в крышке распределителя поступает в соответствующие вертикальные каналы, образованные вертикальными ребрами 8. Из вертикальных каналов реакционная смесь благодаря наличию листу 7, перекрывающему сечение аппарата между корпусом 1 и центральной колонной 2 на уровне верха кольцевого объема 6, заполненного катализатором, направляется в проходы для ввода реакционной смеси в слой катализатора, образованные попарно установленными радиальными перегородками 9 и 1Q, из которых через перфорацию на радиальных перегородках 9 входит одновременно в несколько соответствующих радиальных секторов кольцевого объема 6, заполненного катализатором. Исходный сернистый газ нагревается до температуры, достаточной для протекания реакции окисления S02 в ЗОз, за счет теплопередачи от зерен катализатора к газу, в результате чего протекает процесс окисления в одновременно движущихся в направлении фильтрации газового потока нескольких тепловых фронтах-зонах реакции. Прореагировавшая реакционная смесь проходит 1-е радиальные секторы с катализатором и через отверстия в крышках полых камер этих секторов выходит в объем, ограниченный сплошными радиальными перегородками 10, откуда поступает в кольцевой канал сборника прореагировавшего газа 12, в котором происходит смешение газовых потоков, выходящих из нескольких тепловых фронтов- зон реакции. При этом идет усреднение температурных неоднородностей в общем потоке реакционной смеси, благодаря чему газовоздушная смесь через соответствующие газоход 13, на котором в этот цикл клапан закрыт, и переточный газоход 14 с открытым клапаном направляется в свободные от исходного сернистого газа газоход 3 и кольцевой канал распределителя реакционной смеси 4 и поступает в несколько последующих 2-х радиальных секторов с катализатором с одними и теми же значениями величины температуры газа в любой момент времени цикла, что обуславливает идентичное формирование в этих радиальных секторах тепловых фронтов-зон реакции. Последнее, естественно, исключает вероятность возникновения асинхронности при движении нескольких тепловых фронтов-зон реакции по кольцевому слою катализатора. Пройдя 2-е по ходу газа радиальные секторы с катализатором прореагировавший газ поступает во второй кольцевой канал сборника прореагировавшего газа 12 и через газоход 13 с открытым клапаном направляется на абсорбцию. Благодаря постепенному охлаждению слоя катализатора в 1-х по ходу газа радиальных секторах происходит вытеснение тепловых фронтов-зон реакции из них и когда тепловые фронты-зоны реакции перейдут во 2-е по ходу газа радиальные секторы, производится переключение подачи исходного сернистого газа во 2-е радиальные секторы с катализатором благодаря одновременному автоматическому переключению клапанов на подводящих исходный газ газоходах 3 и отводящих прореагировавшую газовую смесь газоходах 13, а также переточных газоходах 14. Теперь тепловые фронты-зоны реакции вытесняются из 2-х радиальных секторов с катализатором в 1-е радиальные сектора и в момент времени, когда тепловые фронты вновь перейдут в 1-е радиальные сектора производится переключение подачи исходного сернистого газа вновь на 1-е сектора с катализатором. Таким образом осуществляется непрерывное движение одновременно нескольких тепловых фронтов- зон реакции в неизменном направлении в торроидальном слое катализатора. Использование описанной выше конструкции контактного аппарата при осуществлении процесса окисления S02 по сравнению с описанным вариантом аппарата позволяет повысить эффективность и надежность проведения процесса окисления за счет обеспечения следующих преимуществ: исключается вероятность возникновения асинхронного характера движения нескольких тепловых фронтов-зон реакции, одновременно перемещающихся в кольцевом слое катализатора, что, безусловно, существенно повышает надежность осуществления процесса в аппарате; исключается необходимость установки клапанов внутри контактного аппарата, что, естественно,

0

5

обуславливает повышение надежности работы реактора, а также рост конечной степе- ни превращения (Хк) за счет предотвращения вероятности протечки части объема исходного сернистого газа через возможные неплотности клапана в направлении, противоположном движению теплового фронта-зоны реакции в слое катализатора, т.е. минуя соответствующий тепловой фронт-зону реакции исходный сернистый газ пошел бы на абсорбцию. Применение новой конструкции контактного аппарата при проведении процесса окисления S02 в ЗОз в нестационарном режиме позволит обеспечить оптимальные технологические условия переработки сернистых газов и получить годовой экономический эффект 114 тыс. руб.

Формула изобретения Контактный аппарат для окисления диоксида серы в трехокись серы по авт. св. № 1579554, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности проведения процесса окисления, он снабжен выполненными сплошными и перекрывающими сечение аппарата по высоте от днища кольцевого слоя катализатора до днища сборника прореагировавшего газа

радиальными перегородками, образующими с радиальными перфорированными перегородками каналы для входа газа в слой катализатора, сплошным листом, перекрывающим поперечное сечение аппарата на

уровне верха кольцевого объема, заполненного катализатором, с отверстиями в крышах камер, образованных сплошными радиальными перегородками и дополнительными перфорированными перегородками, и переточными газоходами с клапанами.

Фиг 2

Фиг.З

фиг

Изобретение относится к контактным аппаратам для окисления диоксида серы в трехокись серы и может быть использовано в производстве серной кислоты и позволяет повысить эффективность и надежность проведения процесса окисления за счет исключения вероятности возникновения асинхронного характера движения нескольких тепловых фронтов-зон реакции, одновременно перемещающихся в кольцевом слое катализатора, а также исключения хода исходного сернистого газа в направлении, противоположном движению теплового фронта-зоны реакции в слое катализатора. Контактный аппарат содержит корпус с крышкой и днищем, центральную трубу, клапаны, подводящие исходный газ и отводящие прореагировавшую газовую смесь газоходы, распределитель исходного газа и сборник прореагировавшего газа, состоя щие из пластин с отверстиями, полностью перекрывающих сечение аппарата и размещенных между ними концентрически расположенных перегородок с образованием кольцевых каналов. Образованный двумя коаксиально расположенными цилиндрами кольцевой объем заполнен катализатором, при этом для прохода газа в слой катализатора установлены попарно радиальные перегородки, одна из которых имеет перфорацию по всей поверхности, а вторая - сплошная с закрепленным на ней стаканом с перфорированными стенками и клапаном-мигалкой, установленным со стороны открытого конца. Между распределителем исходного газа и кольцевым объемом с контактной массой установлены вертикальные ребра, образующие каналы для ввода газа на слой катализатора. Между сборником прореагировавшего газа и кольцевым объемом, заполненным катализатором, также установлены ребра, образующие выходные каналы для вывода прореагировавшего газа из слоя катализатора. При этом выходные вертикальные каналы, образованные радиальными ребрами, расположены снаружи по отношению к кольцевому слою катализатора. Аппарат снабжен выполненными сплошными и перекрывающими сечение аппарата по высоте от днища кольцевого слоя катализатора до днища сборника прореагировавшего газа радиальными перегородками и дополнительными перфорированными перегородками, и переточными газоходами с клапанами на них. 4 ил. сл с -ч го ю сл о о го