Способ окисления двуокиси серы в трехокись серы Советский патент 1988 года по МПК C01B17/76 

00 QD О О5

о со Изобретение относится к производству серной кислоты контактным спосо бом и может быть использовано в хими ческой, нефтехимической и других областях промышпенности для проведения гетерогенных каталитических реакций. Известен способ окисления двуокиси серы в трехокись серы, применяемы при производстве серной кислоты, в контактном аппарате с неподвижньп ш слоями катализатора. Известньй способ окисления двуоки си серы не позволяет вести режим, близкий к теоретическому оптимальному в одном слое катализатора и осу ществляется в реакторах с нескольким последовательно расположенными адиабатическими слоями катализатора и промежуточным охлаждением реак1хионной смеси в теплообменниках между слоями. Этот способ не позволяет перерабатывать газы с высоким ( 11 об,%) или низким (3,5 об.%) исходным соде жанием двуокиси серы, а также требуют высоких капитальных затрат на сооружение контактных узлов. Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является спо соб окисления двуокиси серы в реакто ре с неподвижными слоем катализатора процесс в котором ведут в неста1ЩО нарном режиме с движущейся зоной реаки я. Способ заключается в том, что в предварительно разогретьй до 400бОО С слой катализатора подают свежу Ьеак1щонную смесь с температурой 20200°С. Газовая смесь охлаждает слой катализатора и реагирует с вьиелением тепла. При этом тепло вытесняется из реактора в направлении скорости фильтрации газа. Для toro, чтобы за переть тепло в слое и создать непре рьшный и автотермический режим, направление Подачи газе, периодически переключают на противоположное. Известным способом можно окислять двуокись серы в трехокись в одном слое катализатора без традиционных теплообменников. Недостатком способа является необходимость быстрого (в течение 5 с) изменения направления движения потоков газа с разными температурами, на пример 20 и , и их прохождение через быстродействуюище герметич ные клапана, которые работают в неблагоприятных температурных условиях. Установка стандартной (не быстродействующей) запорной арматуры вместо быстродействую.цих клапанов связана с проскоком непрореагировавшего газа мимо слоя катализатора в течение нескольких минут, определяемых временем открывания (закрывания) задвижек с электроприводом. Следует также отметить, что при нестационарном способе окисления температура газа на выходе из торцов слоя периодически повышается и понижается с 430°С и опять до 20°С, что требует установки теплового демпфера для сглаживания температуры газа при подаче его на абсорбцию. Целью настоящего изобретения является упрощение процесса каталитического окисления двуокиси серы в нестационарном режиме и создание условий более надежной его работы. Поставленная цель достигается тем, что слой катализатора разделяют на три части и свежую реакционную смесь подают попеременно между этими частями. При этом средняя часть слоя по объему составляет, например 0,1-0,3 обш.его обьема слоя, верхняя и нижняя - равны между собой, и обьем каждой его части составит 0,45-0-,35. Способ осуществляют следую1цим образом. Перед пуском катализатор нагревают до 500°С и попеременно в верхний и нижний промежутки подают свежий реакционный газ с температурой 20200с и с продолжительностью цикла 10-200 мин. При подаче свежего газа, например в верхний промежуток,нагретый до 500°С газ разделяется и движется вверх через верхнюю и вниз через среднюю и нижнюю части к выходу из слоя с двух его торцов. В верхнем промежутке на торцах слоя катализатора возникают две зоны реакции с максимальной температурой 590° С, которые двигаются в тех же направлениях, т.е. вверх и вниз по слою катализатора. После того, когда зона реакции с максимальной температурой 590 С дойдет до нижнего промежутка, производят переключение подачи свежего газа с верхнего промежутка на нижний, вследствие чего реак1у я продолжится на двух торцах слоя, только газ и лве зоны реакции будут двигаться вниз 389 через нижнюю часть слоя и вверх через среднюю и верхнюю части к выходу. При этом в момент переключения подачи свежего газа возникшая в предыдущем полуцикле зона реакции не исчезает, т.е. еще не вьшша из верхней части слоя и служит своеобразным тепловым барьером, в котором продолжает окисляться часть свежего газа, который в течение нескольких минут проскакивает через задвижки, производящие переключение направления потока. Иными словами, средняя часть слоя катализатора работает в таком же режиме, что и прототип, а верхняя и нижняя части слоя служат для ликвидации (окисления) проскоков свежего газа, имеющне место при установке стандартных задвижек с электроприводом вместо быстродействующих клапанов (как в прототипе). Верхняя и нижняя части слоя катализатора попеременно работают в пульсирующем режиме. В связи с тем, что на верхнем и нижнем торцах слоя катализатора температура периодически изменяется и сдвинута по фазе, то суммарная температура прореагировавшего газа в выходном газоходе будет примерно равна среднерасчетной температуре за цикл. Вследствие этого не потребуется установки дополнительного теплового демпфера, так как создаются наиболее мягкие условия работы для абсорбционного отделения. Такой пульсирующий процесс окисления благодаря тепловой емкости периодически нагреваемого и охлаждаемого катализатора уменьшает температуру реакционной смеси к выходу из слоя, тем самым обеспечивают режим, близкий к теоретическому оптимальному, которьй требует уменьшения температуры с ростом степени превращения. На чертеже приведена возможная схема реализации предлагаемого способа. Слева от оси показано положение зон реакции а,, а о в момент пуска свежей реакционной смеси с температурой 20-200°С. Справа от оси показано положение тех же зон реакции а, а, а спустя 10-100 мин после пуска. На предварительно разогретый до 500°С слой катализатора, состоящий из верхней 1, средней 2 и нижней 3 частей, подают свежую реакционную смесь в промежуток 4 через открытую задвижку 5 (задвихка 6 закрыта). Направление движения газа показано сплощными 3 стрелками. В результате контакта холодного газа с нагретыми зернами катализатора газ нагревается до температуры начала химической реакции порядка . После чего начинается собственно реак1р1я, ина торцах слоя возникают две зоны реакции а| и aj, которые начинают двигаться в направлении вверх и вниз к выходу из слоя с его торцов. Спустя 10-100 мин, когда зона реакции а займет положение а, начинают переключать направле1 ие движения свежего газа. Задвижка 5 закрьтается, а задвижка 6 открывается. В это время, которое длится несколько ья1нут (время зависит от типа электропривода и диаметра газохода), через задвижки газ проходит по двум газоходам 7 и 8, показанным пункт1фными стрелками, через слой в направлении к нижнему и верхнему торцам. При этом зона а, занимает положение а и окисляет поток газа, поступающего по газоходу 7. После полного закрывания задвижки 5 и открывания задвижки 6 весь газ идет через нижний промежуток 9, и на торцах средней 2 и нижней, 3 частях слоя повторяется тот же полуцикл окисления, аналогичньй предыдущему, когда свежий газ подавали в верхний промежуток 4 через задвижку 5. При этом в зону а свежий газ уже не поступает, реакция в ней прекращается, и тепло из катализатора за следующий полу1а1кл вьдувается. После следуюш гх 10-100 , когда зона реакции а„ займет положение а, - а , совершается полный цикл (10-200 мин), и процесс переключения повторяется. При этом зона реакции а займет положение а , аналогичное положению а (заштриховано пунктиром), Из рдссмотрения динамики выхода зон i и а с торцов слоя катализатора следует, что суммарная TesmepaTypa потока в газоходе 10 за цикл будет примерно равна среднерасчетной. Пример 1. Реакционную смесь, образующуюся при сжигании среды и состоящую из 12% двуокиси серы, 9% кислорода и 79% азота подают на слой катализатора СВД по схеме, показанной на чертеже. Средняя часть слоя равна 0,3 общего объема. Линейная скорость газовой смеси, рассчитанная на нормальные условия, 0,34 м/с, температура смеси 20 С, условное вре, мя контакта 12 с. До ввода реакционной Смеси катализатор разогрет до 500с. Установившийся неста щонарньй цикл в реакторе наступает через 5 циклов. При этом, максимальная тем пература в зоне реакции равна 590°С выходная температура на торцах слоя периодичес1си изменяется от 50 до 420°С, а суммарная температура в выводном газоходе практически изменяется незначительно и равна средней температуре А/200°С. Длительность одного цикла равна 200 мин. Время пе реключения задвижек 1,5 мин. Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы в трехокисьсеры равна 98,2%, что эквивалентно работе реактора с пятью последовательно расположенными айиабатическими слоями катализатора в стационарном режиме. П р и м е р 2. Аналогичен примере 1, отличается тем, что процесс осуществляют при температуре смеси на входе в слой катализатора 200 С. Такая температура может иметь .место на практике, например для предотвращения конденсащш паров серной кисло ты. Продолжительность цикла 150 мин. Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы достигает 98,4%. 636 П р и м е р. 3. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс осуществляют при начальной концентрации двуокиси серы 1,5% и начальной концентрации кислорода 13%, остальное - азот. Средняя часть слоя составляет 0,1 общего объема. Линейная скорость реакционной смеси 0,8 м/с. Максимальная температура в зоне реакции равна , а выходная температура на торцах слоя периодически изменяется от 20 до 200°С (средняя температура в выходном газоходе ). Длительность одного L iKJia равна 130 мин. Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы равна 98%. Таким образом, предлагаемьп способ окисления двуокиси серы в трехокись серы позволяет проводить процесс в слое катализатора в нестационарном режиме непрерывно с высокими степенями превращения (без проскоков непрореагировавшего газа) с применением стандартной запорной арматуры, а также позволяет значительно снизить температурные градиенты прореагировавшего газа и приблизиться к его температуре, равной среднерасчетной за цикл. л- ..

1. СПОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ДВУОКИСИ СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ СЕРЫ в нестационарном режиме в неподвижном слое катализатора с температурой газа на входе в слой 20-200°С II времени цикла 10200 мин, отличающийся, тем, что, с целью упрощения процесса повышения его надежности- за счет уменьшения температурных градиентов прореагировавшего газа за слоем катализатора, последний разделяют на три части и свежую реакционную смесь попеременно подводят между этими частями. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что, средняя часть слоя составляет 0,1-0,3 от общего объема и верхняя и нижняя части 0,450,35.