Способ получения элементарной серы

СОЮЗ СОВЕТСНИХщочлищеескиРЕСПУБЛИК 8011852 Эа) С 01 В 17/04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СТВ н вт 0 КНМ 46 Мат Филат овски на раси ого СО АН С Очист орюго и других , с. 306-31 промьппленнос а юедут цион-3 пособ п я тем алькой т си 20-20СОБ ПОЛУЧКНИЯ ероводородсо мператур С. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Кмени институт катализа(56) 1Егоров Н.Н. и дот серы коксовальночих газов, И., 19602. "Химическая1965, У 3, с. 31,(54) (57) 1. - СПОТАРНОЙ СКРЫ из с газов путем контактирования с сернистым газом в присутствии катализатора, отличающийся тем,что, с целью упрощения процесса иповышения производительности, процессведут при циклическом попеременномизменении места ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализатора,причем через каждые 1"100 цикловпродолжительностью 1-300 мин проводят.один цикл с длительностью, превышающей предыдущие в 1-10 раэ.1 9118Изобретение относится к химической, нефтехимической, металлургической и другим смежным отраслям промышленности и может быть использованов производстве серы и для обезврежи 5вания сернистых отходящих газов металлургйческих производств.В настоящее время серу получаютпутем проведения процесса Клауса(сжигание сероводорода с образова Окием элементарной серы и сернистогоангидрида с последующим взаимодействием непрореагировавшего сероводорода с двуокисью серы) и путем прямого восстановления сернистого газа(метаном, природньм газом, газомконверсии) с последующим взаимодействием непрореагировавшей двуокисисеры и частично образовавшихся сероводорода, сероуглерода и сероокиси 20углерода (вторая стадия процессаКлауса).Известные промышленные схемы получения серы на второй стадии процесса Клауса состоят иэ нескольких 25последовательно расположенных ступеней конверсии, представляющих собойаппараты с адиабатическим слоем катализатора, работающим в стационарном режиме 13.Оптимальный температурный режим обратимого экзотермического процесса, каким являются реакции между двуокисЬю серы и сероводородом и двуокисью серы и сероокисью водорода, требует уменьшения температуры З 5 с ростом выхода серы. Приближение , к оптимальному режиму в станционарном способе достигается в результате промежуточного теплоотвода между ступенями конверсии. Специфика реакции .между сероводородом и двуокисью серы заключается в боЛьшой скорости химического процесса и незначительных энергиях 45 активации реакции, что в принципе, позволяет осуществлять процесс при низких температурах и достигать высоких степеней конверсии, Однако из-за опасности блокировкиповерх ности катализатора сконденсировавшейся серой при традиционном многоступенчатом способе становится вынужденным переход к высоким температурам реакции, что сдвигает химическое 55 равновесие в неблагоприя-ную сторону.Известен способ осуществления реакции между сероводородом и дву 52 2окисью серы, согласно которому сераобразуется в двух ступенях конверсиипри температурах реакции 200-450 Си атмосферном давлении. При этом газ,поступающий в первую каталитическуюступень, нагреваюТ до 200-230 С,чтобы на выходе (с учетом повышения .температуры газа на 70-90 оС за счеттепла протекающих реакций) его температура была выше точки росы серы,Затем реакционные газы охлаждают,конденсируют при 130-160 С образовавшуюся серу, снова нагревают до температуры 200-230 С и подают во вторую каталитическую ступень, послекоторой газы еще раэ охлаждают и конденсируют серу, Ступень конверсиина первой ступени составляет 60-757,а на второй ступени - 75-807. Общаястепень конверсии серусодержащихгазов в элементарную серу составляет 90-973 2 1.В том случае, если в исходномгазе содержится сероокись углеродаи сероуглерод, то температуру на ,первой ступени конверсии поддерживают в пределах 300-450 С. В дальнейшем весь процесс ведут аналогичньщ образом.Целью изобретения является создание такого способа проведенияреакции сернистого ангидрида с сероводородом (реакция Клауса) на существующих катализаторах при атмосферном давлении и температурах вослое 200-600 С, который обеспечивал бы увеличение производительности контактного узла как за счет более высокой степени превращения реакционной смеси, так и за счет упрощения технологии и ликвидации промежуточных теплообменных устройств, Это приведет к снижению удельных капитальных затрат на сооружение контактного узла и повысит надежность его в работе. Цель достигается тем, что процесс Клауса ведут при циклическом попеременном изменении места ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализатора, причем через каждые 1-100 циклов продоюйкительностью 1-300 мин проводят один цикл с длительностью, превышающей предыдущие в 1-10 раэ. При этом начальную температуру реакционной смеси поддерживают в пределах 20-200 С.Проведение. процесса при вышеуказанном нестационарном режиме создает911852 4затора и выводится иэ нижней частиаппарата,П р и м е р 1. На вход реакционь ного аппарата с одним адиабатическимслоем катализатора подают газовуюсмесь, содержащую 4 Х сернистого ангидрида, 83 сероводорода, 883 инертов, Высота слоя катализатора 1,5 м,линейная скорость реакционной смеси,пересчитанная на,нормальные условия,О, 15 м/с, температура смеси на входев слой 120 С. зону реакции, которая движется в направлении, совпадающем с направлением подачи реакционной смеси в слой катализатора. Под зоной реакции здес понимается область температур 250 о500 С, благоприятных для протекания реакции образования элементарной серы с заметной скоростью. Зона реакции должна занимать от 30 до 80 Х длины слоя катализатора. Для того чтобы химический процесс был непрерывным и устойчивым, в нестационарном режиме необходимо удерживать движущуюся зону реакции в пределах слоя.При нестационарном режиме ведения процесса Клауса, благодаря тепловой емкости периодически нагреваемого и охлаждаемого катализатора температура реагирующих газов всег-. да уменьшается на выходе из слоя, В таком реакторе создается режим, ,близкий к теоретическому оптимальному (уменьшение температуры с ростом степени превращения смеси), в результате чего количество серы на выходе заметно превышает показатели существующих производств., Катализатор при работе по этому способу, кроме основного назначения - ускорять химическую реакцищ, выполняет еще и функцию регенератора тепла, заменяя тем самым тепло- обменные устройства, которые имеются между ступенями конверсии в стационарном способе. Теплообмен между газом и катализатором осуществляется не через металлическую стенку и в отдельном аппарате, а наиболее эффективно - прямым контактом газа с На чертеже приведены профили температур Т по длине слоя катализаторав различные моменты времеии ф . Доввода реакционной смеси в реактор(1О) слой катализатора раэогретдо температуры 400 С (прямая 1). В 20момент времени 1 = О в слой вволятчреакционную смесь с температуройо120 С. Кривые 2 и 3 соответственнопоказывают профили температур подлине слоя в следующие друг за дру. - 25гом момМты времени 2 и у В МОмент времени 1 переключают местоввода реакционной смеси (точка 8 =О)на точку, соответствующую 1 = 6 ( 4 -длина слоя катализатора), т.е. изменяют направление подачи реакционной 30смеси на противоположное. Профилитемператур в последующие моментывремени 1, и Е 5 показаны линиями4 и 5 соответственно. В момент времени 1 опять производят переключе-.35 ние потока реакционной смеси. Послеста таких переключений в реактореустанавливаются вынужденные периодические колебания температурных иконцентрационных полей. Длительность 40 одного такого полного цикла составляет 300 мин. В это время на холоднькторцах слоя происходит конденсациясеры. Для удаления из реактора жидкого продукта проводится один цикл сдлительностью, превьппающей предыдущие в 10 раз (3000 мин), В этом случае эона высоких температур подходитблизко к торцам слоя катализатора(линия 6), сконденсировавшийся продукт испаряется и с реакционным потвком покидает реактор. Затем процесс снова ведут .с длительностью цикла300 мин и т,д. Средняя за цикл степень превращения сернистых соединений в элементарную серу 97-993. При таком способе ведения процесса торцовые участки слоя могут иметь более низкую температуру, чем точка росы серы, которая определяется 45 парциальным:. давлением паров продукта. На этих участках слоя возмаж .на конденсация серы. Поэтому целесообразно после нескольких переключений с некоторой определенной длительностью периодически проводитьодин более длительный цикл. Длительность такого цикла должна позволять зоне высоких температур подходить близко к концу слояВ результате 55 этого жидкая сера испаряется и покидает реактор с реакционным потокам, а часть серы стекает с каталичастицами катализатора. П р и м е р 2. То же, что ивпримере 1. Длительность короткого911852 Редактор О. Юркова Техред М.Надь Корректор О. Тигор Заказ 9207/2 Тираж 463 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4цикла 1 мнндлительность одного длинного цикла 10 мин.П р и м е р 3. То же, что в примере. 1. Длительность коротких; цикловсоставляет 100 мин. Через калдые" 5 50 коротких циклов проводят один цикл, превыщающнй по длительности предццущне в 5 раэ (500 мин).П р и и е р 4. То же, что и в примере 1. Длительность всех циклов 1 ф одинакова и составляет 50 мин, Температура реакционной смеси на входе в слой 2 ОС.П р и м е р 5. То.же., что и в. примере 1. Темзература реакционной З смеси на входе в слой 200 фС.П р и м е р 6. То же, что и в примере 1. Состав исходной реакционной смеси: 63 двуокиси серы, 83 сероводорода 43 сероокиси углерода 20 и сероуглерода (в сумме), 823 инер- тов.Таким образом, предлагаемый спо- соб получения элементарной серы из сероводордда и сернистого. ангидрида. ф в нестацнонарном режнме.по сравнению с известными способами обеспечивает следущцие преимущества:1. Высокую степень превращения исходных продуктов в элементарную серу (до 993) при использовании существующих катализаторов за счет создания температурных условий, близких к оптимальным.2. Значительное снижение капитальных затрат на строительство контактного аппарата за счет промежуточных теплообменнык устройств.3Снижение эксплуатационных энергетических затрат,за счет уменьшения гидравлического сопротивления контактного аппарата и возможности работы при низких температурах реакционной смеси. 4. Воэможность перерабатывать в одном слое катализатора сероокись углерода и сероуглерод за счет наличия высокотемпературной реакционной зоны.