Способ окисления двуокиси серы в трехокись серы

(51) ГОСУДАРСТВЕКНЫИ КОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ Т СССРОТКРЬПИЙ ИСАНИЕ ИЗОБРЕ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ЕНИЯ ,200 мин,тем, что,повышения 2950078/23-2603.07,8023,10.88,Институтия АН СССРГ.К.Боресков, ВШ.Матрос661,257,1(088.8) меньшения рореагиров ализатора,ахмостов ри части ен попер тями. 2.(54) (57) 1. С СЕРЫ В ТРЕХОКИ ном режиме в лизатора с те в слой 20-200 Спас щи и слоя оста и вер объем 0,35.(21) (22) (46) (71) деле (72) и Ю. (53) Бюл. У 39катализа Сибирског ОСОБ ОКИСЛЕНИЯ ЛВУОКИСИСЬ СЕРЫ в нестационареподвижном слое катапературой газа на входеС и времени цикла 10,80890 личающийся целью упрощения процесса о надежности за счет емпературных градиентов вшего газа за слоем капоследний разделяют на свежую реакционную смесь подводят между этими часпо п.1, о т л и ц а юм, что, средняя часть яет 0,1-0,3 от общего хняя и нижняя части 0,45Изобретение относится к производству серной кислоты контактным способом и может быть использовано в химической нефтехимической и других обР5 ластях промьппленности для проведения гетерогенных каталитических реакций,Известен способ окисления двуокиси серы в трехокись серы, применяемый при производстве серной кислоты, в контактном аппарате с неподвижными слоями катализатора.Известный способ окисления двуокиси серы не позволяет вести режим, близкий к теоретическому оптималь 5 ному в одном слое катализатора и осуществляется в реакторах с несколькими последовательно расположенными адиабатическими слоями катализатора и промежуточным охлаждением реакционной смеси в теплообменниках между слоями. Этот способ не позволяет перерабатывать газы с высоким11 об,7) или низким 3,5 об.Х) исходным содержанием двуокиси серы, а также требуют высоких капитальных затрат на сооружение контактных узлов.Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущностии достигаемому результату является спо 30 соб окисления двуокиси серы в реакторе с неподвижньм слоем катализатора, процесс в котором ведут в нестационарном режиме с движущейся зоной реакции.Способ заключается в том, что в35 предварительно разогретый до 400- 600 оС слой катализатора подают свежую реакционную смесь с температурой 20- 200 С. Газовая смесь охлаждает слой катализатора и реагирует с выцелени 40 ем тепла, При этом тепло вытесняется из реактора в направлении скорости фильтрации газа. Для Фого, чтобы "запереть" тепло в слое и создать непрерывный и автотермический режим, на 45 правление подачи газа периодически переключают на противоположное.Известным способом можно окислятьдвуокись серы в трехокись в одном слое катализатора без традиционных теплообменников.Недостатком способа является неооходимость быстрого (в течение 5 с) изменения направления движения потоков газа с разными температурами, например 20 и 5 б 0 С, и их прохождение через быстродействующие герметичные клапана, которые работают в неолагоприятных температурных условиях. Установка стандартной (не быстродействующей) запорной арматуры вместо быстродействующих клапанов связана спроскоком непрореагировавшего газа мимо слоя катализатора в течение нескольких минут, определяемых временемоткрывания (эакрывания) задвижек сэлектроприводом.Следует также отметить, что принестационарном способе окислениятемпература газа на выходе из торцовслоя периодически повышается и пони -жается с 20 до 430 С и опять до 20 С,что требует установки теплового демпфера для сглаживания температуры газапри подаче его на абсорбцию,Пелью настоящего изобретения является упрощение процесса каталитического окисления двуокиси серы в неста.ционарном режиме и создание условийболее надежной его работы,Поставленная цель достигается тем,что слой катализатора разделяют натри части и свежую реакционную смесьподают попеременно между этими частями. При этом средняя часть слоя пообъему составляет, например 0,1-0,3обшего объема слоя, верхняя и нижняя - равны между собой, и объем каждой его части составит 0,45-0,35,Способ осуществляют следующим образом.Перед пуском катализатор нагревают до 500 С и гопеременно в верхнпйи нижний промежутки подают свежийреакционный газ с температурой 20200 С и с продолжительностью циклао10 - 200 мин. При подаче свежего газа,например в верхний промежуток,нагретый до 500 С газ разделяется и движется вверх через верхнюю и вниз черезсреднюю и нижнюю части к выходу иэслоя с двух его торцов. В верхнемпромежутке на торцах слоя катализатора возникают две зоны реакции смаксимальной температурой 590 С, которые двигаются в тех же направлениях, т,е, вверх и вниз по слою катализатора,После того, когда зона реакции смаксимальной температурой 590 С дойдет до нижнего промежутка, производятпереключение подачи свежего газа сверхнего промежутка на нижний, вследствие чего реакция продолжится надвух торцах слоя, только газ н двезоны реакции будут двигаться зниэчерез нижнюю часть слоя и вверх черезсреднюю и верхнюю части к выходу.При этом в момецт переключения подачисвежего газа возникшая в предыдущем.5полуцикле зона реакции це исчезает,т.е, еще не вышпа иэ верхней частислоя и служит своеобразным тепловымбарьером, в котором продолжает окисляться часть свежего газа, который 10в течение нескольких минут проскакивает через задвижки, производящие переключение направления потока. Инымисловами, средняя часть слоя катализатора работает в таком же режиме, что 15и прототип, а верхняя и нижняя частислоя служат для ликвидации (окисления) проскоков свежего газа, имеющие место при установке стандартныхзадвижек с электроприводом вместо 20быстродействующих клапанов (как в прототипе). Верхняя и нижняя части слоякатализатора попеременно работают впульсирующем режиме. В связи с тем,что на верхнем и нижнем торцах слоя 25катализатора температура периодическиизменяется и сдвинута по Фазе, тосуммарная температура прореагировавшего газа в выходном газоходе будетпримерно равна среднерасчетной темпе- ЗОратуре за цикл. Вследствие этого непотребуется установки дополнительноготеплового демпФера, так как создаются наиболее мягкие условия работы дляабсорбционного отделения. Такой пуль 35сирующий процесс окисления благодарятепловой емкости периодически нагреваемого и охлаждаемого катализаторауменьшает температуру реакционной смеси к выходу из слоя, тем самым обеспечивают режим, близкий к теоретическому оптимальному, который требуетуменьшения температуры с ростом степени превращения,На чертеже приведена возможнаясхема реализации предлагаемого способа, Слева от оси показано положениезон реакции а ав момент пускасвежей реакционной смеси с температурой 20-200 С. Справа от оси показаноположение тех же зон реакции а а,а спустя 10-100 миц после пуска.На предварительно разогретый до500 С слой катализатора, состоящий изверхней 1, средней 2 и нижней 3 частей, подают свежую реакционную смесьв промежуток 4 через открытую задвижку 5 (задвижка 6 закрыта), Направление движения газа показано сплошными стрелками. В результате контакта холодного газа с нагретыми зернами ката-лизатора газ нагревается до температуры начала химической реакции порядка 410 С. После чего начинается собоственно реакция, и на торцах слоя возникают две эоны реакции а, и а, которые начинают двигаться в направлении вверх и вниз к выходу из слоя с его торцов, Спустя 10-100 мин, когда зона реакции азаймет положение а - а, начинают переключать цаправлецие движения свежего газа. Задвижка 5 закрывается, а задвижка 6 открывается. В это время, которое длится несколько минут (время зависит от типа электропривода и диаметра газо- хода), через задвижки гаэ проходит по двум газоходам 7 и 8, показанным пунктирными стрелками, через слои 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 ца торцах средней 2 и нижней 3 частях слоя повторяется тот же полуцикл окисления, аналогичный лредьдущему, когда свежий газ подавали в верхциц промежуток 4 через задвижку 5. При этом в зону а, свежий газ уже не поступает, реакция в ней прекращается, и тепло иэ катализатора эа следующий полуцикл выдувается. После следующих 10-100 мин, 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),1Из рассмотрения динамики выхода зон а, и аэ с торцов слоя катализатора следует, что суммарцая температура потока в газоходе 10 эа цикл будет примерно равна средцерасчетной.П р и м е р 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,отемпература смеси 20 С, условное вре, мя контакта 12 с. Ло ввода реакцион890 б 63 ной смеси катализатор разогрет до 500 С. Установившийся цестациоцарный цикл в реакторе наступает через 5 циклов, При этом, максимальная температура в зоне реакции равна 590 С, выходная температура ца торцах слоя периодически изменяется от 50 доь420 С, а суммарная температура в выводном газоходе практически изменяется незначительно и ранца средней температуре 200 С; Длительность одного цикла равна 200 мин, Время переключения задвижек 1,5 мин, Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы в трехокисьсеры равна 98,27, что эквивалентно работе реактора с пятью последовательно расположенными а 4 иабатическими 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 конденсации паров серной кислоты.Продолжительность цикла 150 мин. Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы достигает 98,47. 6П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что процесс осуществляют при начальной концентрации двуокиси серы 1,5 и начальной 5концентрации кислорода 15 Е, остальное - азот. Средняя часть слоя составляет 0,1 общего объема, Линейная скорость реакционной смеси 0,8 м/с.Максимальная температура в зоне реакции равна 530 ОС, а выходная температура на торцах слоя периодически изменяется от 20 до 200 С (средняя температура в выходном газоходе 100 С). Длительность одного цикла равна 130 мин. Средняя за цикл степень превращения двуокиси серы равна 98 Х. Таким образом, предлагаемый способокисления двуокиси серы в трехокись серы позволяет проводить процесс в слое катализатора в нестационарном режиме непрерывно с высокими степенями превращения (без проскоков непро реагировавшего газа) с применениемстандартной запорной арматуры, а так - же позволяет значительно снизить температурные градиентыпрореагировавшего газа и приблизиться к его температуре, равной среднерасчетцой эа цикл..Сердюкова Корректор Л,Патай Сильняги ех едакт каэ 489 иэводственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 44 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 035, Москва, Ж, РаушсПодписномитета СССРоткрытийая наб д. 4/5