способ получения серной кислоты

Формула изобретения

Способ получения серной кислоты, включающий предварительную осушку газа, содержащего SO₂, окисление SO₂ в контактном аппарате в нестационарном режиме с попеременным изменением направления газового потока, поступающего в слой катализатора, и последующую абсорбцию SO₃ серной кислотой с выводом готового продукта, отличающийся тем, что на абсорбцию подают окисленный газ, содержащий 0,6 - 1,2 г/нм³ паров серной кислоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения серной кислоты контактным методом, которую используют в производстве минеральных удобрений или в любых других химических производствах.

Известен и широко распространен способ получения серной кислоты, включающий мокрую очистку газов от остатков пыли и парообразных и газообразных примесей, осушку газов до содержания остаточной влаги не более 0,01% об., окисление SO₂ в SO₃ в контактном аппарате и поглощение SO₃ серной кислотой в абсорбционном отделении с выпуском готовой продукции.

(Б. Т. Васильев, М.И.Отвагина. Технология серной кислоты., М., "Химия", 1985, с. 128).

Недостатком указанного способа является невозможность автотермичного окисления газов, содержащих менее 3% об. SO₂, а также высокая удельная поверхность теплообменной аппаратуры, используемой для подогрева газа в контактном отделении.

Эти недостатки устранены в другом наиболее близком к описываемому по технической сущности и достигаемому результату известном способе получения серной кислоты, включающем предварительную осушку газа, содержащего SO₂, окисление последнего в контактном аппарате в нестационарном режиме с попеременным изменением направления газового потока поступающего в слой катализатора и последующую абсорбцию SO₃ серной кислотой с выводом готовой продукции. Данный способ может быть выполнен как по схеме с одинарным контактированием, так и с двойным.

Нестационарный способ позволяет перерабатывать отходящие газы с концентрацией SO₂ менее 3% (0,6-3%) в серную кислоту, используя простейший вариант технологической схемы.

По этому способу осушенный газ подают в контактный аппарат, в котором слой катализатора разделен на два полуслоя с расположенным между ними теплообменником для утилизации тепла. Подачу газа ведут попеременно, подавая его то сверху, то снизу, а после проведения окисления SO₂ в SO₃ последний подают в абсорбционное отделение для поглощения его серной кислотой.

Вышеописанный способ имеет следующий недостаток. При нормальной осушке газов их температура перед газодувкой не превышает 40^oC, а после газодувки 60-70^oC. При подаче холодного газа в аппарат нестационарного окисления в первой по ходу газа части слоя может происходить конденсация паров H₂SO₄ с образованием 100% H₂SO₄ или олеума. При изменении направления и повышении температуры в этой части слоя происходит испарение ранее сконденсировавшейся кислоты и, как следствие увеличение содержания паров H₂SO₄ перед абсорбционным отделением, что приводит к повышенному туманообразованию в абсорбционном отделении (1,5 г/нм³).

(Труды НИУИФ, Вып. 251, М., 1988, с. 46-47. Исследования по интенсификации процессов получения серной кислоты.).

Нами поставлена задача создать способ получения серной кислоты в нестационарном режиме с попеременной подачей газа в слой катализатора, который позволит существенно снизить выделение тумана серной кислоты, что позволит сделать процесс стабильным и практически ликвидировать коррозию оборудования, а также избежать залповых выбросов тумана серной кислоты в атмосферу. Задача решена в предложенном способе получения серной кислоты, включающем предварительную осушку газа, содержащего SO₂, окисление последнего в контактном аппарате в нестационарном режиме с попеременным изменением направления газового потока в слое катализатора, последующую абсорбцию SO₃ серной кислотой и вывод готового продукта тем, что на абсорбцию подают газ, содержащий 0,6-1,2 г/нм³ паров серной кислоты. Данный способ может быть осуществлен по нескольким вариантам технологической схемы. Схема выбирается в зависимости от условий конкретного производства.

Осушенный газ перед подачей в слой катализатора контактного аппарата нагревают до температуры выше точки росы паров серной кислоты в теплообменнике, который ставят либо до контактного аппарата, либо после него. Возможно также газы, выходящие из контактного аппарата, очищать от паров серной кислоты путем их резкого охлаждения с конденсацией большей части паров и улавливанием образующегося тумана в волокнистом фильтре.

Сущность способа заключается в следующем.

Для того, чтобы не образовывалось повышенное содержание тумана серной кислоты на абсорбцию необходимо подавать газы со строго определенным содержанием паров серной кислоты. Это содержание составляет 0,6-1,2 г/нм³ и варьируется внутри интервала в зависимости от степени осушки газа. При увеличении необходимого содержания паров серной кислоты образуется увеличенное количество тумана в абсорбционном отделении, что существенно ухудшает условия работы способа. Уменьшение содержания серной кислоты в газах ниже 0,6 г/нм³ требует дополнительных узлов осушки газа, что усложняет и удорожает технологическую схему производства.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Исходная газовая смесь, содержащая после осушки 3,5% об. SO₂, 10% об. O₂ и 0,01% об. H₂O в количестве 30000 нм³/час с температурой 60^oC поступает в теплообменник, расположенный между двумя полуслоями катализатора контактного аппарата, где нагревается до температуры 105^oC, а затем подается в первый по ходу газа слой катализатора, где происходит конверсия SO₂ в SO₃. Газовая смесь после катализатора содержит SO₃ 2,8% об., 0,6 г/нм³ паров H₂SO₄, 8,7% об. O₂, SO₂ - 0,35% об. Газовая смесь поступает на абсорбцию, где образуется готовая продукция в количестве 3,9 т/час концентрацией 93%. При этом содержание тумана серной кислоты не превышает 0,25 г/нм³.

Пример 2. Исходная газовая смесь после предварительной осушки, содержащая 2% об. SO₂, 8% O₂, 0,015% об. H₂O в количестве 60000 нм³/час с температурой 70^oC поступает в теплообменник, установленный до контактного аппарата, где нагревается газами, выходящими из контактного аппарата, до температуры 115^oC и поступает в первый по ходу газа слой катализатора, где происходит конверсия SO₂ в SO₃. Газовая смесь после катализатора содержит SO₃ - 1,9% об. , 0,9 г/нм³ паров H₂SO₄, 7,1% об. O₂, SO₂ - 0,1% об. Газовая смесь поступает на абсорбцию, где образуется готовая продукция концентрацией 98% в количестве 4,3 т/час. При этом содержание тумана H₂SO₄ составляет 0,3 г/нм³.

Пример 3. Исходная газовая смесь после предварительной сушки, содержащая 1,5% об. SO₂, 12% об. O₂ и 0,02% об. H₂O в количестве 40000 нм³/час с температурой 70^oC, поступает в первый по ходу газа слой катализатора контактного аппарата, где нагревается до температуры реакции окисления SO₂ в SO₃. В результате образуется газовая смесь, содержащая 1,45% об. SO₃, 0,05% об. SO₂, 2 г/нм³ паров H₂SO₄, 11,3% об. O₂. Газовая смесь поступает в расположенный после контактного аппарата конденсатор, охлаждаемый водой, с последующим улавливанием образующегося тумана H₂SO₄ волокнистым фильтром до содержания его 1,2 нм³/час в газе. Далее полученный газ поступает на абсорбцию, где образуется готовый продукт концентрацией 98% в количестве 2,4 т/час. При этом содержание тумана серной кислоты составляет 0,1 г/нм³.

Использование предложенного способа позволит эффективно применять метод нестационарного окисления для производства серной кислоты без образования залповых выбросов тумана серной кислоты.