КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ СЕРЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ

2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
K
2
3
Полезная модель контактного аппарата для окисления SO в SO при утилизации низкоконцентрированных сернистых газов может быть использована в сернокислотном производстве, перерабатывающим отходящие газы предприятий цветной металлургии. Известны контактные аппараты, имеющие несколько слоев катализатора, которые применяются при переработке низкоконцентрированных сернистых газов с использованием ввода дополнительного тепла из вне для обеспечения автотермичности проведения процесса конверсии SO в SO, что, естественно, снижает технико-экономические показатели работы сернокислотного производства в целом. Известно, что на ряде предприятий цветной металлургии (Медногорском медно-серном комбинате, комбинате «Печенга-никель» и др.) был внедрен в промышленное сернокислотное производство способ окисления SO в SO в нестационарных условиях, разработанный в институте катализа СО РАН (Боресков Г.К., Матрос Ю.Ш. Нестационарный способ производства серной кислоты из отходящих металлургических газов, Цветные металлы, и 1984 г., №2, стр. 28-31). Наряду с определенными преимуществами данного способа по сравнению с классическим способом окисления SO в SO в неизменных условиях, недостатком известного способа конверсии SO в SO в нестационарном режиме, проводимом при периодическом изменении направления подачи исходного сернистого газа на слой катализатора, является выход непрореагировавшего газа в атмосферу в конце каждого полуцикла. Действительно, в конце каждого полуцикла, при достижении вследствие своего перемещения по слою катализатора теплового фронта - зоны реакции нижней (или верхней) части слоя катализатора, объем контактного аппарата, находящийся над (или под) тепловым фронтом - зоной реакции, заполнен непрореагировавшим сернистым газом, который в следующем полуцикле, после изменения направления подачи газа в реактор, вытесняется из реактора в атмосферу, что естественно, ведет к существенному снижению степени превращения SO в SO до X=90-92%. Наиболее близким по технической сущности заявляемой полезной модели является контактный аппарат по авт.св. №1729566, обеспечивающий проведение конверсии SO в SO одновременно в нескольких тепловых фронтах - зонах реакции, работающих в нестационарных условиях и движущихся в слое катализатора в неизменном направлении.
2
3
2
3
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель контактного аппарата, является сокращение наружной поверхности контактного аппарата за счет уменьшения его высоты, что, естественно, обуславливает уменьшение теплопотерь в окружающую среду и позволяет обеспечить автотермичность и устойчивость проведения процесса конверсии SO в SO при переработке низкоконцентрированных сернистых газов, а также снижение капитальных затрат на изготовление контактного аппарата за счет сокращения металло- и материалоемкости его. Поставленная задача решена следующим образом. В контактном аппарате для окисления SO в SO размещается один общий узел, объединяющий распределитель исходного сернистого газа и сборник прореагировавшего газа - распределитель газа, состоящий из пластин, полностью перекрывающих сечение аппарата, между которыми расположены концентрически установленные перегородки, образующие кольцевые каналы, против каналов в днище и крышке имеются отверстия для входа исходного сернистого газа в слой катализатора и выхода прореагировавшего газа из слоя катализатора, при этом между крышкой распределителя и днищем кольцевого объема, заполненного катализатором, установлена вертикальная кольцевая сплошная перегородка, отделяющая вход исходного сернистого газа в слой катализатора от выхода прореагировавшего газа из слоя катализатора, причем в днище кольцевого объема, заполненного катализатором, имеются отверстия для входа исходного газа в слой катализатора и выхода прореагировавшего газа из слоя катализатора. На фиг. 1 представлен контактный аппарат общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А; на фиг. 3 - разрез Б-Б; на фиг. 4 - разрез В-В; на фиг. 5 - разрез Г-Г. Контактный аппарат содержит корпус 1 с крышкой и днищем, центральную колонну 2, подводящие исходный сернистый газ газоходы 3 с клапанами на них, распределитель газа 4, объединяющий распределитель исходного газа и сборник прореагировавшего газа в один общий узел и состоящий из двух горизонтально расположенных пластин, полностью перекрывающих сечение аппарата, и размещенных между ними концентрически установленных перегородок, образующих кольцевые каналы. В крышке и днище распределителя газа имеются отверстия для входа исходного сернистого газа в слой катализатора и выхода прореагировавшего газа из слоя катализатора.
Кольцевой объем 5, образованный коаксиально расположенным цилиндром и корпусом аппарата 1, заполнен катализатором. Сечение аппарата между корпусом 1 и центральной колонной 2 на уровне верха кольцевого объема 5, заполненного катализатором, перекрыто сплошным листом 6. Между крышкой распределителя газа 4 и листом 6 установлены вертикальные ребра 7, образующие каналы для подвода исходного газа к кольцевому объему 5, заполненному катализатором, и отводу прореагировавшего газа из слоя катализатора. Кольцевой объем, заполненный катализатором, разделен на несколько секторов попарно установленными радиальными перегородками, одни из которых 8 имеют перфорацию, а другие 9 - сплошные, при этом параллельно перфорированным перегородкам 8 размещены дополнительные перфорированные перегородки 10. Между крышкой распределителя газа 4 и днищем кольцевого объема 5, заполненного катализатором, установлена вертикальная кольцевая сплошная перегородка 11, отделяющая вход исходного сернистого газа в слой катализатора от выхода прореагировавшего газа из слоя катализатора, причем в днище кольцевого объема 5, заполненного катализатором, имеются отверстия для входа исходного сернистого газа в слой катализатора и выхода прореагировавшего газа из слоя катализатора. Газоходы 12 и 14 с клапанами на них, отводящие прореагировавший газ на абсорбцию, соединены с газоходами 3, подводящими исходный сернистый газ, переточными газоходами 13 с установленными на них клапанами.
2
3
2
3
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 газа 4, откуда через несколько отверстий в крышке распределителя газ поступает в соответствующие вертикальные каналы, образованные вертикальными ребрами 7. Из вертикальных каналов реакционная газовая смесь благодаря наличию листу 6, перекрывающему сечение аппарата между корпусом 1 и центральной колонной 2 на уровне верха кольцевого объема 5, заполненного катализатором, направляется в проходы для ввода реакционной смеси в слой катализатора, образованные попарно установленными радиальными перегородками 8 и 9, из которых через перфорацию на радиальных перегородках 8 входит одновременно в несколько соответствующих секторов кольцевого объема 5, заполненного катализатором. Исходный сернистый газ нагревается до температуры, достаточной для протекания реакции окисления SO в SO 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 секторы с катализатором и через отверстия в днище полых камер этих секторов, образованных сплошными перегородками 9 и перфорированными перегородками 10, выходит в соответствующие вертикальные каналы, образованные вертикальными ребрами 7, при этом с целью исключения вероятности смешения потока исходного сернистого газа, поступающего в кольцевой объем 5, заполненный катализатором, для прохождения процесса окисления SO в SO и прореагировавшего газа, выходящего из соответствующих секторов с катализатором, в аппарате установлена вертикальная сплошная кольцевая перегородка 11, разделяющая данные потоки газа и размещенная по высоте между крышкой распределителя газа 4 и днищем кольцевого объема 5, заполненного катализатором. Из вертикальных каналов, образованных вертикальными ребрами 7, входит в распределитель газа 4 через отверстия в его крышке и поступает в соответствующий кольцевой канал, в котором происходит смешение газовых потоков, выходящих из нескольких тепловых фронтов - зон реакции. При этом идет усреднение температурных неоднородностей в общем потоке реакционной смеси. Газовоздушная смесь через отверстия в днище сборника газа 4 входит в газоход 12 и, поскольку на газоходе 14 в этом цикле работы реактора клапан закрыт, направляется по переточному газоходу 13 в свободный от исходного сернистого газа газоход 3, затем входит в кольцевой канал распределителя газа 4, из которого поступает в несколько последующих радиальных секторов с катализатором с одними и теми же значениями величины температуры газа в любой момент времени цикла, что обуславливает идентичное формирование в этих секторах с катализатором тепловых фронтов - зон реакции. Пройдя вторые по ходу газа радиальные секторы с катализатором, прореагировавший газ входит во второй кольцевой канал сборника газа 4 и через газоход 12 и газоход 14 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 с катализатором, производится переключение подачи исходного сернистого газа во 2-е радиальные секторы с катализатором путем одновременного автоматического переключения клапанов на подводящих исходный газ на газоходах 3 и на отводящих прореагировавшую газовую смесь газоходах 14, а также переточных газоходах 13. Теперь тепловые фронты - зоны реакции вытесняются из 2-х радиальных секторов с катализатором в 1-е радиальные секторы и в момент времени, когда тепловые фронты - зоны реакции вновь перейдут в 1-е радиальные секторы с катализатором, производится переключение подачи исходного сернистого газа на 1-е сектора с катализатором. Таким образом осуществляется непрерывное движение одновременно нескольких тепловых фронтов - зон реакции, работающих в нестационарном режиме, в неизменном направлении в торроидальном слое катализатора.