СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАННОЙ КИСЛОТЫ ПОСЛЕ АЛКИЛИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ УКАЗАННОГО СПОСОБА
METHOD OF TREATING SPENT ACID AFTER ALKYLATION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно заявке на патент Китая CN 201510336773.1, озаглавленной "Устройство и способ обработки отработанной кислоты после алкилирования" и поданной 17 июня 2015 года, заявке на патент Китая CN 201510337548.Х, озаглавленной "Способ обработки отработанной кислоты после алкилирования с помощью устройства для серы" и поданной 17 июня 2015 года, заявке на патент Китая CN 201520419155.9, озаглавленной "Автоматический механизм возврата уплотнения" и поданной 17 июня 2015 года, и заявке на патент Китая CN 201520420120.6, озаглавленной "Пистолет-распылитель для отработанной кислоты после алкилирования, применяемый в устройстве для регенерации серы и устройство для регенерации серы" и поданной 17 июня 2015 года, полное содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
Настоящее описание относится к области химической промышленности и, в частности, к устройству для обработки отработанной кислоты после алкилирования. Настоящее описание дополнительно относится к способу обработки отработанной кислоты после алкилирования с применением указанного устройства.
Уровень техники
В области химической промышленности алкилирование относится к реакции между изобутаном и олефином при каталитическом действии сильной кислоты с получением алкилата. Алкилат не содержит серы, ароматических соединений или олефинов и обладает низкой чувствительностью и превосходной чистотой сгорания, поэтому он представляет собой идеальный компонент смешения для авиационного бензина и бензина для двигателей. Значение алкилирования становится все более выраженным при острой необходимости в повышении качества бензина и растущих требованиях к защите окружающей среды.
Процесс алкилирования с серной кислотой на нефтеперерабатывающих заводах Китая проводят обычно с применением концентрированной серной кислоты в качестве катализатора. В таком способе на каждую тонну получаемого алкилата образуется от 80 до 100 кг отработанной кислоты после алкилирования. Отработанная кислота после алкилирования (для краткости, отработанная кислота) представляет собой продукт от черного до красного цвета, дымит и с трудом поддается обработке, и, следовательно, может вызывать серьезное загрязнение окружающей среды при непосредственной утилизации. Поэтому усовершенствование алкилирования с серной кислотой тесно связано с вопросом надлежащей обработки отработанной кислоты.
В настоящее время общепринятые подходы к обработке отработанной кислоты после алкилирования, главным образом, включают: (1) производство промышленной серной кислоты посредством высокотемпературного пиролиза, (2) производство белой сажи и (3) производство сульфата аммония. Однако у каждого из указанных подходов есть свои недостатки. Например, при производстве промышленной серной кислоты посредством высокотемпературного пиролиза распылительная насадка для отработанной кислоты легко подвергается засорению и, следовательно, нуждается в частой очистке, что ухудшает стабильную эксплуатацию устройства. И большое количество промышленных сточных вод образуется в процессе производства белой сажи, которое имеет относительно небольшую производительность. Что касается производства сульфата аммония, то полимеризованные масла, выделяемые в указанном процессе, нуждаются в дополнительной обработке и, следовательно, на практике необходимы также другие обрабатывающие устройства. Кроме того, продукты указанного процесса, такие как сульфат аммония и фосфатные удобрения, имеют низкое качество.
Сущность изобретения
Для решения указанной выше проблемы в настоящем описании предложен способ обработки отработанной кислоты после алкилирования. Способ согласно настоящему описанию может быть использован для эффективного осуществления безопасной обработки отработанной кислоты после алкилирования и для получения элементарного вещества серы с дополнительной стоимостью. В настоящем описании дополнительно предложено устройство для осуществления способа обработки отработанной кислоты после алкилирования.
В соответствии с первым аспектом настоящего описания предложен способ обработки отработанной кислоты после алкилирования, включающий следующие стадии:
стадия I: сжигание восстановительных кислотных газов и отработанной кислоты после алкилирования в атмосфере, содержащей кислород, с получением сернистых хвостовых газов;
стадия II: понижение температуры сернистых хвостовых газов для охлаждения газообразного элементарного вещества серы, содержащегося в сернистых хвостовых газах, до жидкого элементарного вещества серы и выделение из них указанного жидкого элементарного вещества серы; и
стадия III: превращение серосодержащих соединений, содержащихся в газах, полученных на стадии II, в элементарное вещество серу и выделение указанного элементарного вещества серы из газов.
В соответствии со способом согласно настоящему описанию, при обработке отработанной кислоты может быть одновременно обработано полимеризованное масло, содержащееся в ней, и указанный подход исключает вторичное загрязнение. Таким образом, нет необходимости в предварительной обработке отработанной кислоты до ее обработки. Это существенно упрощает процесс обработки отработанной кислоты после алкилирования и может обеспечивать получение серы с дополнительной стоимостью, способствуя увеличению экономической выгоды.
В одном из вариантов реализации, на стадии I, восстановительные кислотные газы представляют собой инертные газы, содержащие сероводород. Таким образом, способ согласно настоящему описанию и известный способ регенерации серы могут быть выгодно комбинированы для достижения цели, заключающейся в регенерации серы. В течение всего процесса обработки отработанной кислоты не происходит вторичное загрязнение.
В одном из вариантов реализации, в пересчете на объем, восстановительные кислотные газы содержат 55-80% сероводорода, при этом остальное составляет азот и/или диоксид углерода; и в пересчете на массу, отработанная кислота содержит 80-95% серной кислоты, 5-20% органических соединений и 0-15% воды.
В одном из вариантов реализации, на стадии I, восстановительные кислотные газы, отработанную кислоту после алкилирования и воздух подают в горелку для сжигания с соотношением входящего потока (0-0,4):1:(1,7-2,1) и при температуре от 900 до 1400°C.
2
2
3
2
В одном из вариантов реализации сернистые хвостовые газы содержат HS, SO, SO, пар органической серы, газообразное элементарное вещество серу, СО и пары воды.
2
2
2
3
В одном из вариантов реализации, на стадии III, SO, HS и органическую серу, которые входят в состав серосодержащих соединений, превращают в элементарное вещество серу, и SO, получаемый при разложении SO, также превращают в элементарное вещество серу.
В одном из вариантов реализации сернистые хвостовые газы последовательно пропускают через конденсатор серы и группу конвертеров, соединенную с конденсатором серы. Конденсатор серы используют для охлаждения газообразного элементарного вещества серы в сернистых хвостовых газах до жидкого элементарного вещества серы; а группу конвертеров используют для превращения серосодержащих соединений, содержащихся в газах, выходящих из конденсатора серы, в элементарное вещество серу. В одном из вариантов реализации сернистые хвостовые газы, после охлаждения до температуры в диапазоне от 280 до 380°C, подают в конденсатор серы и охлаждают до температуры в диапазоне от 150 до 170°C.
2
2
3
2
2
2
2
3
2
2
В одном из вариантов реализации группа конвертеров содержит конвертер первой ступени и вторичный конвертер. Конвертер первой ступени заполнен катализатором, содержащим оксид молибдена и/или оксид никеля в качестве активного компонента, при этом первый слой катализатора для регенерации серы содержит оксид алюминия в качестве активного компонента, и второй слой катализатора для регенерации серы содержит TiO и AlO в качестве активных компонентов и соль железа и/или силикат в качестве добавки. Вторичный конвертер заполнен первым слоем катализатора для регенерации серы, который используют для превращения SO, HS и органической серы, содержащихся в хвостовых газах, в элементарное вещество серу. Второй слой катализатора для регенерации серы используют для превращения SO, HS и органической серы в элементарное вещество серу и для разложения SO до SO и O.
В одном из вариантов реализации конвертер первой ступени эксплуатируют при температуре в диапазоне от 280 до 320°C, а вторичный конвертер эксплуатируют при температуре в диапазоне от 240 до 260°C.
В соответствии со вторым аспектом настоящего описания предложено устройство для осуществления описанного выше способа обработки отработанной кислоты после алкилирования, содержащее: узел сжигания, содержащий горелку и пистолет-распылитель отработанной кислоты, соединенный с горелкой, и узел выделения серы, расположенный после горелки и соединенный с горелкой. Пистолет-распылитель отработанной кислоты имеет распылительную насадку и корпус пистолета, имеющий входное отверстие для отработанной кислоты вдоль первого направления и входное отверстие для воздуха вдоль второго направления, пересекающегося с первым направлением. Устройство выполнено с возможностью сжигания отработанной кислоты в горелке в восстановительной кислотной атмосфере с образованием сернистых хвостовых газов, из которых серу выделяют в форме элементарного вещества серы с помощью узла для выделения серы.
В соответствии с устройством согласно настоящему описанию, входное отверстие для отработанной кислоты и входное отверстие для воздуха обеспечены в пистолете-распылителе отработанной кислоты в пересекающихся направлениях. Это обеспечивает возможность столкновения потоков воздуха и отработанной кислоты в корпусе пистолета, тем самым обеспечивая полное предварительное смешивание воздуха и отработанной кислоты с образованием жидкой смеси газа-жидкости. Указанная смешанная жидкость может обеспечивать возможность полного сжигания отработанной кислоты, предотвращая образование кислотного тумана в следующем узле выделения кислоты и предотвращая повреждение узла для выделения серы под действием кислотного тумана. Кроме того, в соответствии с устройством согласно настоящему описанию, при обработке отработанной кислоты может быть одновременно обработано полимеризованное масло, содержащееся в ней, и указанный подход исключает вторичное загрязнение. Это существенно упрощает процесс обработки отработанной кислоты после алкилирования и может обеспечивать получение серы с дополнительной стоимостью, способствуя увеличению экономической выгоды.
В одном из вариантов реализации в верхней части горелки обеспечено входное отверстие для восстановительных кислотных газов. Предпочтительно, восстановительные кислотные газы относятся к инертным газам, содержащим сероводород. В таком случае устройство согласно настоящему описанию может быть напрямую выгодно комбинировано с известным устройством для регенерации серы, при отсутствии необходимости в установке отдельных устройств для генерации сероводорода, что существенно снижает капитальные вложения в устройства и упрощает конструкцию устройств. Кроме того, даже при необходимости замены пистолета-распылителя отработанной кислоты необходимо лишь временно остановить подачу отработанной кислоты. Это не влияет на нормальную подачу сероводорода, существенно улучшая нормальное производство серы с помощью указанного устройства.
В одном из вариантов реализации внутри корпуса пистолета обеспечен элемент, увеличивающий скорость, расположенный после входного отверстия для отработанной кислоты и входного отверстия для воздуха. Элемент, увеличивающий скорость, может дополнительно ускорять поток жидкой смеси газа-жидкости. После поступления жидкой смеси газа-жидкости через распылительную насадку в горелку происходит ее полное распыление, и указанная смесь достигает максимальной скорости потока. В результате почти вся отработанная кислота подвергается расщеплению в горелке, а не в распылительной насадке пистолета-распылителя, что существенно снижает вероятность возникновения закупоривающего нагара в распылительном пистолете (или в распылительной насадке). Кроме того, даже при появлении небольшого количества частиц нагара в распылительной насадке, жидкая смесь газа-жидкости, двигающаяся с высокой скоростью, сдувает их, дополнительно снижая вероятность возникновения закупоривающего нагара в пистолете-распылителе. Кроме того, жидкая смесь газа-жидкости, двигающаяся с высокой скоростью, после поступления через распылительную насадку в горелку подвергается полному распылению. Это может заметно увеличивать степень расщепления отработанной кислоты в горелке, способствуя эффективной обработке отработанной кислоты.
В одном из вариантов реализации первое направление относится либо к аксиальному, либо к радиальному направлению корпуса пистолета, а второе направление перпендикулярно первому направлению. Следовательно, воздух может перпендикулярно пересекать поток отработанной кислоты в корпусе пистолета, тем самым обеспечивая надлежащее смешивание потоков и образуя жидкую смесь газа-жидкости.
В другом варианте реализации среди первого направления и второго направления одно из направлений относится к аксиальному направлению корпуса пистолета, а другое означает касательное направление периферической боковой стенки корпуса пистолета. Таким образом, в корпусе пистолета может происходить не только столкновение и смешивание воздуха и отработанной кислоты, но и вращение жидкой смеси газа-жидкости, образованной из них, что дополнительно усиливает эффект смешивания и способствует последующему распылению жидкой смеси газа-жидкости.
В одном из вариантов реализации элемент, увеличивающий скорость, представляет собой турбулизатор. В одном конкретном варианте реализации турбулизатор содержит направляющую трубу и множество направляющих лопаток, расположенных по окружности на внешней стенке направляющей трубы, при этом множество направляющих лопаток соединены с внутренней стенкой корпуса пистолета. Направляющие лопатки обеспечивают возможность вращения вышеупомянутой жидкой смеси газа-жидкости, тогда как направляющая труба может обеспечивать ускорение жидкой смеси газа-жидкости. Таким образом, жидкая смесь газа-жидкости может образовывать вихрь, движущийся с высокой скоростью, что весьма благоприятно для улучшения эффекта распыления и снижения образования нагара на пистолете-распылителе.
Предпочтительно, множество направляющих лопаток расположены в передней по ходу концевой части направляющей трубы и аксиально выступают за переднюю по ходу концевую часть. Направляющие лопатки, расположенные таким образом, обеспечивают возможность вращения жидкой смеси газа-жидкости до достижения направляющей трубы и беспрепятственного полного протекания через направляющую трубу, тем самым предотвращая накопления стоячей жидкой смеси газа-жидкости в передней по ходу концевой области направляющей трубы. Это может иметь преимущество для улучшения эффективности обработки отработанной кислоты и увеличения срока службы устройства.
В одном из вариантов реализации боковая стенка горелки выполнена с отверстием и оснащена соединительной трубой, окружающей указанное отверстие, а пистолет-распылитель отработанной кислоты герметично вмонтирован в соединительную трубу, при этом распылительная насадка вставлена в указанное отверстие. В такой конструкции соединительная труба может устойчиво поддерживать пистолет-распылитель отработанной кислоты, способствуя стабильной эксплуатации устройства. Кроме того, позиционирующая функция соединительной трубы может облегчать монтаж или замену пистолета-распылителя отработанной кислоты.
В одном из вариантов реализации соединительная труба содержит внешнюю трубу, соединенную с боковой стенкой горелки, и внутреннюю трубу, отстоящую от боковой стенки горелки. Передняя по ходу концевая часть внешней трубы герметично соединена с передней по ходу концевой частью внутренней трубы, и внутренняя труба соответствует отверстию. Внутри внешней трубы обеспечен подвижный самозакрывающийся затворный элемент, который может закрывать внутреннюю трубу, а распылительная насадка проходит через внутреннюю трубу и выталкивает затворный элемент, входя в отверстие. В соответствии с такой конструкцией, при снятии пистолета-распылителя отработанной кислоты во время его замены, затворный элемент автоматически закрывает внутреннюю трубу, тем самым предотвращая утечку газов из горелки и улучшая степень безопасности эксплуатации устройства. В одном конкретном варианте реализации затворный элемент содержит две симметрично расположенные дверцы, каждая из которых соединена с обратным роликом дверцы, установленным на внешней трубе с помощью соответствующего соединительного стержня. Более предпочтительно, каждая дверца содержит жесткий главный корпус и гибкий уплотнительный элемент, поддерживаемый главным корпусом. С помощью гибкого уплотнительного элемента может быть гарантированно предотвращено вытекание из горелки независимо от того, оснащена ли соединительная труба пистолетом-распылителем, или пистолет-распылитель снят, что дополнительно улучшает степень безопасности эксплуатации устройства.
В одном из вариантов реализации узел выделения серы содержит конденсатор серы, соединенный с горелкой, и группу конвертеров, соединенную с конденсатором серы. Конденсатор серы выполнен с возможностью охлаждения газообразного элементарного вещества серы в сернистых хвостовых газах до жидкого элементарного вещества серы и выделения указанного жидкого элементарного вещества серы, при этом группа конвертеров выполнена с возможностью превращения серосодержащих соединений, содержащихся в газах, выходящих из конденсатора серы, в элементарное вещество серу и выделения указанного элементарного вещества серы. Такой узел выделения серы может быть установлен для снижения содержания серы, содержащейся в хвостовых газах. Это не только предотвращает вторичное загрязнение, которое в противном случае происходит за счет серы, но и увеличивает выход серы, улучшая экономическую выгоду. Кроме того, конденсатор серы и группу конвертеров эксплуатируют независимо друг от друга, что имеет преимущество для максимизации их функции. В частности, конденсатор серы располагают до группы конвертеров для предотвращения попадания элементарного вещества серы, содержащегося в хвостовых газах, в группу конвертеров и блокирования группы конвертеров. Это способствует стабильной эксплуатации устройства.
2
2
2
2
3
2
2
В одном из вариантов реализации группа конвертеров содержит конвертер первой ступени и вторичный конвертер, установленный последовательно после конвертера первой ступени. Конвертер первой ступени последовательно наполнен слоем катализатора и распределительным слоем, поддерживающим слой катализатора, при этом слой катализатора содержит защитный слой катализатора, первый слой катализатора для регенерации серы и второй слой катализатора для регенерации серы. Вторичный конвертер наполнен слоем катализатора, состоящим из первого слоя катализатора для регенерации серы и распределительного слоя, поддерживающего слой катализатора, расположенных последовательно. Защитный слой катализатора используют для удаления органических примесей и твердых примесей, не содержащих серы, из сернистых хвостовых газов; первый слой катализатора для регенерации серы используют для превращения SO, HS и органической серы в элементарное вещество серу; и второй слой катализатора для регенерации серы используют для превращения SO, HS и органической серы в элементарное вещество серу, а также для разложения SO до SO и О. Конвертер первой ступени выполнен с возможностью обеспечения последовательного прохождения газов из конденсатора серы через защитный слой катализатора, первый слой катализатора для регенерации серы, второй слой катализатора для регенерации серы и распределительный слой. Вторичный конвертер выполнен с возможностью обеспечения последовательного прохождения газов из конвертера первой ступени через первый слой катализатора для регенерации серы и распределительный слой.
2
2
3
В одном из вариантов реализации активные компоненты защитного слоя катализатора, первого слоя катализатора для регенерации серы и второго слоя катализатора для регенерации серы представляют собой оксид молибдена и/или оксид никеля, оксид алюминия, TiO и AlO с солью железа и/или силикатом в качестве добавки, соответственно, а распределительный слой образован из фарфоровых шариков и металлической сетки. В конвертере первой ступени защитный слой катализатора, первый слой катализатора для регенерации серы и второй слой катализатора для регенерации серы составляют 5-30%, 0-90% и 5-95% по объему слоя катализатора, соответственно.
В настоящем описании термины «передний по ходу» и «задний по ходу» используют в отношении направлений потока отработанной кислоты и продуктов, получаемых из нее.
В сравнении с известным уровнем техники, настоящее описание имеет следующие преимущества. Прежде всего, в соответствии со способом согласно настоящему описанию, при обработке отработанной кислоты может быть одновременно обработано полимеризованное масло, содержащееся в ней, и указанный подход исключает вторичное загрязнение. Следовательно, нет необходимости в предварительной обработке отработанной кислоты до ее обработки, что существенно упрощает процедуру обработки отработанной кислоты после алкилирования. Кроме того, способ согласно настоящему описанию может быть использован для получения серы с дополнительной стоимостью, что способствует улучшению экономической выгоды. Кроме того, устройство согласно настоящему описанию может быть напрямую выгодно комбинировано с известным устройством для регенерации серы, при отсутствии необходимости в установке отдельных устройств для регенерации отработанной кислоты, что существенно снижает капитальные затраты в устройства и упрощает конструкцию устройств.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение подробно описано в сочетании с вариантами реализации и сопроводительными чертежами, на которых:
На фиг. 1 схематически изображена конструкция устройства для обработки отработанной кислоты после алкилирования в соответствии с настоящим описанием;
На фиг. 2 схематически изображена конструкция пистолета-распылителя отработанной кислоты в соответствии с настоящим описанием;
На фиг. 3 представлен вид сбоку турбулизатора пистолета-распылителя отработанной кислоты;
На фиг. 4 представлен вид сверху турбулизатора пистолета-распылителя отработанной кислоты;
На фиг. 5 схематически изображена конструкция соединительной трубы, смонтированной с горелкой, в соответствии с настоящим описанием;
На фиг. 6 представлен вид сверху соединительной трубы;
На фиг. 7 схематически изображена конструкция затворного элемента соединительной трубы;
На фиг. 8 схематически изображена конструкция конвертера первой ступени в соответствии с настоящим описанием;
На фиг. 9 схематически изображена конструкция вторичного конвертера в соответствии с настоящим описанием; и
На фиг. 10 схематически изображено положение, в котором пистолет-распылитель отработанной кислоты и соединительная труба соединены друг с другом.
Одинаковые элементы на чертежах показаны одинаковыми условными обозначениями. Представленные чертежи не соответствуют реальному масштабу.
Подробное описание вариантов реализации изобретения
Настоящее описание дополнительно разъяснено в сочетании с сопроводительными чертежами.
На фиг. 1 схематически изображена конструкция устройства 100 для обработки отработанной кислоты после алкилирования в соответствии с настоящим описанием. Как показано на фиг. 1, устройство 100 может содержать узел 101 сжигания и узел 102 выделения серы, который расположен после узла 101 сжигания и соединен с узлом 101 сжигания. При эксплуатации устройства 100 происходит сжигание отработанной кислоты в узле 101 сжигания в окислительной кислотной атмосфере с образованием сернистых хвостовых газов 103. При движении сернистых хвостовых газов 103 через узел 102 выделения серы сера, содержащаяся в них, может быть выделена из них в форме элементарного вещества серы.
Узел 101 сжигания содержит горелку 1, которая может быть выбрана как печь для сжигания, известная в области регенерации серы. Как правило, горелка 1 может быть выбрана как известная печь для сжигания серы, что облегчает комбинирование устройства 100 согласно настоящему описанию с известным устройством для регенерации серы. Конструкция печи для сжигания или печи для сжигания серы хорошо известна специалистам в данной области техники, и поэтому ее описание не приведено в настоящем документе.
Горелка 1 может быть дополнительно обеспечена входным отверстием 2 для газообразного сероводорода (газов, содержащих сероводород) для создания восстановительной кислотной атмосферы в горелке 1. Горелка 1 может дополнительно содержать устройство для охлаждения хвостовых газов, такое как печь 6, работающая на остаточном тепле, для рекуперации тепла из хвостовых газов 103 и охлаждения хвостовых газов 103 до температуры, подходящей для узла 102 выделения серы.
Узел 101 сжигания может дополнительно содержать пистолет-распылитель 5 отработанной кислоты, соединенный с горелкой 1. Пистолет-распылитель 5 отработанной кислоты может быть использован для подачи смеси отработанной кислоты и воздуха в горелку 1.
На фиг. 2 схематически изображена конструкция пистолета-распылителя 5 отработанной кислоты в соответствии с настоящим описанием. Как показано на фиг. 2, пистолет-распылитель 5 отработанной кислоты содержит корпус 501 пистолета и распылительную насадку 503. Корпус 501 пистолета обеспечен в верхней части входным отверстием 3 для отработанной кислоты, расположенным вдоль радиального направления, и входным отверстием 14 для воздуха, расположенным вдоль аксиального направления. Элемент 504, увеличивающий скорость, дополнительно обеспечен после входного отверстия 3 для отработанной кислоты и входного отверстия 14 для воздуха в корпусе 501 пистолета. Таким образом, воздух, входящий через входное отверстие 14 для воздуха, и кислота, входящая через входное отверстие 3 для отработанной кислоты, могут сталкиваться перпендикулярно друг другу в корпусе 501 пистолета для достижения достаточного смешивания с образованием жидкой смеси газа-жидкости. Элемент 504, увеличивающий скорость, может дополнительно увеличивать скорость потока жидкой смеси газа-жидкости. При поступлении жидкой смеси газа-жидкости в горелку 1 через распылительную насадку 503 смесь становится полностью распыленной и достигает максимальной скорости потока, тем самым предотвращая блокирование вследствие нагара пистолета-распылителя 5 отработанной кислоты (или распылительной насадки 503) и улучшая степень расщепления отработанной кислоты в горелке 1.
Предпочтительно, пистолет-распылитель 5 отработанной кислоты также может быть выполнен с возможностью расположения входного отверстия 14 для воздуха вдоль аксиального направления корпуса 501 пистолета и расположения входного отверстия 3 для отработанной кислоты вдоль касательного направления периферической боковой стенки корпуса 501 пистолета, и наоборот. Таким образом, при смешивании воздуха и отработанной кислоты происходит их вращение в корпусе 501 пистолета, дополнительно улучшая эффект смешивания.
Элемент 504, увеличивающий скорость, может представлять собой турбулизатор, конструкция которого представлена на фиг. 3 и 4. Турбулизатор 504 содержит направляющую трубу 104 и множество направляющих лопаток 21, расположенных по окружности вдоль внешней стенки направляющей трубы 104. Указанные направляющие лопатки 21, приведенные в контакт с внутренней стенкой корпуса 501 пистолета, могут обеспечивать вращение жидкой смеси газа-жидкости, тогда как направляющая труба 104 может обеспечивать ускорение потока жидкой смеси газа-жидкости. В результате жидкая смесь газа-жидкости приобретает форму вихря, движущегося с высокой скоростью. Это может усиливать эффект распыления и снижать образование нагара в пистолете-распылителе 5 отработанной кислоты. Кроме того, направляющие лопатки 21 могут аксиально выступать за переднюю по ходу концевую часть 105 направляющей трубы 104, как показано на фиг. 3, тем самым предотвращая скапливание стоячей жидкой смеси газа-жидкости в области переднего по ходу конца направляющей трубы 104.
Предпочтительно, элемент 504, увеличивающий скорость, отстоит от концевой части корпуса 501 пистолета, образуя смесительный канал 502 между элементом 504, увеличивающим скорость, и распылительной насадкой 503, способствуя дополнительному смешиванию воздуха и отработанной кислоты. Кроме того, в соединительной части между распылительной насадкой 503 и корпусом 501 пистолета может быть предусмотрен переменный диаметр 20 для облегчения беспрепятственного течения смеси, образованной воздухом и отработанной кислотой в смесительном канале 502.
Распылительная насадка 503 имеет внешний диаметр, который меньше внешнего диаметра корпуса 501 пистолета. Например, распылительная насадка 503 может быть в форме длинной трубки для соединения с горелкой 1. Предпочтительно, распылительная насадка 503 имеет коническую жаропрочную насадку.
Для облегчения соединения между пистолетом-распылителем 5 отработанной кислоты и горелкой 1 боковая стенка горелки 1 может быть оснащена в верхней части отверстием 106 и соединительной трубой 9, окружающей отверстие 106, как показано на фиг. 1 и 5. Пистолет-распылитель 5 отработанной кислоты может быть герметично вмонтирован в соединительную трубу 9, при этом распылительная насадка 503 вставлена в отверстие 106.
Как показано на фиг. 5, соединительная труба 9 может содержать внешнюю трубу 901 и внутреннюю трубу 902, совпадающую с отверстием 106. Внешняя труба 901 имеет большую длину и соединена с боковой стенкой горелки 1. Внутренняя труба 902, имеющая меньшую длину, имеет заднюю по ходу концевую часть, отстоящую от боковой стенки горелки 1, и переднюю по ходу концевую часть, герметично соединенную с передней по ходу концевой частью внешней трубы 901. Подвижный самозакрывающийся затворный элемент 19 может быть расположен во внешней трубе 901, закрывая отверстие внутренней трубы 902 при отсутствии приложенной извне силы, как показано на фиг. 5. При установке пистолета-распылителя 5 отработанной кислоты длинная трубчатая распылительная насадка 503 проходит по внутренней трубе 902 и выталкивает затворный элемент 19, вставляя его в отверстие 106, как показано на фиг. 10.
На фиг. 7 показана конкретная конструкция затворного элемента 19, который содержит две симметрично расположенные дверцы 903 (на фиг. 7 указана только одна дверца). Каждая из дверец 903 соединена с обратным роликом 904 дверцы, установленным на внешней трубе 901 с помощью соответствующего соединительного стержня 17. Конструкция обратного ролика 904 дверцы хорошо известна в данной области техники, и поэтому его описание не приведено в настоящем документе. Каждая из дверцей 903 содержит жесткий главный корпус 18 и гибкий уплотнительный элемент 108, установленный на главном корпусе 18. Поскольку задняя по ходу концевая часть внутренней трубы 902 отстоит от боковой стенки горелки 1, то дверца 903, содержащая уплотнительный элемент 108, отстоит от горелки 1. Таким образом, уплотнительный элемент 108 не подвержен повреждению под действием высоких температур в горелке 1. Предпочтительно, в целях безопасности уплотнительный элемент 108 может представлять собой гибкий огнестойкий или огнеупорный уплотнительный элемент.
После установки пистолета-распылителя 5 отработанной кислоты уплотнительный элемент 108 становится герметично соединенным с распылительной насадкой 503, что предотвращает утечку веществ из горелки 1. После съема пистолета-распылителя 5 отработанной кислоты две дверцы 903 автоматически закрываются, достигая положения, изображенного на фиг. 5. Кроме того, уплотнительные элементы 108 двух дверцей 903 также становятся герметично соединенными друг с другом, что предотвращает утечку веществ из горелки 1. Следовательно, на практике нет необходимости в остановке работы горелки 1 даже при необходимости снятия и замены пистолета-распылителя 5 отработанной кислоты, что существенно облегчает эксплуатацию устройства 100.
Далее снова сделана ссылка на фиг. 1. Узел 102 выделения серы может содержать конденсатор 10 серы и группу 107 конвертеров. Конденсатор 10 серы соединен с горелкой 1 для охлаждения газообразного элементарного вещества серы в сернистых хвостовых газах 103 до жидкого элементарного вещества серы и выделения указанного жидкого элементарного вещества серы. Группа 107 конвертеров соединена с конденсатором 10 серы для превращения серосодержащих соединений в сернистых хвостовых газах 103 (т.е. газов 109, выходящих из конденсатора 10 серы) в элементарное вещество серу и выделения указанного элементарного вещества серы.
Группа 107 конвертеров может содержать конвертер 7 первой ступени, соединенный с конденсатором 10 серы, и вторичный конвертер 8, соединенный с конвертером 7 первой ступени. Предпочтительно, группа 107 конвертеров может содержать только один конвертер 7 первой ступени и множество вторичных конвертеров 8, расположенных последовательно и соединенных друг с другом. Следует понимать, что первый конвертер 7 и вторичный конвертер 8 могут быть дополнительно соединены с соответствующими конденсаторами 11 и 12 для конденсации образующегося газообразного элементарного вещества серы в жидкое элементарное вещество серу.
2
2
2
2
3
2
2
3
На фиг. 8 схематически изображена конструкция конвертера 7 первой ступени. Как показано на фиг. 8, конвертер 7 первой ступени последовательно наполнен слоем катализатора, содержащим защитный слой 701 катализатора, первый слой 702 катализатора для регенерации серы и второй слой 705 катализатора регенерации серы, а также распределительный слой 703, содержащий фарфоровые шарики 704 и металлическую сетку 15. Защитный слой катализатора, первый слой катализатора для регенерации серы и второй слой катализатора для регенерации серы составляют 5-30%, 0-90% и 5-95% по объему слоя катализатора, соответственно. Защитный слой 701 катализатора содержит оксид молибдена и/или оксид никеля в качестве активного компонента, и его используют для удаления органических и твердых примесей, не содержащих серы, из хвостовых газов. Первый слой 702 катализатора для регенерации серы содержит оксид алюминия в качестве активного компонента, и его используют для превращения SO, HS и органической серы в элементарное вещество серу. Второй слой 705 катализатора для регенерации серы содержит TiO и AlO в качестве активных компонентов и соль железа и/или силикат в качестве добавки, и его используют для превращения SO, HS и органической серы, содержащейся в хвостовых газах, в элементарное вещество серу, а также для разложения SO. Например, защитный слой 701 катализатора, первый слой 702 катализатора для регенерации серы и второй слой 705 катализатора для регенерации серы могут быть выбраны как катализаторы LH-04, LS-02 и LS-981, соответственно, которые известны специалистам в данной области техники, и поэтому их описание не приведено в настоящем документе.
На фиг. 9 схематически изображена конструкция вторичного конвертера 8. Как показано на фиг. 9, второй конвертер 8 наполнен последовательно слоем катализатора, состоящим из первого слоя 801 катализатора для регенерации серы и распределительным слоем 803, образованным из фарфоровых шариков 802 и металлической сетки 15. Химические компоненты и функции первого слоя 801 катализатора для регенерации серы, соответственно, являются такими же, как для первого слоя 702 катализатора для регенерации серы, расположенного в конвертере 7 первой ступени.
2
2
3
2
Далее описан способ обработки отработанной кислоты после алкилирования со ссылкой на устройство 100, изображенное на фиг. 1. Инертные газы, содержащие сероводород, отработанную кислоту после алкилирования и воздух подают в горелку 1. Указанные вещества сжигают в горелке 1 при температуре от 900 до 1400°C с получением сернистых хвостовых газов 103, выходящих из горелки 1. Сернистые газы 103 могут содержать HS, SO, SO, СО поток органической серы, пары воды и газообразное вещество серу. В горелке 1 могут протекать различные реакции, представленные ниже (другие сложные реакции не указаны):
,
,
,
и
.
Элементарное вещество сера, образующееся в реакции (е), содержится в сернистых хвостовых газах 103 в форме газа.
2
2
3
При поступлении хвостовых газов 103 в конденсатор 10 серы газообразное элементарное вещество сера охлаждается до жидкого элементарного вещества серы, которое затем выделяют и подают в сборный резервуар 13. Газы 109 из конденсатора 10 серы, после подачи в конвертер 7 первой ступени, последовательно проходят через защитный слой 701 катализатора, первый слой 702 катализатора для регенерации серы, второй слой 705 катализатора для регенерации серы и распределительный слой 703. В таком способе твердые примеси и органические примеси, не содержащие серы, в газах 109 удаляют с помощью защитного слоя 701 катализатора, а серосодержащие соединения (например, SO, HS, SO и органическая сера) превращают в элементарное вещество серы с помощью первого слоя 702 катализатора для регенерации серы и второго слоя 705 катализатора для регенерации серы. Указанное элементарное вещество серы затем выделяют и собирают в сборный резервуар 13. Газы 110 из конвертера 7 первой ступени, после поступления во вторичный конвертер 8, последовательно проходят через слой 801 катализатора для регенерации серы и распределительный слой 803. В таком способе почти все серосодержащие соединения подвержены превращению в элементарное вещество серу, которое также выделяют и собирают в сборный резервуар 13. Газы 111 из вторичного конвертера 8 выгружают после прохождения испытания.
Следует понимать, что конвертер 7 первой ступени эксплуатируют при температуре, которая возможно выше температуры газов 109, выходящих из конденсатора 10 серы. В таком случае газы 109 могут быть нагреты до поступления в конвертер 7 первой ступени или, в альтернативном варианте, в конвертере 7 первой ступени может быть установлен нагревательный элемент (не показан). Такой способ обработки также может быть использован в отношении вторичного конвертера 8, при необходимости.
Пример 1
Скорости подачи отработанной кислоты, воздуха и инертных газов, содержащих сероводород, составляли 1200 кг/ч, 7200 кг/ч и 4200 кг/ч, соответственно. В пересчете на массу, отработанная кислота содержала 85% серной кислоты, 11% органических соединений и 4% воды. В пересчете на объем, инертные газы, содержащие сероводород, содержали 57% сероводорода. Указанные вещества сжигали в горелке 1 при температуре 1000°C с получением сернистых хвостовых газов 103.
Сернистые хвостовые газы 103, после охлаждения до температуры от 280 до 380°C, пропускали через конденсатор 10 серы и охлаждали до температуры в диапазоне от 150 до 170°C, в результате чего выделяли жидкое элементарное вещество серу. Газы 109 из конденсатора 10 серы последовательно пропускали через конвертер 7 первой ступени и вторичный конвертер 8, и в течение указанного процесса дополнительно выделяли жидкое элементарное вещество серу, а остальные газы 111 подавали в другие устройства очистки (не показаны). Рабочие температуры конвертера 7 первой ступени и вторичного конвертера 8 составляли, соответственно, в диапазонах от 280 до 300°C и от 250 до 260°C.
Общая степень превращения серы в устройстве 100 достигала 96,58%.
Пример 2
Скорости подачи отработанной кислоты, воздуха и инертных газов, содержащих сероводород, составляли 1500 кг/ч, 7875 кг/ч и 3750 кг/ч, соответственно. В пересчете на массу, отработанная кислота содержала 90% серной кислоты, 8% органических соединений и 2% воды. В пересчете на объем, инертные газы, содержащие сероводород, содержали 72% сероводорода. Указанные вещества сжигали в горелке 1 при температуре 1050°C с получением сернистых хвостовых газов 103.
Сернистые хвостовые газы 103, после охлаждения до температуры в диапазоне от 280 до 380°C, пропускали через конденсатор 10 серы и охлаждали до температуры в диапазоне от 150 до 170°C, в результате чего выделяли жидкое элементарное вещество серу. Газы 109 из конденсатора 10 серы последовательно пропускали через конвертер 7 первой ступени и вторичный конвертер 8, и в течение указанного процесса дополнительно выделяли жидкое элементарное вещество серу, а остальные газы 111 подавали в другие устройства очистки (не показаны). Рабочие температуры конвертера 7 первой ступени и вторичного конвертера 8 составляли, соответственно, в диапазонах от 290 до 300°C и от 240 до 250°C.
Общая степень превращения серы в устройстве 100 достигала 96,89%.
Пример 3
Скорости подачи отработанной кислоты, воздуха и инертных газов, содержащих сероводород, составляли 2000 кг/ч, 20000 кг/ч и 10000 кг/ч, соответственно. В пересчете на массу, отработанная кислота содержала 95% серной кислоты и 5% органических соединений. В пересчете на объем, инертные газы, содержащие сероводород, содержали 80% сероводорода. Указанные вещества сжигали в горелке 1 при температуре 1089°C с получением сернистых хвостовых газов 103.
Сернистые хвостовые газы 103, после охлаждения до температуры в диапазоне от 280 до 380°C, пропускали через конденсатор 10 серы и охлаждали до температуры в диапазоне от 150 до 170°C, в результате чего выделяли жидкое элементарное вещество серу. Газы 109 из конденсатора 10 серы последовательно пропускали через конвертер 7 первой ступени и вторичный конвертер 8, и в течение указанного процесса дополнительно выделяли жидкое элементарное вещество серу, а остальные газы 111 подавали в другие устройства очистки (не показаны). Рабочие температуры конвертера 7 первой ступени и вторичного конвертера 8 составляли, соответственно, в диапазонах от 310 до 320°C и от 245 до 255°C.
Общая степень превращения серы в устройстве 100 достигала 96,75%.
Пример 4
Скорости подачи отработанной кислоты, воздуха и инертных газов, содержащих сероводород, составляли 3 т/ч, 21000 кг/ч и 12000 кг/ч, соответственно. В пересчете на массу, отработанная кислота содержала 80% серной кислоты, 10% органических соединений и 10% воды. В пересчете на объем, инертные газы, содержащие сероводород, содержали 80% сероводорода. Указанные вещества сжигали в горелке 1 при температуре 1150°C с получением сернистых хвостовых газов 103.
Сернистые хвостовые газы 103, после охлаждения до температуры в диапазоне от 280 до 380°C, пропускали через конденсатор 10 серы и охлаждали до температуры в диапазоне от 150 до 170°C, в результате чего выделяли жидкое элементарное вещество серу. Газы 109 из конденсатора 10 серы последовательно пропускали через конвертер 7 первой ступени и вторичный конвертер 8, и в течение указанного процесса дополнительно выделяли жидкое элементарное вещество серу, а остальные газы 111 подавали в другие устройства очистки (не показаны). Рабочие температуры конвертера 7 первой ступени и вторичного конвертера 8 составляли, соответственно, в диапазонах от 295 до 320°C и от 240 до 250°C.
Общая степень превращения серы в устройстве 100 достигала 97,12%.
Пример 5
Скорости подачи отработанной кислоты, воздуха и инертных газов, содержащих сероводород, составляли 3 т/ч, 36000 кг/ч и 20000 кг/ч, соответственно. В пересчете на массу, отработанная кислота содержала 88% серной кислоты, 7% органических соединений и 5% воды. В пересчете на объем, инертные газы, содержащие сероводород, содержали 80% сероводорода. Указанные вещества сжигали в горелке 1 при температуре 1200°C с получением сернистых хвостовых газов 103.
Сернистые хвостовые газы 103, после охлаждения до температуры в диапазоне от 280 до 380°C, пропускали через конденсатор 10 серы и охлаждали до температуры в диапазоне от 150 до 170°C, в результате чего выделяли жидкое элементарное вещество серу. Газы 109 из конденсатора 10 серы последовательно пропускали через конвертер 7 первой ступени и вторичный конвертер 8, и в течение указанного процесса дополнительно выделяли жидкое элементарное вещество серу, а остальные газы 111 подавали в другие устройства очистки (не показаны). Рабочие температуры конвертера 7 первой ступени и вторичного конвертера 8 составляли, соответственно, в диапазонах от 310 до 320°C и от 250 до 260°C.
Общая степень превращения серы в устройстве 100 достигала 96,69%.
Пример 6
Скорости подачи отработанной кислоты, воздуха и инертных газов, содержащих сероводород, составляли 4 т/ч, 62950 кг/ч и 30000 кг/ч, соответственно. В пересчете на массу, отработанная кислота содержала 90% серной кислоты, 6% органических соединений и 4% воды. В пересчете на объем, инертные газы, содержащие сероводород, содержали 80% сероводорода. Указанные вещества сжигали в горелке 1 при температуре 1200°C с получением сернистых хвостовых газов 103.
Сернистые хвостовые газы 103, после охлаждения до температуры в диапазоне от 280 до 380°C, пропускали через конденсатор 10 серы и охлаждали до температуры в диапазоне от 150 до 170°C, в результате чего выделяли жидкое элементарное вещество серу. Газы 109 из конденсатора 10 серы последовательно пропускали через конвертер 7 первой ступени и вторичный конвертер 8, и в течение указанного процесса дополнительно выделяли жидкое элементарное вещество серу, а остальные газы 111 подавали в другие устройства очистки (не показаны). Рабочие температуры конвертера 7 первой ступени и вторичного конвертера 8 составляли, соответственно, в диапазонах от 290 до 300°C и от 250 до 260°C.
Общая степень превращения серы в устройстве 100 достигала 97,25%.
Как можно видеть из представленных выше примеров, при использовании устройства 100 для обработки отработанной кислоты согласно настоящему изобретению общая степень превращения серы может достигать значений более 96,5%. Это означает, что устройство 100 и способ согласно настоящему описанию могут быть использованы для удовлетворительной обработки отработанной кислоты после алкилирования, тем самым может быть не только предотвращено вторичное загрязнение, но и получено ценное элементарное вещество сера.
Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты реализации, могут быть сделаны различные модификации и варианты изложенного описания без отклонения от объема настоящего описания. В частности, при условии отсутствия структурного конфликта, различные варианты реализации, а также соответствующие технические особенности, указанные в примерах и формуле изобретения, могут быть любым образом комбинированы друг с другом. Настоящее описание не ограничено конкретными примерами, описанными в настоящем документе, а, напротив, включает все технические решения, входящие в объем формулы изобретения.