КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ В ТРЕХОКИСЬ СЕРЫ

2
3
Полезная модель контактного аппарата относится к сернокислотному производству, в котором осуществляется утилизация отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии и может быть использовано при проведении процесса окисления SO в SO.
2
3
2
3
Известен 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. Известный контактный аппарат для окисления SO в SO содержит корпус с крышкой и днищем, центральную колонну, подводящие исходный газ газоходы с клапанами на них, распределитель исходного газа, в крышке и днище которого имеются отверстия для входа и выхода газа. Катализатор размещен в сегментах, образованных попарно установленными сплошными и перфорированными перегородками, обеспечивающими ввод реакционной смеси в слой катализатора. Выход прореагировавшего газа из сегментов с катализатором в сборник прореагировавшего газа осуществляется путем установки дополнительных перфорированных и сплошных перегородок. Газоходы с клапанами на них, отводящие прореагировавший газ на абсорбцию, соединены с газоходами, подводящими исходный сернистый газ к контактному аппарату, переточными газоходами с клапанами на них.
2
к
2
3
2
3
Недостатком известного контактного аппарата по авт. св. №1729566 является невозможность переработки сернистых газов с повышенным содержанием SO (4% об. и выше), поскольку ведет к существенному снижению конечной степени превращения (Х) SO в SO, вызванному инактивацией катализатора из-за возросшего количества тепла, выделяющего при прохождении реакции окисления SO в SO в слое катализатора при утилизации высококонцентрированного сернистого газа.
2
3
Наиболее близкой по технической сущности является полезная модель контактного аппарата по патенту РФ №150513, обеспечивающей проведение конверсии SO в SO в нестационарных условиях при переработке концентрированных сернистых газов в нескольких тепловых фронтах - зонах реакции, одновременно перемещающихся в неизменном направлении в слоях катализатора.
Известный контактный аппарат, полезная модель которого имеет патент РФ №150513, содержит корпус с крышкой и днищем, центральную колонну, подводящие исходный сернистый газ газоходы с клапанами на них, распределитель исходного сернистого газа, 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 против каналов имеются отверстия для входа и выхода газа. В контактном аппарате установлены вертикальные сплошные перегородки, разделяющие сечение аппарата в плане радиально от центральной колонны до корпуса и по высоте от крышки распределителя газа до днища сборника газа, между которыми размещаются секции, образованные попарно установленными перегородками, боковыми стенками, днищем и крышкой, при этом перегородки, которые выполнены сплошными, имеют закрепленные в них входные и выходные патрубки теплообменных элементов, а перфорированные перегородки установлены между теплообменными элементами. Между теплообменными элементами и перфорированными перегородками размещается катализатор. Сборник газа состоит из двух горизонтально установленных пластин, полностью перекрывающих сечение аппарата и размещенных между ними концентрически установленных перегородок, образующих кольцевые каналы. В крышке и днище сборника газа против каналов имеются отверстия для входа и выхода газа. Газоходы с установленными на них клапанами, отводящие прореагировавший газ на абсорбцию, соединены с газоходами, подводящими исходный газ к аппарату, переточными газоходами, на которых также имеются клапаны.
Недостатком полезной модели контактного аппарата по патенту РФ №150513 является повышенное значение величины аэродинамического сопротивления ряда узлов, установленных в корпусе аппарата, в частности, распределителя исходного сернистого газа, каналов для ввода газа в теплообменные элементы и слои катализатора и вывода газа из них, сборника прореагировавшего газа. Действительно, исходный сернистый газ, проходя распределитель исходного газа, преодолевает местные сопротивления входных отверстий в днище распределителя газа, кольцевого канала, выходных отверстий в крышке распределителя газа, затем местные сопротивления каналов на входе в теплообменные элементы и слои катализатора и каналов на выходе из них, а также местные сопротивления отверстий в днище сборника газа, кольцевого канала и отверстий в крышке сборника газа на выходе из него. Более того, преодоление местных сопротивлений распределителя исходного газа, подводящих и отводящих каналов из теплообменных элементов и слоев катализатора, сборника газа в течение одного цикла работы реактора происходит три раза: когда исходный сернистый газ подается в теплообменные элементы, затем газ проходит через байпасный газоход и поступает в слои катализатора 1-ой группы секций, и наконец, при прохождении слоев катализатора 2-ой группы секций, после чего направляется на абсорбцию. Трехкратное прохождение сернистого газа через распределитель исходного газа, каналы, подводящие и отводящие газ из теплообменных элементов и слоев катализатора, сборника газа в течение цикла работы аппарата, обуславливает существенное суммарное аэродинамическое сопротивление этих узлов в известном контактном аппарате и ведет к неоправданному расходу электроэнергии при работе турбогазодувки, затрачивая развиваемый ею напор на преодоление повышенного аэродинамического сопротивления этих узлов.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель контактного аппарата, является существенное снижение гидравлического сопротивления контактного аппарата путем изменения формы выполнения связи между элементами заявляемой полезной модели аппарата, к которой, безусловно, относится взаимосвязь подводящих, переточных и отводящих трубопроводов с регулирующими клапанами на них с другими элементами аппарата - секциями с катализатором, посредством которой осуществляется подача реакционной газовоздушной смеси в теплообменные элементы, слои катализатора нескольких секций, а также вывод прореагировавшего газа из них на абсорбцию.
2
3
2
3
Поставленная цель достигается тем, что контактный аппарат для окисления SO в SO при переработке концентрированных сернистых газов в нестационарных условиях с неизменным направлением движения тепловых фронтов - зон реакции в нескольких слоях катализатора включает секции, образованные боковыми стенками, крышкой и днищем, попарно установленными сплошными перегородками с закрепленными в них патрубками теплообменных элементов и перфорированными перегородками, расположенными между теплообменными элементами, объем между которыми и перфорированными перегородками заполнен катализатором, при этом подводящие исходный сернистый газ газоходы в теплообменные элементы и газоходы, отводящие газ из них, присоединены непосредственно к камерам, образованным боковыми стенками секций и сплошными перегородками, в которых закреплены теплообменные элементы, при этом газоходы, подводящие реакционный газ в слои катализатора и отводящие прореагировавший газ из них, присоединены непосредственно к камерам, образованным сплошными и перфорированными перегородками, размещенными в этих секциях, причем на газоходах установлены клапаны и они объединены между собой переточными газоходами с клапанами на них. Данное решение позволяет реализовать процесс окисления SO в SO без использования распределителя исходного сернистого газа, разделительных перегородок, образующих каналы для подвода газа к теплообменным элементам и слоям катализатора и отвода газа от них, сборника прореагировавшего газа и, тем самым, обеспечить снижение гидравлического сопротивления заявляемого контактного аппарата благодаря изменению формы выполнения связи между элементами аппарата, «которые находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи».
На фиг. 1 представлен контактный аппарат, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Контактный аппарат состоит из секций, образованных боковыми стенками 1, днищем 2 и крышкой 3, попарно установленными сплошными перегородками 4 с закрепленными в них патрубками теплообменных элементов 5 и перфорированными перегородками 6, расположенными между теплообменными элементами, объем между которыми и перфорированными перегородками заполнен катализатором 7, подводящих в теплообменные элементы исходный сернистый газ газоходов 8 с клапанами на них и отводящих газ из теплообменных элементов газоходов 9 с установленными на них клапанами, газоходов 10, подводящих газ в слои катализатора и газоходов 11, отводящих прореагировавший газ на абсорбцию и имеющих клапаны, соединенные между собой переточными газоходами 12 с клапанами.
2
3
2
3
2
2
3
Контактный аппарат работает следующим образом. Исходный сернистый газ из компрессорного отделения подается по газоходу 8, на котором в данный цикл работы аппарата открыт клапан в камеры, образованные боковой стенкой 1 и сплошной перегородкой, из которых газ направляется во входные патрубки теплообменных элементов 5 нескольких первых секций. Пройдя теплообменные элементы, газ выходит в камеры, образованные боковыми стенками 1 и сплошными перегородками 4, из которых по байпасному газоходу 12 поступает в камеры, образованные сплошными перегородками 4 и перфорированными перегородками 6, и входит в катализатор 7, размещенными между теплообменными элементами первых секций. В слое катализатора 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 идет процесс окисления SO в SO в одновременно движущихся в направлении фильтрации газового потока тепловых фронтах - зонах реакции в нескольких первых секциях. При этом за счет интенсивного теплообмена на участке теплового фронта - зоны реакции, где идет реакция окисления диоксида серы в трехокись серы, между исходным сернистым газом, идущим через теплообменные элементы 5 с начальной температурой 60-80°С и тепловыми фронтами - зонами реакции, становится возможным исключить вероятность перегрева катализатора и, следовательно, его инактивацию при переработке газа с повышенной концентрацией SO. Прореагировавший газ с температурой 250-300°С, выходя из нескольких первых секций с катализатором, поступает через байпасный газоход 12 с открытым клапаном в данный цикл работы аппарата в слои катализатора вторых по ходу газа секций. Пройдя слои катализатора нескольких вторых по направлению движения газа секций, прореагировавший газ выходит по газоходу 11 на абсорбцию. В результате перемещения тепловых фронтов - зон реакции из нескольких первых по направлению фильтрации газа секций в несколько вторых секций и достижения на входе в слои катализатора вторых секций температуры 420-440°С, производится автоматическое переключение подачи исходного сернистого газа в теплообменные элементы нескольких вторых секций, затем по байпасному газоходу 12, на котором в этот цикл работы аппарата открыт клапан, газ направляется в слои катализатора вторых секций. В тепловых фронтах - зонах реакции, движущихся во вторых секциях, идет реакция окисления SO в SO с отводом тепла из реакционной зоны за счет теплообмена с исходным газом, проходящим через теплообменные элементы, встроенные во вторые секции, после чего газ по байпасному газоходу 12 входит в катализатор первых секций, выйдя из которых направляется по газоходу 11 с открытым клапаном в этот цикл работы реактора на абсорбцию. После перемещения тепловых фронтов - зон реакции из нескольких вторых секций в слои катализатора нескольких первых секций, что определяется по температуре газа на входе в слои катализатора этих секций 420-440°С, повторяется цикл работы реактора, описанный выше.