Спосіб одержання сірчаної кислоти та установка для його здійснення

Реферат: Винахід належить до способу отримання сірчаної кислоти, в якому в установці для виробництва сірчаної кислоти отримують початковий газ, що містить SO2, який пропускають принаймні через один реактор, в якому протікає каталітична реакція окислення SO2 в SO3, a SO3, що утворився при цьому, перетворюють на сірчану кислоту. Згідно винаходу, викиди SO2, що містяться принаймні в частковому потоці газового потоку, який виходить з установки виробництва сірчаної кислоти, гідрують в секції додаткової обробки за допомогою газу з високим вмістом Н 2. Газовий потік, що утворився при гідрогенізації, із змістом H2S подається в H2S - газопромивач установки для отримання коксового газу або нафтохімічної установки. Предметом винаходу є також установка для здійснення способу. UA 101475 C2 (12) UA 101475 C2 UA 101475 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої відноситься винахід Винахід відноситься до способу отримання сірчаної кислоти, при цьому в установці для виробництва сірчаної кислоти отримують початковий газ, що містить SО2, який пропускають, принаймні, через один реактор, в якому протікає каталітична реакція з окисленням SO 3 в SO2, а з того SO3, що утворився при цьому, отримують сірчану кислоту. Рівень техніки Початковий газ може бути отриманий спалюванням або каталітичною конверсією відходячих газів, що містять сірководень, котрі утворилися, наприклад, при очищенні коксових газів. В більшості випадків початковий газ містить від 3 до 12 об. % SO2. Як правило, його охолоджують в котлі-утилізаторі і розбавляють при необхідності повітрям до отримання надстехіометричного співвідношення O2/SO2. Екзотермічна реакція для перетворення SO2 в SO3 проводиться на 0 каталізаторах, наприклад, каталізаторах V2O5, при температурі від 400 до 650 С. SO3, що утворився при цьому, охолоджують і поглинають в поглиначі концентрованою сірчаною кислотою. У відомому способі, який в літературі називається контактним методом, відбуваються істотні викиди SO2 і SO3 у вигляді сірчанокислого туману. Викиди SO2 утворюються в результаті неповної конверсії SO2 в SO3. SO2, що не пройшов конверсію, поглинається в дуже незначному 3 ступені в поглиначі. Викиди SO2 можуть досягати до 3000 мг/нор. м , якщо не приймаються відповідні заходи по зниженню викидів. Відомі численні заходи щодо зниження викидів SO2. За допомогою високого співвідношення O2/SO2 можна термодинамічно промотувати конверсію SO2, при нижчій температурі. В результаті застосування каталізатора з добавкою цезію поліпшується конверсія і знижуються викиди SO2. Нарешті, для підвищення ступеня конверсії може бути збільшена кількість каталізаторних секцій або ж перед останньою каталізаторною секцією може бути передбачено проміжний поглинач. Проте описані заходи в деяких випадках значно збільшують експлуатаційні витрати установки для виробництва сірчаної кислоти. Крім того, ці заходи є дорогими відносно технології і устаткування і придатні лише в обмеженому ступені для модернізації існуючих установок для виробництва сірчаної кислоти. Огляд відомих заходів щодо зниження викидів SO 2 установкою для виробництва сірчаної кислоти приводиться в публікації H. Wiesenberger "Stand der Tеchnik in der Schwefelsaureerzeugung" (Рівень техніки у виробництві сірчаної кислоти), монографії, т. 137 (2001), стор. 7-23, ISBN 3-85457-583-1. Для відділення SO2, що утворюється на електростанціях, в установках для спалювання відходів і промислових установках, використовуються промивачі з гіпсовою суспензією, при цьому досягається високий ступінь відділення. Коксувальні або нафтохімічні установки, що містять розташовані за ними установки для виробництва сірчаної кислоти, як правило, не обладнані промивачами з гіпсовою суспензією. У H 2S - промивач для установки для очищення коксового газу або у відповідні газові промивачі для нафтохімічної установки викиди SO 2 не можуть подаватися, оскільки солі, що утворюються при цьому, порушують роботу подальших секцій звичайного очищення коксового газу або відповідних пристроїв нафтохімічної установки. З джерела DE 26 58 208 А1 відомий спосіб видалення оксидів сірки з газу, що відходить, котрий утворюється при спалюванні вуглеводнів, при якому оксиди сірки, що містяться в газі, що відходить, відновлюються до сірководня в зоні каталітичної конверсії. Сірководень екстрагують з потоку газу, що відходить, внаслідок чого в очищеному потоці газу, що відходить, залишаються лише незначні кількості сірки. З US 29 92 884 A відоме відновлення залишкових газів в сірчанокислотному виробництві за допомогою водню. У відомому з DE 21 66 916 А1 (GB 1 344 471) способі гази, що відходять, очищуються за допомогою каталітичної гідрогенізації сірки, діоксид сірки, який при цьому міститься в газах, що відходять, перетворюють на H2S за допомогою застосування водню в стехіометричній кількості і потім в сірку при подальшому поглинанні водним лужним розчином. У джерелі US 4 919 912 A описано спосіб, при якому газовий потік, що містить SO 2, пропускають через реакційну зону, в якій проводиться реакція Клауса і утворюється елементарна сірка. Оскільки газовий потік містить SO 2 в кількості, що є надстехіометричною при реакції Клауса, то газ, що відходить, після цієї реакції Клауса подається в зону гідрогенізації, в якій надмірний SO2 перетворюється на сірководень. Сірководень витягують з потоку газу і знову подають в реакційну зону для отримання сірки за реакцією Клауса. Розкриття винаходу Метою винаходу є по можливості повне виключення викидів SO 2, що утворюються в установці для виробництва сірчаної кислоти. Зокрема, повинна бути забезпечена можливість дооснащения установок для виробництва сірчаної кислоти, що існують на коксохімічних заводах, і нафтохімічних установок з використанням промивачів, що там встановлені. При 1 UA 101475 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 проектуванні нових установок спосіб повинен сприяти отриманню концентрованої сірчаної кислоти з високим виходом і енергетичною ефективністю. Предметом даного винаходу і рішенням поставленої задачі служить спосіб отримання сірчаної кислоти, при якому на установці для виробництва сірчаної кислоти отримують початковий газ, що містить SO2, цей початковий газ пропускають, принаймні, через один реактор, в якому відбувається каталітична реакція окислення SO 2 в SO3, і SO3, що утворився при цьому, перетворюють на сірчану кислоту, при цьому для зниження викидів SO 2 разом з газовим потоком, що виходить з установки для виробництва сірчаної кислоти, принаймні, частковий потік газового потоку, що виходить з сернокислотної установки, який містить SO 2, гідрують газом з високим вмістом Н2, а газовий потік, що утворився при гідрогенізації, який містить H 2S, подається в H2S-газопромивач установки для отримання коксового газу або нафтохімічної установки. За способом згідно винаходу газовий потік, що містить H 2S, подають назад в H2Sгазопромивачі, що є зазвичай на коксохімічних заводах і нафтохімічних установках. Спосіб згідно винаходу придатний до модернізації існуючих установок для виробництва сірчаної кислоти на коксохімічних заводах і нафтохімічних установках і забезпечує експлуатацію установки для виробництва сірчаної кислоти практично без викидів газу. У тому випадку, коли установка для виробництва сірчаної кислоти знаходиться на коксохімічному заводі, то для гідрогенізації викидів SО 2 може застосовуватися коксовий газ. Крім того, можна рециркулювати газ, що утворюється при гідрогенізації, що містить H 2S, назад в H2S-газопромивач установки для очищення коксового газу. Переважно, щоб перед надходженням в реактор для гідрогенізації газовий потік підігрівався шляхом теплообміну з газовим потоком, що виходить з цього реактора. Початковий газ, що містить SO2, може бути отриманий спалюванням або каталітичною конверсією газів, що містять сірководень, які, зокрема, утворюються при очищенні коксового газу. Згідно переважному варіанту виконання способу за винаходом, газовий потік, що виходить з установки для виробництва сірчаної кислоти з викидами SO 2, розділяється на два часткові потоки, при цьому перший частковий потік рециркулюють назад в початковий газ, що містить SO2, а другий частковий потік подають в описану вище секцію додаткової обробки і гідрують газом з високим вмістом Н2. В результаті часткової рециркуляції газового потоку, що виходить з установки для виробництва сірчаної кислоти, в початковий газ, який містить SO 2, може бути збільшений вихід сірчаної кислоти. Часткова рециркуляція викидів SO 2 згідно винаходу в початковий газ має додаткову перевагу, яка полягає в тому, що може бути припустимий менший ступінь конверсії в каталітичній реакції перетворення SO 2 в SО3, при збереженні високого ККД у виробництві сірчаної кислоти. Крім того, в результаті рециркуляції частини викидів SO 2 в початковий газ, в останньому утворюється менша кількість води, що сприятливо для підвищення концентрації сірчаної кислоти і може бути використано для виробництва висококонцентрованої сірчаної кислоти. У іншому оптимальному варіанті виконання способу згідно винаходу передбачається, щоб початковий газ, що містить SO2, отримували в результаті двостадійного спалювання газів, які містять сірководень, і щоб перший частковий потік надходив в початковий газ перед другою стадією спалювання. SO3, що утворився при каталітичній конверсії SO2, переважно поглинається в поглиначі концентрованою сірчаною кислотою. Також предметом винаходу є установка за п. 8 формули винаходу для здійснення способу. У пп. 9-11 формули описані переважні варіанти виконання такої установки. Нижче винахід пояснюється за допомогою прикладу виконання. Опис креслень: Фіг. 1 - технологічна схема способу згідно винаходу; Фіг. 2 - показаний на Фіг. 1 спосіб з додатковим частковим поверненням викидів SO 2 в початковий газ із вмістом SO2. Пропонується установка 1 для виробництва сірчаної кислоти, в якій спочатку отримують початковий газ 2, що містить SO2. Початковий газ, що містить SO2, утворюється в результаті надстехіометричного спалювання газу 3, що відходить й містить сірководень, котрий подається в піч 5 для спалювання разом з повітряним потоком 4, в якому присутні кислі газові компоненти. У прикладі виконання спалювання здійснюють в двох послідовно розташованих камерах спалювання 6, 6", причому для завдання надстехіометричного співвідношення O 2/SO газовий потік розбавляють при необхідності повітрям 7. Гарячий початковий газ 2, що містить SO 2, охолоджують в котлі-утилізаторі 8 і подають в декілька послідовно розташованих реакційних судин 9, в яких у присутності каталізаторів, наприклад, каталізаторів V 2O5, протікає екзотермічна реакція з перетворенням SO2 в SO3. Між секціями гази охолоджують за допомогою теплообмінників 10 до температури, необхідної для надходження в наступну каталізаторну 2 UA 101475 C2 5 10 15 20 25 30 секцію. Утворюється газовий потік 11 з високим вмістом SO 3, який направляють в поглинач 12 з концентрованою сірчаною кислотою. Поглинач 12 обладнаний циркуляційним контуром 13 для сірчаної кислоти. Остання відводиться з відстійника поглинача 12, охолоджується і знову завантажується в головній частині. SO2, що потрапив разом з газом, поглинається концентрованою сірчаною кислотою. Частковий потік 14 сірчаної кислоти, відповідний поглиненій кількості, вивантажується у вигляді потоку продукції. Для регулювання концентрації сірчаної кислоти в циркуляційний контур може вводитися вода 15. Газовий потік 16, що виходить з поглинача 12, містить в собі викиди SO 2. Залежно від 3 конструктивного виконання катализаторної секції 9 ці викиди можуть досягати до 3000 мг/нор.м . Газовий потік 16, що виходить з установки 1 для виробництва сірчаної кислоти і що містить викиди SO2, гідрують показаним на Фіг. 1 способом в секції 17 додаткової обробки з використанням газу 18 з високим вмістом H2. Газовий потік 19, що утворюється при гідрогенізації, із вмістом H2S відводиться назад для промивки в установку для отримання коксового газу або нафтохімічну установку, яка не показана на малюнку, розташовану перед установкою 1 для виробництва сірчаної кислоти. Для гідрогенізації викидів SO2 використовується коксовий газ, що містить як основні компоненти H2, CH4, а також в незначних кількостях CO, CNHM і СO2. Газ 19, що утворюється в процесі гідрогенізації, що містить H2S, рециркулюють в H2S-газопромивач установки для очищення коксового газу. Перед подачею в реактор 20 для гідрогенізації газовий потік 16 підігрівають шляхом теплообміну з тим, що виходить з реактора 20 для гідрогенізації газовим потоком. Показаний на Фіг. 2 варіант способу відрізняється від зображеного на Фіг. 1 способу тим, що газовий потік 16, який виходить з установки 1 для виробництва сірчаної кислоти з викидами SO2, розбивають на два часткові потоки 21, 21", при цьому перший частковий потік 21 рециркулюють в початковий газ 2, SO2, що містить, а другий частковий потік 21" гідрують в секції 17 додаткової обробки за допомогою газу 18 з високим вмістом Н 2. У прикладі виконання згідно переважного варіанту виконання винаходу початковий газ, що містить SO 2, отримують в результаті двостадійного спалювання газів, які містять сірководень, а перший частковий потік 21 відводять в початковий газ перед другою стадією спалювання 6". Предметом винаходу є також установка для здійснення розкритого способу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Спосіб отримання сірчаної кислоти, в якому початковий газ (2), що містить SO 2, отриманий в установці (1) для виробництва сірчаної кислоти, пропускають принаймні через один реактор (9), в якому відбувається каталітична реакція окислення SO 2 в SO3, a SO3, що утворився, перетворюють на сірчану кислоту, причому газовий потік (16), що виходить з установки (1) для виробництва сірчаної кислоти з викидами SO2, розділяють на два часткові потоки (21, 21'), при цьому перший частковий потік (21) рециркулюють в початковий газ (2), що містить SO 2, а другий частковий потік (21') подають в секцію (17) додаткової обробки і гідрують в реакторі (20) для гідрування за допомогою газу (18) з високим вмістом Н2, а газовий потік (19), що утворився при гідруванні, що містить H2S, спрямовують в H2S-газопромивач установки для отримання коксового газу або нафтохімічної установки, при цьому початковий газ (2), що містить SO 2, отримують спалюванням або каталітичною конверсією газів (3). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для гідрування викидів SO2 застосовують коксовий газ. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що перед надходженням в реактор (20) для гідрування газовий потік підігрівають шляхом теплообміну з газовим потоком, що виходить з реактора (20) для гідрування. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що початковий газ (2), що містить SO2, отримують двостадійним спалюванням газів (3), що містять сірководень, і перед другою стадією спалювання (6') перший частковий потік (21) змішують з початковим газом (2). 5. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що SO3, утворений каталітичною конверсією SO2, поглинають концентрованою сірчаною кислотою в поглиначі (12). 6. Установка для здійснення способу за будь-яким з пп. 1-5, яка містить: установку (1) для виробництва сірчаної кислоти, що містить принаймні один реактор (9) для каталітичної реакції окислення SO2 в SО3 і поглиначі (12) з сірчаною кислотою; секцію (17) додаткової обробки, в яку подається принаймні один частковий потік газового потоку (16), що виходить з установки для виробництва сірчаної кислоти; 3 UA 101475 C2 5 10 при цьому секція (17) додаткової обробки містить реактор (20) для гідрування, заповнений газом з високим вмістом Н2, для гідрування викидів SO2, що містяться в газовому потоці, що подається, причому газовий потік (19), що містить H2S, утворений при гідруванні, подається в газопромивач, сполучений з секцією додаткової обробки, при цьому газопромивач входить до складу установки для очищення коксового газу; при цьому установка (1) для виробництва сірчаної кислоти містить піч для спалювання, в якій отримують початковий газ (2), що містить SO 2, спалюванням або каталітичною конверсією газів, що містять сірководень, при цьому установка забезпечена пристроєм для рециркуляції, за допомогою якого частина потоку (21) газового потоку, що виходить з установки для виробництва сірчаної кислоти з викидами SО2, повертають назад в початковий газ, що містить SO2. 7. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що секція (17) додаткової обробки містить теплообмінник для підігріву газового потоку перед входженням в реактор (20) для гідрогенізації шляхом теплообміну з газовим потоком, що виходить з реактора (20) для гідрування. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4