Способ очистки отходящих газов от окислов серы - RU2076771C1

Описание

Изобретение относится к очистке отходящих газов от примесей, более конкретно к способу очистки отходящих газов от окислов серы.

Известен способ очистки отходящих газов от окислов серы, включающий контактирование отходящих газов с неподвижным слоем твердого адсорбента, содержащего окислы металлов на носителе, при температуре от 150 до 400^oС, отвод очищенных отходящих газов, регенерацию указанного адсорбента, насыщенного окислами серы, путем контактирования с восстанавливающим газом, в частности водородом или газовой смесью, содержащей водород и окись углерода, при температуре от 150 до 450^oС с последующей подачей получаемого при этом газового потока на получение полезногоо вещества, например серной кислоты или элементарной серы [1]
Основной недостаток известного способа заключается в том, что адсорбированные окислы серы высвобождаются в результате воздействия восстанавливающего газа. Использование восстанавливающего газа, такого, например, как водород и окись углерода, для регенерации отработанного адсорбента отрицательно сказывается на экономичности процесса. Получение таких газов представляет собой потребляющий энергию процесс, что приводит к повышению общих затрат на процесс.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки отходящих газов от окислов серы, включающий контактирование отходящих газов с неподвижным слоем твердого адсорбента, содержащего окислы или (пиро)сульфаты ванадия и калия и нанесенного на пористый носитель при температуре примерно до 400^oC, отвод очищенных отходящих газов, регенерацию указанного адсорбента, насыщенного окислами серы, путем контактирования с подогретым до температуры примерно 650^oC воздухом с последующей подачей получаемого при этом газового потока на получение серной кислоты [2]
Недостатком известного способа является то, что наличие используемого для регенерации адсорбента и последующего получения серной кислоты потока воздуха, который затем подлежит очистке, усложняет не только технологию получения серной кислоты из содержащих окислы серы отходящих газов, но и повышает капиталовложения и производственные затраты.

Задачей изобретения является снижение общих затрат производства серной кислоты из отходящих газов, содержащих окислы серы.

Данная задача решается в способе очистки отходящих газов от окислов серы, включающем стадии контактирования отходящих газов с неподвижным слоем твердого адсорбента на основе пятиокиси ванадия, нанесенного на пористый носитель, при температуре от 250 до 400^oС, отвода очищенных отходящих газов, регенерации указанного адсорбента, содержащего окислы серы, путем контактирования с воздухом при температуре от 500 до 650^oС с последующей подачей получаемого при этом газового потока на получение серной кислоты за счет того, что перед подачей на получение серной кислоты часть используемого для регенерации воздуха рециркулируют в неподвижный слой адсорбента, содержащего дополнительно пиросульфаты по меньшей мере одного щелочного металла.

Получение серной кислоты предпочтительно осуществляют путем гидратации десорбировавшейся серы в использующемся для регенерации воздуха до паров серной кислоты и конденсации образовавшихся паров серной кислоты в аппарате известной конструкции.

Согласно предпочтительному признаку осуществления изобретения используют твердый адсорбент, который представляет собой пористый носитель из двуокиси кремния с объемом пор от 0,3 до 1 см³/г, содержащий от 5 до 9 мас. пятиокиси ванадия и пиросульфатов натрия и калия при молярном соотношении калия или натрия к ванадию, равном 2-4 и 0-1 соответственно. Такие адсорбенты изготовляются заявителем и имеются в торговле под названием "VR-Catalyst". Они представляют собой кольцеобразные частицы или монолитный блок с выполненными в нем сквозными каналами.

При осуществлении предлагаемого способа содержащиеся в отходящих газах окислы серы, обычно в виде двуокиси серы, сначала каталитически окисляются до трехокиси серы при температуре от 250 до 400^oС путем контактирования отходящих газов с пятиокисью ванадия согласно следующей схеме реакции:
SO₂+V₂O₅_→ SO₃•V₂O₄ (1)
Образовавшаяся трехокись серы адсорбируется находящимся в порах адсорбента пиросульфатом, причем пиросульфат претерпевает следующее превращение:
SO₃+S₂O_→ SO₃O (2)
На следующей стадии процесса отработанный адсорбент, содержащий трехокись серы, регенерируется воздухом.

При температурах выше 500^oС трехокись серы десорбируется из пиросульфатов и тетрахлорид ванадия окисляется до пятиокиси ванадия согласно следующей схеме реакции:
S₃O _→ S₂O+SO₃ (3)
V₂O₄+1/2 O₂_→ V₂O₅ (4)
Процессы адсорбции и регенерации можно осуществлять непрерывно, например, за счет того, что используют по меньшей мере два параллельно работающих слоя адсорбента, при этом по меньшей мере один слой находится на стадии адсорбции, а другой слой на стадии регенерации.

На чертеже представлена упрощенная схема предпочтительного варианта осуществления предлагаемого способа.

В представленной на чертеже установке, содержащей параллельно работающие адсорберы 1-6, один адсорбер всегда находится на стадии регенерации. Во время регенерации адсорберы связаны с аппаратом 7 для получения серной кислоты путем конденсации (далее "конденсатор 7").

Подаваемые по линии 8 отходящие газы, содержащие окислы серы, распределяются по работающим при температурах от 250 до 450^oС адсорберам 1-6 через линии 9-14 с размещенными в них клапанами 15-20.

Каждый адсорбер 1-6 содержит неподвижный слой 21 упомянутого торгового, имеющего каталитические свойства адсорбента в виде монолитных блоков, имеющих сквозные каналы с внутренним диаметром 6 мм. Во время пропускания через адсорберы 1-6 двуокись серы в отходящих газах окисляется и адсорбируется на адсорбенте. По линиям 22-27 отводится не содержащий серу газ, который выпускается в атмосферу по линии 28.

Согласно чертежу отработанный адсорбент в адсорбере 6 регенерируется воздухом при 350-600^oС, который подается по линии 29 и рециркуляционной линии 30.

Во время регенерации горячим воздухом адсорбированная трехокись серы десорбируется описанным выше образом. Содержащий трехокись серы воздух отводится из адсорбера 6 при помощи клапана 31. Часть этого воздушного потока рециркулируется по линии 30 и смешивается с дополнительным воздушным потоком, подаваемым по линии 29. Остаток отработанного воздуха подают по линии 32 в конденсатор 7.

При высоких температурах регенерации часть трехокиси серы может разлагаться до двуокиси серы. Поэтому отработанный воздух, который подается в конденсатор 7, можно предварительно подавать на стадию каталитического окисления, где двуокись серы окисляется до трехокиси серы путем контактирования со стандартным катализатором.

В конденсаторе 7 расположены стеклянные трубки 33, которые снаружи охлаждаются воздухом. В конденсаторе 7 отработанный воздух проходит внутри трубок 33. При этом осуществляется косвенный теплообмен с охлаждающим воздухом, подаваемым в конденсатор 7 по линии 34. При этом трехокись серы в воздухе конденсируется в трубках до серной кислоты.

После пропускания через трубки 33 используемый для регенерации воздух очищен и его выпускают в атмосферу через линию 35.

Охлаждающий воздух подают по наружной поверхности трубок 33 противотоком к отработанному воздуху, пропускаемому через трубки 33. После охлаждения трубок 33 охлаждающий воздух отводят из конденсатора 7 по линии 36. Часть отводимого охлаждающего воздуха рециркулирует по линии 29 в адсорбер 6, в котором он используется в качестве свежего воздуха для осуществления регенерации отработанного адсорбента. Перед подачей в адсорбер 6 воздух подогревают в теплообменнике 37 путем косвенного теплообмена с отработанным воздухом, отводимым из адсорбера 6. Подогретый воздух смешивают с рециркулируемым по линии 30 воздухом и объединенный воздушный поток далее нагревается при помощи горелки 38 до подачи в адсорбер 6. Линия 30 связана с адсорберами 1-5 при помощи клапанов 39-43.

Последующие процессы очистки отходящих газов осуществляют аналогично вышеописанному образу действий. При осуществлении каждого цикла очистки всегда 5 адсорберов находятся на стадии адсорбции, а один адсорбер на стадии регенерации.

Пример. В установку подают отходящие газы, содержащие 600 ч./мл двуокиси серы, примерно 7% воды и около 4% кислорода. Всего 106 нм³/ч отходящих газов распределяют при температуре 350^oС по адсорберам 1-5, которые находятся на стадии адсорбции. Адсорбер 6 находится на стадии регенерации. Каждый адсорбер 1-6 содержит 41,103 кг упомянутого адсорбента марки VK, который имеет адсорбционную емкость примерно 0,05 кг трехокиси серы на кг адсорбента. При пропускании через адсорберы 1-5 570 нм³/ч двуокиси серы в отходящих газах адсорбируется адсорбентом в течение 5 ч. При этом содержание двуокиси серы в отходящих газах снижается на 95% При этом получают очищенный газ, содержащий 30 ч./мл двуокиси серы и около 5 ч./мл трехокиси серы.

Регенерацию адсорберов (в данном примере адсорбера 6) осуществляют при использовании воздуха, подаваемого в направлении, противоположном направлению перемещения отходящих газов во время адсорбции. 39 000 нм³/ч охлаждающего воздуха, выходящего из конденсатора 7, направляют на стадию регенерации. Этот охлаждающий воздух с температурой примерно 205^oС подогревают до температуры примерно 377^oС в теплообменнике 37. Во время первых 30 мин цикла регенерации воздух смешивают с 40 000 нм³/ч отработанного воздуха, который рециркулирует со стадии регенерации, осуществляемой в адсорбере 6. Общий поток 79 нм³/ч воздуха далее нагревается до 580^oС при помощи горелки 38, размещенной между местом объединения линий 29 и 30 и адсорбером 6. Горячий воздух приводит к нагреву адсорбера, в результате чего горячие воздушные волны перемещаются через слой адсорбента. Через 30 мин примерно 40 000 нм³ горячего воздуха пропущено через адсорбер, после чего рециркуляцию и работу горелки прекращают и адсорбер переключают на 30-ти минутную регенерацию при температуре примерно 377^oС путем подачи 39 000 нм³/ч предварительно подогретого охлаждающего воздуха, отводимого из конденсатора 7. Всего через 60 мин клапан регенерации 31 закрывают.

Во время регенерации адсорбера 6 адсорбированная трехокись серы десорбируется и поглощается потоком 40 000 нм³/ч воздуха. Перед подачей в конденсатор 7 воздух подают на стадию каталитического окисления серы. После осуществления этого процесса используемый для регенерации воздух содержит 1,41% трехокиси серы, 0,014 двуокиси серы и около 3% воды. Перед введением в конденсатор 7, в котором осуществляется десульфурация, температура отработанного воздуха доводится до 270^oС путем вышеописанного косвенного теплообмена.

В конденсаторе 7 основная часть трехокиси серы, содержащейся в отработанном воздухе, конденсируется в виде серной кислоты, которая отводится на днище конденсатора по линии 36. Очищенный таким образом воздух содержит примерно 5 ч./мл трехокиси серы и 145 ч./мл двуокиси серы. Он отводится из конденсатора 7 по линии 35.

Реферат

Изобретение относится к способам очистки отходящих газов от окислов серы. Сущность способа заключается в контактировании очищаемых газов с неподвижным слоем адсорбента на основе V₂O₅, нанесенного на пористый носитель из SiO₂ с объемом пор 0,3-1 см³ /г, содержащий пиросульфаты натрия и/или калия, при 250-400^oС и при молярном соотношении калия и натрия к ванадию, равном 2-4 и 0-1 соответственно. Отработанный адсорбент подвергают регенерации путем контактирования с воздухом при 500-650^oС с последующей подачей получаемого при этом газового потока на получение H₂SO₄. При этом часть используемого для регенерации воздуха рециркулируют в неподвижный слой адсорбента. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Формула