способ переработки газов, содержащих диоксид серы, с получением серной кислоты

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВ, СОДЕРЖАЩИХ ДИОКСИД СЕРЫ, С ПОЛУЧЕНИЕМ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ, включающий конверсию диоксида серы в присутствии кислорода и влаги пропусканием газов через локально-ограниченную зону плазменного образования, создаваемую электрическим разрядом, генерируемым между двумя электродами в газовой смеси, отличающийся тем, что в качестве электрического разряда используют импульсный линейно-стабилизированный поверхностный разряд, при этом длительность импульса тока разряда составляет 1-100 мкс, а величину удельной энергии, подводимой к разряду за один импульс, устанавливают равной 10³ - 10⁵ Дж на 1 м длины межэлектродного расстояния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области по- лучения серной кислоты из отходящих газов, содержащих диоксид серы, кислород и влагу, и может быть использовано в цветной металлургии, химической и энергетической отраслях промышленности.

Известен способ получения серной кислоты, согласно которого в печь для сжигания элементной серы подается сжатый воздух под давлением 0,5 МПа. Образованный газ с концентрацией 12 об.% SO₂ проходит котел-утилизатор и газовый фильтр и затем с температурой 430^oC поступает в контактное отделение, где по схеме ДКДА происходят процессы конверсии и абсорбции газа под давлением. На выходе из последнего абсорбера газ подогревают до 500^oC, пропуская через два теплообменника и подают на турбину для сброса давления. Отходящий газ сернокислотной установки сбрасывается в атмосферу. Общая степень конверсии газа на двух стадиях составляет 99,85%.

Недостаток этого способа заключается в сложности аппаратурного оформления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, является известный способ получения серной кислоты, по которому смесь газов, содержащая диоксид серы, кислород и влагу пропускается через несколько локальноограниченных, отделенных одна от другой зон плазменных образований. Для создания последних применяются дуговые или коронные, или тихие разряды. Разряды генерируются между двумя электродами.

Недостатком известного способа является то, что при воздействии на газовую смесь применяемых типов электрических разрядов инициируются, в основном, плазмохимические реакции конверсии диоксида серы, характеризующиеся значительными потерями энергии разряда на нагрев смеси. Следствием этого является низкая степень конверсии диоксида серы.

Данное изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в получении серной кислоты из газов, содержащих диоксид серы, кислород и влагу.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения и заключается в повышении степени конверсии диоксида серы при полном использовании электрической энергии разряда.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения серной кислоты из газов, содержащих диоксид серы, кислород и влагу, путем окисления диоксида серы при пропускании газов через локальноограниченную зону плазменного образования, создаваемую электрическим разрядом, генерируемым между двумя электродами, согласно предлагаемому способу, в качестве электрического разряда используют импульсный линейно стабилизированный поверхностный разряд, при этом длительность импульса тока разряда составляет 1-100 мкс, а величину удельной энергии, подводимой к разряду, за один импульс устанавливают равной 10³-10⁵ Дж на 1 м длины межэлектродного расстояния.

Использование импульсного линейно стабилизированного поверхностного разряда с предлагаемыми интервалами энергомощностных параметров обеспечивает трансформацию подведенной к разряду электрической энергии в формируемое локально ограниченное плазменное образование, являющееся источником многофакторного воздействия на исходную газовую смесь:

потока ультрафиолетового излучения с спектрально-яркостной температурой, равной 20-25 кК;

электронов и ионизованных частиц со средней энергией 2-5 эВ;

ударной волны с давлением на фронте до 50 МПа, распространяющейся по окружающему газу со скоростью до 2-3 км/с.

Воздействие ультрафиолетового излучения с длинами волн = 200-340 нм, являющейся основной частью всего потока излучения плазмы разряда с спектрально-яркостной температурой 20-25 кК обеспечивает селективную фотохимическую конверсию SO₂ SO₃ без потерь энергии излучения основной среде. Протекание реакции преобразования SO₃+H₂O H₂SO₄ в условиях повышенных давлений также селективно ускоряются.

Указанное воздействие на исходную газовую смесь вызывает инициацию фотохимических и плазмохимических процессов, протекающих в зоне повышенного давления, что обеспечивает практически полную конверсию диоксида серы при полном использовании электрической энергии разряда.

Выбор граничных интервалов энергомощностных параметров импульсного линейно-стабилизированного поверхностного разряда ЛСПР - длительность импульса тока разряда _p = 1:100 мкс и удельной энергии подводимой к разряду за один импульс равной 10³ - 10⁵ Дж/м длины межэлектродного промежутка, обусловлен следующим.

При _p < 1 мкс и > 10⁵ Дж/м происходит разрушение узла ЛСПР, что приводит к прекращению процесса конверсии диоксида серы.

При _p > 100 мкс и > 10³ Дж/м уменьшается степень конверсии диоксида серы из-за ослабления эффективности воздействия разряда.

На чертеже представлена схема реализации способа.

Схема состоит из промывной башни 1 корпуса реактора 2 с расположенными в нем электродами 3, установленными на концах разрядной планки 4 абсорбера 5 с орошающим устройством 6, электрофильтра 7, сборника кислоты 8, холодильника 9 и насоса 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Газ, поступающий из промывной башни 1, содержащий 1-40 об.% SO₂, кислород и влагу подается в реактор 2 с температурой до 35^oC. В реакторе 2 между электродами 3, размещенными в его корпусе непосредственно в газовой смеси генерируется линейно стабилизированный поверхностный разряд с импульсно-периодическим режимом срабатывания с длительностью следования импульса _p = 1-100 мкс и удельной энергией, подводимой к разряду за один импульс = 10³-10⁵ Дж/м межэлектродного расстояния. После кратковременной стадии пробоя вдоль разрядной планки 4 формируется плазменное образование.

Кванты света от разрядной плазмы эффективно вызывают акты электронного возбуждения, ионизации, диссоциации атомов и молекул диоксида серы, кислорода, воды окружающего разряд газа, обеспечивая тем самым наработку химически активных свободных радикалов.

Генерируемая плазменным образовани ем вслед за световым потоком ударная волна распространяется в фотовозбужденную окружающую среду, где в соответствии с принципом Ле-Шарелье проходит до конца реакция образования серной кислоты

H₂O + SO₂ + 1/2 O₂ = H₂SO₄.

Образуемая серная кислота в виде капель и аэрозоля серной кислоты подается в абсорбер 5, где сорбируется орошаемой серной кислотой и стекает в сборник кислоты 8, откуда подается частично на циркуляцию насосом 10 через холодильник 9 и орошающее устройство 6.

Из абсорбера 5 газ направляется в скоростной мокрый электрофильтр 7 с охлаждаемыми осадительными электродами для санитарной очистки от токсичных веществ и удаления избыточной влаги из газового потока после чего выбрасывается в атмосферу. Уловленный продукт возвращают в сборник кислоты 8.

П р и м е р. Газовую смесь с расходом 2,5 10^-4 м³/c, с содержанием 15 об. % SO₂, 15 об.% H₂O, 10 об.% O₂ и остальное азот, с температурой 25-35^oC подают в реактор длиной 0,5 м с внутренним диаметром 0,15 м. При пропускании через реактор на нее воздействуют импульсным линейно стабилизированным поверхностным разрядом с длительностью импульса тока разряда 10 мкс, удельной энергией, подводимой к разряду за один импульс 0,75 10⁴ Дж/м и средней электрической мощностью 250 Вт.

Разряд создают между двумя электродами с расстоянием между ними 0,5 м при подаче напряжения 50 кВ. При степени конверсии, равной 99,9%, количество извлеченного из газовой смеси диоксида составляет 6,59 г/мин. Диоксид серы выделяют в виде 98,3%-ной серной кислоты в количестве 10,1 г/мин ( 1,83 г/см³).

Экспериментальная проверка способа и полученные данные, в сравнении с прототипом, представлены в таблице. Эксперименты проводили в условиях изменения основных параметров электрической цепи в диапазонах: электроемкость батареи конденсатора 1,5 40 мкФ, начальное напряжение на разряде 25-52 кВ, скважность импульса разряда > 2 c.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет:

повысить степень конверсии диоксида серы до 99,9% (в прототипе 80,0%);

снизить расход электроэнергии в 4-8 раз.

Кроме того, использование способа позволяет автоматизировать процесс.