способ получения серной кислоты

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ по циклической схеме, включающий сжигание серы в атмосфере кислорода, окисление полученного диоксида серы до триоксида, абсорбцию последнего, рециркуляцию отходящих газов со стадии абсорбции на стадию сжигания серы и/или на стадию окисления диоксида серы и отдувку части рециркуляционного газа, отличающийся тем, что содержащийся в отдуваемом газе диоксид серы подвергают сжижению и после отделения сжиженный диоксид серы возвращают в процесс.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отдуваемый газ перед сжижением охлаждают ниже 157^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения серной кислоты и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ получения серной кислоты путем сжигания серы или серосодержащего сырья, а далее окисления диоксида серы, абсорбции триоксида серы и с очисткой отходящих (отработанных) газов от диоксида серы путем улавливания их содовыми растворами, известковым молоком [1].

Однако в известных способах получения серной кислоты отработанные газы, содержащие диоксид серы, выбрасываются в атмосферу, в результате чего наносится ущерб окружающей среде.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения серной кислоты по циклической схеме, включающий стадии сжигания серы с подачей кислорода, окисления полученного диоксида серы до триоксида серы, абсорбции последнего, возврата (рециркуляции) отходящих газов со стадии абсорбции на стадию сжигания серы и (или) на стадию окисления диоксида серы и отдувки части рециркулируемого газа в выхлопную трубу [2]. Поскольку из-за накопления в цикле инертных газов отдувочные газы, содержащие диоксид серы, непрерывно удаляются в атмосферу, то и в данном способе происходит загрязнение окружающей среды.

Целью изобретения является повышение экологической безопасности сернокислотного производства.

Для этого в способе получения серной кислоты, включающем стадии сжигания серы (серосодержащего сырья) с подачей кислорода, окисления диоксида серы до триоксида серы, абсорбции последнего, рециркуляцию отходящих газов со стадии абсорбции на стадию сжигания серы и (или) на стадию окисления диоксида серы и отдувку части рециркулируемого газа, дополнительно в отдуваемом газе сжижают диоксид серы, отделяют его и возвращают на переработку. При этом отдуваемый газ перед сжижением охлаждают до температуры ниже 157^оС.

Обеспечение экологической безопасности сернокислотных производств является актуальной задачей. Недостаток известных способов получения серной кислоты предопределен сбрасыванием отработанных газов, содержащих диоксид серы, в атмосферу.

В предлагаемом способе производства серной кислоты повышение экологической безопасности достигается за счет замыкания по диоксиду серы технологии получения серной кислоты, что основано на выделении из отдувочных газов путем сжижения и сепарации от инертных газов диоксида серы и возврате его в систему на переработку. Предложенная технологическая операция обработки отдувочных газов придает сернокислотному производству новое свойство - полное замыкание технологии производства по диоксиду серы. Такое замыкание повышает экологическую безопасность системы как в режимах нормальной эксплуатации, так и в пусковых режимах.

На основании изложенного заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками предлагаемого способа получения серной кислоты с замкнутым по диоксиду серы газооборотом, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг.1 для наиболее распространенной технологии получения кислоты из серы контактным методом приведена схема сернокислотного производства, в которой реализован предлагаемый способ. Технологическая схема содержит следующие элементы: А - стадия сжигания серы; В - стадия окисления диоксида серы; С - стадия абсорбции триоксида серы; К - компрессор; S - сепаратор; Р - линия рецикла отработанных газов; Х - холодильник; I - линия подачи серы; II - линия подачи кислорода; III - линия подачи воды; IV - линия отвода кислоты.

В таблице приведен материальный баланс (на тонну моногидрата) для типовой нитки сернокислотного производства (базовый объект) и для предлагаемого способа. Баланс показан для случая использования чистого кислорода. При использовании технического кислорода степень чистоты последнего определяет величину потока отдувки из С на вход К.

Способ осуществляют следующим образом.

На стадию А подают серу 335,8*П кг/ч, где П - заданная производительность производства по моногидрату. Сюда со стадии абсорбции подают отработанный газ (2774,4*П кг/ч), содержащий 311,6*П кг/ч кислорода, и дополнительно подают кислород (503,7-311,6)*П кг/ч. Подачу свежего кислорода определяют из материального баланса процессов сжигания серы и окисления диоксида серы по формуле

G_k = G_c*M_к/M_c + G_o*C_o*M_к/M_д -

-G_p*(C_к - C_к³), (1) где G_к, G_c, G_o, G_p - расход соответственно кислорода, серы, обжигового газа и рециркулируемого газа, кг/ч; М_к, М_с, М_д - молекулярный вес соответственно кислорода, серы и диоксида серы;

С_о, С_к - концентрация соответственно диоксида серы в обжиговом газе и кислорода в рециркуляте, мас.%; С_к³ - заданная концентрация кислорода в рециркулируемом газе, мас.%.

Управляют подачей кислорода по величине G_к, значение которой формируют в схеме управления, приведенной на фиг.2. Данная схема включает вычислительное устройство 1, датчики 2-4 расхода серы, рециркулируемого и обжигового газа соответственно, датчики 5 и 6 концентрации кислорода в отработанном газе и диоксида серы в обжиговом газе соответственно.

Рассчитывают расход G_к кислорода в вычислительном устройстве 1 по сигналам от датчиков 2-6. Определение расхода кислорода по формуле (1) исключает потери серы от неполноты сжигания серы и окисления диоксида серы, кроме того, накопление кислорода в замкнутой системе газооборота. Последнее возможно из-за ухудшения качества серы, снижения активности катализатора. В этом случае расход кислорода, определяемый по материальному балансу процессов сжигания серы и окисления диоксида серы, оказывается завышенным. Однако в формуле (1) предусмотрена коррекция G_к по информации от датчиков 3 и 5, установленных на линии рецикла.

Таким образом, управление подачей кислорода с использованием формулы (1) является необходимым условием стабильности работы замкнутой системы.

Обжиговый газ с выхода стадии А последовательно проходит стадии В и С, в которых газ подвергается такой же переработке, как и в аналогичных стадиях известных способов получения серной кислоты. С выхода стадии абсорбции отработанный газ по линии Р возвращают на стадию А, т.е. в начало системы. В реальных условиях из-за накопления инертных газов и нарушений под действием возмущений режимов стадий производства расход рециркулируемого газа увеличивается, что дестабилизирует работу системы.

Для предотвращения такой дестабилизации часть рециркулируемого газа отдувают, т. е. выводят из газооборота. В прототипе отдувку осуществляют непосредственно на выхлоп. Поскольку рециркулируемый газ содержит диоксид серы, то такой прием стабилизации режимов работы системы является источником загрязнения атмосферы диоксидом серы. В предлагаемом способе этот недостаток исключен тем, что отдуваемый газ вначале подают в компрессор К, а из него в сепаратор S. Давление компремирования устанавливают таким, чтобы обеспечивалось сжижение диоксида серы, а в сепараторе - его отделение от остальной части отводимого газа. Из сепаратора S газовую фазу (нейтральные газы) сбрасывают в атмосферу, а жидкий диоксид серы возвращают в систему на переработку, например дросселируют с низа сепаратора на стадию окисления.

Давление, при котором происходит сжижение диоксида серы, зависит от температуры. Например при температуре газа 20^оС это давление не ниже 0,4 МПа, а при 50^оС - не ниже 0,84 МПа. Однако существует критическая температура, т. е. температура, выше которой газ нельзя перевести в жидкое состояние при любом повышении давления. Для диоксида серы критическая температура равна 157,2^оС. Поэтому тогда, когда температура рециркулируемого газа выше 157^оС, отдуваемый газ перед сжижением, т.е. перед подачей в компрессор, охлаждают ниже 157^оС. С этой целью отдуваемый газ подают вначале в холодильник Х, а затем направляют в компрессор К.

П р и м е р. На стадию окисления диоксида сере подают 1700 м³/ч SO₂ и 850 м³/ч О₂ [1]. При этом в прототипе в выхлопную трубу отдувается 50 м/ч циркулируемого газа, в том числе 0,17 м³/ч SO₂ (при степени превращения диоксида серы 99,5% на стадии контактирования).

В предлагаемом способе 50 м³/ч отдуваемого газа подают на компрессор К, в котором сжимают газ до давления (не ниже 2 МПа при температуре отдуваемого газа 80^оС), обеспечивающего сжижение 0,17 м³/ч диоксида серы, а в сепараторе S отделение SO₂. Из сепаратора диоксид серы возвращают в систему, при этом 49,83 м³/ч инертных газов сбрасывают в атмосферу.

Величину отдувки G_s, определяют в вычислительном устройстве 1. Для этого сравнивают текущее (измеренное) и заданное значения расхода рецикла и вычисляют разность этих значений, т.е. искомое значение G_s.

Предлагаемый способ, кроме достижения поставленной цели, обладает следующими положительными свойствами.

В предлагаемом способе легко осуществить регулирование подачи диоксида серы из сепаратора, а также переключать подачу диоксида серы с одного слоя катализатора контактного аппарата на другой. В связи с этим такая организация отдувки содержит в себе новое управляющее воздействие работой контактного аппарата. Другое положительное свойство предлагаемого способа связано с периодами пуска и остановки производства. В эти периоды существенное повышение экологической безопасности производства достигается за счет возможности аккумулирования в сепараторе S выделяемого из выхлопных газов диоксида серы и его последующей переработки в режимах нормальной эксплуатации. Данное обстоятельство позволяет ослабить регламентные требования к технологическим режимам в периоды пуска и остановки производства.