1.Основная часть

1.1 Технологическая схема контактирования контактного аппарата(контактно-компрессорного отделения)

В данной работе рассмотрен процесс окисления серного ангидрида на ванадиевом катализаторе.

Окисление сернистого ангидрида до серного ангидрида на ванадиевом катализаторе (контактно-компрессорное отделение).

Процесс окисления сернистого ангидрида протекает по реакции: SО₂ + ½ О₂ = SО₃ + 96,114 кДж

Процентное соотношение количества окисленного сернистого ангидрида к первоначальному его общему количеству в газе называют степенью превращения (конверсии) или процентом окисления (контактирования).

Реакция окисления SО₂ в SО₃ экзотермична (т.е. протекает с выделением тепла) и обратима.

В производственных условиях большое значение имеет скорость реакции окисления, на которую влияют давление, активность катализатора, состав газа, температура. Так как реакция экзотермична ( реакция сопровождается выделением тепла ), то понижение температуры смещает равновесие реакции в сторону образования SО₃, т.е. ведет к повышению равновесной степени превращения. В то же время, скорость процесса контактирования находится в прямо пропорциональной зависимости от константы скорости реакции, которая с повышением температуры увеличивается. Таким образом, скорость процесса окисления SО₂ в SО₃ зависит от двух величин, одна из которых с повышением температуры увеличивается, а другая уменьшается. Поэтому, при различном составе газа оптимальные температуры процесса окисления неодинаковы. Стремятся вести процесс так, чтобы скорость окисления была возможно большей в начале процесса, т.е. при максимально возможной температуре, а по мере увеличения степени превращения температуру следует понижать.

В данной схеме применен метод двойного контактирования, который позволяет:

1. повысить процент контактирования и обеспечить выбросы вредных веществ в атмосферу в пределах санитарных норм;

2. увеличить скорость окисления SО₂ в SО₃.

В данном производстве применяется ( в данной технологической схеме) ванадиевый катализатор. Механизм окисления сернистого ангидрида в серный в этом случае следующий. Активным комплексом в ванадиевой контактной массе является соединение пятиоксида ванадия с пиросульфатом калия V₂О₅·К₂S₂О₇, которое при температуре выше

380 ºС находится в виде расплава на поверхности пористого носителя.

Сернистый ангидрид и кислород, абсорбируемые поверхностью катализатора и растворенные в расплаве, взаимодействуют с пятиокисью ванадия при последовательном протекании следующих реакций:

V₂О₅ + SО₂ = V₂О₄ + SО₃

V₂О₄ + ½ О₂ = V₂О₅

С течением времени активность ванадиевого катализатора снижается, поэтому для достижения максимальной степени превращения постоянно повышают температуру на входе во все слои контактного аппарата.

Учитывая условия ведения процесса окисления SО₂ в SО₃, регламентируемая степень превращения не менее 99,6%, достигается поочередным контактированием газовой смеси в 4-х слойном контактном аппарате (поз.890) со ступенчатым охлаждением газа в теплообменниках. Окисление сернистого ангидрида в серный в контактном аппарате осуществляется посредством кислорода, содержащегося в газе.

Контактный аппарат (поз.890) представляет собой стальной вертикальный цилиндрический аппарат, футерованный внутри огнеупорным кирпичом и теплоизолированный снаружи. По центру контактного аппарата проходит опорная труба. Между трубой и корпусом аппарата на четырех отметках смонтированы радиальные балки, на которых установлены чугунные колосники. На колосники настилается сетка из нержавеющей стали с ячейками 10х10 мм, на которую укладывается слой кварца с размером кусков 20х25 мм высотой 50 мм. На кварц равномерно насыпается контактная масса. Каждый слой контактного аппарата имеет свой вход и выход газа и снабжен двумя люками: над слоем контактной массы и под полкой. Сам контактный аппарат внутри футерован огнеупорным кирпичом, а снаружи покрыт теплоизоляционными материалами.

Слои контактной массы в контактном аппарате (поз.890) располагаются (сверху вниз) в следующей последовательности: 1-й , 2-й , 3-й и 4-й.

Технологический газ с температурой 390-430 ºС и объемной долей SО₂ не более 12 % (об) поступает на 1 слой контактного аппарата (поз.890), где происходит окисление в серный ангидрид 65% SО₂ от общего его количества поступающего в аппарат, в результате чего температура газов возрастает до 610 – 620 ºС.

Газ после первого слоя направляются в пароперегреватель второй ступени (поз.501/2). В пароперегревателе второй ступени (поз. 501/2) происходит охлаждение сернистого ангидрида до температуры 445 – 460 ºС и перегрев насыщенного пара с температуры 280 – 300^оС до температтуры 480 – 490^оС.

Далее газ поступают на 2-й слой контактного аппарата. На 2-м слое окисляется 83 – 85 % SО₂ от общего количества сернистого ангидрида, входящего на 1-й слой контактного аппарата. В результате реакции температура газа на выходе из 2-го слоя возрастает до 510-540 ºС.

Охлаждение газа происходит в трубном пространстве теплообменника (поз.893) до температуры 440-450 ºС, после чего газ поступает на 3-й слой контактного аппарата, где окисляется 93 – 95 % SО₂, при этом температура газа повышается до 470 – 490 ºС.

После третьего слоя газовая смесь направляется на первую ступень абсорбции в первый моногидратный абсорбер поз.852. Предварительно газ охлаждается в трубном пространстве теплообменника поз. 892 до температуры 350–360^оС, в экономайзере 2-й ступени поз. 501/1 - до температуры 255 – 265 ^оС.

В экономайзере происходит нагрев питательной воды с температуры 180 – 195^оС до 210–235^оС, после чего вода поступает в барабан - сепаратор энерготехнологического котла РКС 95/40 поз.501.

Дальнейшее охлаждение газа с температуры 255 – 265^оС до температуры 170 – 180^оС происходит последовательно в теплообменниках поз. 891 и 909. Охлаждение осуществляется технологическим газом, поступающим после первой ступени абсорбции.

После первого моногидратного абсорбера поз. 852 (первой ступени абсорбции) газовая смесь направляется на вторую ступень конверсии (на IV слой катализатора), предварительно нагреваясь до температуры 390 – 420^оС в теплообменниках поз. 909,891,892,893.

На 4-ом слое катализатора происходит дальнейшая конверсия диоксида серы в триоксид серы, окисляется 96 % SО_2.. Газ после 4-го слоя катализатора с температурой 435-445ºС проходит блок пароперегреватель 1-й ступени + экономайзер 1-й ступени (поз.910) и, охлаждаясь в нем до температуры

135 – 155^оС поступает на 2-ую ступень абсорбции во 2-ую абсорбционную башню (поз.857).

Общая степень превращения диоксида серы в триоксид серы составляет не менее 99,6%, в том числе на первой ступени контактирования – 93,0 – 95,0 %.

В пароперегревателе 1-й ступени поз. 910 происходит перегрев насыщенного пара с температуры 220-250^оС до температуры 280-300^оС, после чего пар поступает в пароперегреватель второй ступени поз. 501/2. В экономайзере 1-й ступени поз. 910 происходит нагрев питательной воды с температуры 105-125^оС до температуры 180-195^оС, после которого вода поступает в экономайзер второй ступени поз. 501/1.

Для регулирования температуры технологического газа на входе в слои контактного аппарата, минуя соответствующий теплообменник, имеются байпасные линии, по которым подается часть газа.

Регулирование температуры производится при помощи дроссельных заслонок с электроприводом, установленных на байпасах, дистанционно, вручную.

Первоначальный пуск контактного аппарата (поз.890) и разогрев его после длительной остановки производится с помощью пусковой установки, состоящей из 2-х теплообменников (пусковых подогревателей) (поз.900, 901), пусковой топки (поз.899) и вентилятора (поз.898).

Пусковые подогреватели (поз.900, 901) предназначены для подогрева сухого воздуха. Осушенный в сушильной башне воздух подается в межтрубное пространство подогревателей (поз.900,901) последовательно. Температура воздуха на выходе из подогревателя (поз.900), на входе в контактный аппарат, должна быть 420-450 ºС. Подогрев осушенного воздуха осуществляется дымовыми газами, проходящими последовательно по трубному пространству подогревателей (поз. 900, 901). Дымовые газы образуются в пусковой топке (поз.899) при сжигании природного газа. Температура дымовых газов на выходе из топки (поз.899) не должна превышать 650 ºС.

Дымовые газы выбрасываются в атмосферу через трубу. Воздух для сжигания природного газа нагнетается в топку вентилятором (поз.899).

Разогрев первой и второй ступени контактного аппарата (поз.890) может происходить одновременно.

Пуск контактного аппарата на технологическом газе производится при условии, что контактная масса имеет температуру не менее 380ºС, а выходные температуры должны быть не менее 320 ºС во избежание конденсации паров серной кислоты в аппарате.

Одновременно с разогревом контактного аппарата производится разогрев циклонных топок горелками природного газа до температуры дымовых газов на выходе из энерготехнологического котла 420-450 ºС.

Пусковые подогреватели (поз.900, 901) представляют собой стальной кожухотрубный аппарат с неподвижными трубными решетками, с температурным компенсатором на кожухе. Подогреватель имеет верхнюю и нижнюю распределительные камеры. Корпус верхней камеры футерован огнеупорным кирпичом. Трубки размером 57х3 мм, длиной 7000 мм в количестве 1446 шт. расположены внутри аппарата в трубных решетках.

Пусковая топка (поз.899) состоит из трех частей: регулятора воздуха, теплогенератора газового смесительного, камеры сгорания.

Регулирование температуры дымовых газов после подогревателя (поз.901) осуществляется автоматически путем изменения подачи природного газа в пусковую топку.

Температура дымовых газов на выходе из пусковой топки регулируется автоматически путем изменения подачи воздуха на всасе вентилятора (поз.898/1).

Температура воздуха после подогревателя (поз.900) в пусковой период автоматически регулируется изменением расхода воздуха на входе в контактный аппарат (поз.890).