Система двойного контактирования и двойной абсорбции (дк/да)

Несмотря на довольно большую степень превращения - 98%, мощные сернокислотные системы, производящие до 540 т продукта в сутки, ежечасно выбрасывают в атмосферу более 300 кг диоксида серы. Исходя из данных по равновесию реак­ции окисления SO₂, увеличить степень превращения можно снижением температуры в последних слоях ниже 610 К или по­вышением давления более 1,2 МПа. Возможность снижения температуры ограничена активностью имеющихся катализато­ров, повышение давления усложняет инженерное оформление процесса.

Эффективным способом увеличения степени превращения в обратимой реакции является удаление ее продукта Функцио­нальная схема такого способа показана на рис. 11. Подсистема получения сернистого газа (обжиг серосодержащего сырья) принципиально не меняется. Полученный сернистый газ час­тично окисляется в первом реакторе, после чего в первой (промежуточной) ступени абсорбции из него удаляется SO₃.

Рис. 11. Функциональная схема производства серной кислоты по методу «двойное контактирование - двойная абсорбция»:

I - получение SO₂; 2 - промывка обжигового газа; 3, 5 - первая и вторая системы окис­ления SO₃; 4. 6 - первая и вторая системы абсорбции

Далее оставшийся SO₂ окисляется во втором реакторе, и газ направ­ляется на вторую абсорбцию. В отсутствие S0₃ окисление SO₂ во втором реакторе будет более полным.

В этой схеме для проведения реакции окисления также ис­пользуют многослойные реакторы с промежуточными теплооб­менниками, но реакционную смесь приходится нагревать дваж­ды - в первом реакторе и после ее охлаждения для промежуточ­ной абсорбции SO₃ - перед вторым реактором. Нагрев осу­ществляется за счет тепла реакции в промежуточных теп­лообменниках, как в реакторе в схеме одинарного окисления (рис. 5.33). Но во второй ступени окисляется низкоконцентри­рованный газ, теплоты реакции недостаточно, и для нагрева реакционной смеси необходимы теплообменники с большой поверхностью. Увеличить количество выделяющегося тепла можно за счет увеличения начальной концентрации SO₂. По­этому в системах ДК/ДА используют газ, содержащий не менее 10% SO₂. Во избежание перегрева катализатора в первом слое температура на входе не должна превышать 695 К, для чего ис­пользуют низкотемпературные катализаторы. Кроме того, для нагрева газа во втором реакторе частично используют теплоту реакции, выделяющуюся в первом реакторе.

Технологическая схема стадий окисления и абсорбции в си­стеме ДК/ДА представлена на рис. 12. На первой стадии окис­ления использован трехслойный реактор . Концентрация SO₂ в поступающем газе - 9,5-10,5%. Степень превращения на выходе из реактора 90-95%. Промежуточная абсорбция SO₃ включает олеумный 2 и моногидратный 3 абсорберы. После них газ со­держит только 0,6-1% SO₂. Для его нагрева до температуры ре­акции (690-695 К) используют теплообменник после второго слоя реактора 1. Реакторы первой и второй ступени окисления конструктивно объединены в одном корпусе (на рис. 5.36 они показаны отдельно). Степень превращения оставшегося SO₂ составляет примерно 95%, общая степень превращения 99,6- 99,8%. Сравним: если бы не было промежуточной абсорбции, то степеннь превращения оставшихся 1 - 0,6% SO₂ в присутствии SO₃ не превысила бы 50%. Небольшое количество образовав­шегося SO₃ полностью поглощается во втором моногидратном абсорбере 3.

Рис. 12. Технологическая схема стадий контактирования и абсорбции в систе­ме «двойное контактирование - двойная абсорбция»:

1. 111 - первая и вторая ступени окисления SO; ii, iv - первая и вторая системы аб­сорбции SO водой; 1 - реактор (первая и вторая ступени окисления, расположенные в одном корпусе, показаны отдельно); 2 - олеумный абсорбер; 3 - моногидратный абсорбер; 4 - выносные теплообменники реактора; 5 - холодильники кислоты

Как видим, количество непревращенного SO₂ (и, следова­тельно, выбросов в атмосферу) в системе ДК/ДА уменьшается почти в 10 раз по сравнению с системой однократного контак­тирования. Но для этого приходится поверхность теплообмен­ников увеличивать в 1,5 - 1,7 раза.