2.3 Окисление сернистого ангидрида до серного на поверхности ванадиевого катализатора

Окисление сернистого ангидрида в серный кислородом происходит по реакции:

SO₂ + 1/2О₂ <=> SO₃ + Q (2.3.1)

Эта реакция является обратимой, т.е. может идти как в сторону образования серного ангидрида, так и в сторону его разложения.

Для того чтобы вести процесс окисления сернистого ангидрида при оптимальных температурах, следовало бы начинать его при максимально высокой температуре и по мере течения реакции постепенно снижать ее. Однако в практике нагревание исходного газа до очень высоких температур связано с большими трудностями.

Исходный газ нагревают до 420-450 °С - эта температура является минимальной, при которой контактный аппарат работает устойчиво и подают его на первый слой катализатора. По мере протекания реакции температура газа повышается. После достижения степени контактирования, близкой к равновесной, процесс окисления приостанавливается. Газовая смесь охлаждается в теплообменнике и направляется на 2-й слой катализатора. За счет снижения температуры равновесие реакции сдвигается в сторону образования SO₃, и вновь происходит окисление сернистого ангидрида и т. д.

Температуры, при которых следует начинать и заканчивать процесс на каждом слое, помимо состава газовой смеси зависят от марки катализатора, от температуры, от степени превращения, от состава газовой смеси, от гидравлического сопротивления слоя, от продолжительности работы катализатора, от объема перерабатываемой газовой смеси, от продолжительности времени контакта газа с катализатором.

2.3.1 Сущность технологического процесса контактного отделения

Технологический газ газодувной машиной подается в нагнетающий коллектор. Газ с температурой 50 – 60⁰С через маслоотделитель (насадка - пемза), где он очищается от механических примесей, конденсата серной кислоты и масла, поступает в межтрубное пространство внешних теплообменников (3 штуки), проходит их последовательно и поступает в межтрубное пространство выносного теплообменника второго слоя катализатора, затем проходит межтрубное пространство выносного теплообменника первого слоя. Проходя через теплообменники газ нагревается до температуры 380 – 420 ⁰С и подается на первый слой контактного аппарата. На первом слое в результате выделения большого количества тепла в процессе окисления диоксида серы до триоксида серы газ разогревается до 590 ⁰С. Степень превращения на первом слое 70 – 75 % и при этих условиях она оптимальна. При повышении температуры газа выше 580 ^оС степень превращения снижается. Поэтому для достижения оптимальной степени окисления диоксида серы газ необходимо остудить до температуры 460 – 470 ⁰С. Для снятия избыточного тепла газ направляется в трубное пространство выносного теплообменника первого слоя. В результате газ после первого слоя катализатора отдает тепло (охлаждается) и нагревает проходящий по межтрубному пространству свежий газ до температуры зажигания катализатора. После выносного теплообменника первого слоя газ подается на второй слой катализатора, где происходит дальнейшее окисление диоксида серы и разогрев газа до температуры 510 – 520 ⁰С. Степень превращения достигает 90 – 93%. После прохождения второго слоя газ для снижения температуры направляется в выносной теплообменник второго слоя, где охлаждается до температуры 450 ⁰С и направляется на третий слой катализатора. Степень превращения после третьего слоя достигает 97 %, температура газа - 460 ⁰С. Для снижения температуры газа до 430 ⁰С, он проходит встроенный теплообменник после третьего слоя и поступает на 4 слой катализатора для окончательного окисления диоксида серы, которое достигает 98 – 98,5 %. Газ после контактного аппарата с температурой не выше 440 ⁰С направляется в трубное пространство третьего внешнего теплообменника. Проходя последовательно через трубное пространство третьего, второго и первого внешнего теплообменника, газ охлаждается до температуры 180 – 210 ⁰С, при этом нагревая поступающий с маслоотделителей газ с 60 до 250 ⁰С. Дальнейший нагрев газа происходит в выносных теплообменниках первого и второго слоев катализатора. После первого внешнего теплообменника охлажденный газ, содержащий триоксид серы, направляется в абсорбционную башню.

В случае если температура газа на входе в первый слой контактного аппарата выше требуемой, на первый слой аппарата подается частично холодный газ с температурой 60⁰С, минуя все теплообменники, или часть газа после встроенного теплообменника. Также снизить температуру газа можно, подав часть холодного газа в межтрубное пространство выносного теплообменника второго слоя. Корректировку температуры в интервале 0 – 5⁰С можно сделать, подав частично газ после третьего внешнего теплообменника в межтрубное пространство выносного теплообменника первого слоя (линия байпаса Б-1) или подав часть газа после выносного теплообменника второго слоя непосредственно в линию подачи газа на первый слоя, минуя выносной теплообменник первого слоя (линия байпаса Б-2).

По мере увеличения нагрузки газа на систему сначала уменьшают, а затем прекращают подогрев газа в топочном подогревателе.

Газ после газодувной машины направляют, минуя подогреватель, непосредственно через внешние теплообменники в контактный аппарат.

Одновременно ведут выравнивание температур каждого из слоев контактной массы, регулируя подачу газа во внутренние теплообменники контактного аппарата, а также используя линии дополнительного регулирования температурного режима контактного аппарата (линии холодного байпаса).

Количество газа, подаваемое в каждый из промежуточных теплообменников, регулируется с помощью дроссельных задвижек.

В случае повышения температур они могут быть снижены подачей части холодного сернистого газа помимо внешнего теплообменника через, так называемый «холодный» байпас.

В случае если повышение температур явилось результатом высокой концентрации газа, принять меры к установлению нужной концентрации газа:

• открыть организованный подсос воздуха;

• снизить давление на входе в цех, связавшись с мастером газоочистки МПЦ.

В случае если первый и второй слой контактной массы имеют высокую температуру, а температура входа в третий слой низка, необходимо часть сернистого газа пустить помимо второго выносного теплообменника, открывая частично задвижку на газоходе обхода газа вокруг второго внешнего теплообменника, тем самым, снижая температуру газа на входе в первый слой и повышая температуру газа на входе в третий слой.

Точно также, при высокой температуре газа на входе в первый слой и при низких температурах второго слоя контактной массы, открывая задвижку на газоходе, идущем мимо первого выносного теплообменника контактного аппарата, можно снизить температуру первого слоя и повысить температуру второго слоя.

При этом необходимо помнить, что пользование задвижкой первого выносного теплообменника разрешается очень осторожно и только в случае крайней необходимости, так как при этом очень легко может быть полностью нарушен нормальный технологический режим контактного аппарата.

Бесперебойная, равномерная работа цеха возможна только в том случае, если обеспечивается равномерная подача газа и стабильная концентрация сернистого газа [5].

Нужно твердо помнить, что без равномерной подачи сернистого газа в контактное отделение нельзя достигнуть ритмичной работы цеха.

После контактного аппарата газ проходит, внешние теплообменники и направляется на абсорбцию.