Основное технологическое оборудование контактного отделения сернокислотного цеха

Для осуществления процесса окисления S0₂ применяются различные контактные аппараты (реакторы); в последние годы преимущественное распространение получили контактные аппа­раты с промежуточным охлаждением (теплообменом), которые отличаются простотой, возможностью использования тепла ре­акции, малым гидравлическим сопротивлением и другими до­стоинствами.

В этих реакторах теплообменники размещены внутри кон­тактного аппарата или вне его;последние называются контактными аппаратами с выносными теплообменниками.

Процесс окисления S0₂ в контактных аппаратах с промежу­точным теплообменом, состоит в том, что газ, подогретый до температуры несколько выше температуры зажигания (400— 420 °С), пропускают через первый слой контактной массы, где происходит окисление 60—80% S0₂ от его общего количества. За счет выделения тепла реакции температура газа повышается до 550—580 °С. Скорость реакции в таких условиях очень вели­ка, и для ее протекания требуется небольшое количество кон­тактной массы. Однако дальнейшее окисление диоксида серы приостанавливается, так как степень превращения практически достигает равновесной.

С понижением температуры газа на входе в первый слой контактной массы увеличивается степень превращения, дости­гаемая на этом слое, так как представляется возможным уве­личить разность температур на выходе и входе газа в этот слой, уменьшается необходимая поверхность теплообменника, в кото­ром нагревается газ, поэтому на первый слой загружают кон­тактную массу с пониженной температурой зажигания.

После первого слоя катализатора газ охлаждают до 460— 480 °С в теплообменнике или путем добавле­ния более холодного газа. В качестве охлаж­дающего агента в теплообменниках 2 и 3 может применяться холодный сернистый газ, поступающий на контактирование, вода или пар (в последних случаях теплообменник является кот­лом-утилизатором или пароперегревателем).

После охлаждения газ поступает во второй слой контактной массы, где протекает дальнейшее окисление SO₂. При этом тем­пература вновь повышается и газ снова нужно охлаждать и т. д.

В промышленности используются контактные аппараты с промежуточным теплообменом, имеющие от трех до пяти слоев контактной массы. При дальнейшем увеличении числа стадий степень превращения повышается незначительно, но сильно усложняется монтаж и обслуживание контактных аппаратов, поэтому такие многослойные аппараты применяются в редких случаях.

На рисунке показана схема контактного отделения с оди­нарным контактированием, в которой предусмотрен четырехслойный контактный аппарат с промежуточным теплообменом.

 

 

1. Схема контактного отделения производства серной кислоты:

а — одинарное контактирование; б — двойное контактирование; 1 - нагнетатель; 2 - теплообменник; 3 — контактный аппарат

При двойном контактировании устройство контактных аппа­ратов такое же, как и при одинарном контактировании; общее число слоев контактной массы составляет также от четырех до пяти.

Контактные аппараты

На рисунке изображен применяемый в отечественной про­мышленности контактный аппарат с промежуточным теплооб­меном производительностью 540 т серной кислоты в сутки, в котором для охлаждения газа после 1-го слоя добавляется хо­лодный сернистый газ. Аппарат состоит из стального цилиндри­ческого корпуса, в центре которого расположена опорная стой­ка, собранная из чугунных труб. Внутренний диаметр аппарата 8,5 м, общая высота 19,6 м. Контактная масса размещена на решетках, укрепленных в стенках аппарата и на опорной трубе.

Охлаждение газа после 2-го, 3-го и 4-го слоев контактной массы (II—IV) производится в промежуточных теплообменни­ках 1 — 3, вмонтированных в контактный аппарат. Теплообменные трубы расположены горизонтально и могут быть очищены и отремонтированы без выгрузки контактной массы.

При сжигании колчедана в печах КС получают высококон­центрированный обжиговый газ. В этом случае на первом слое.контактной массы иногда ведут окисление газа с повышенной концентрацией SO₂ (10—12%), а перед вторым слоем снижают содержание SO₂ в газе и повышают концентрацию кислорода, добавляя атмосферный воздух. Одновременно с уменьшением концентрации SO₂ понижается и температура газа, что исклю­чает необходимость применения теплообменника после 1-го слоя контактной массы.

Расположение промежуточных теплообменников внутри кон­тактного аппарата значительно усложняет его конструкцию, поэтому в последние годы в высокопроизводитель­ных контактных системах предусматриваются преимуществен­но контактные аппараты с выносными теплообменниками. Кроме простоты и надежной работы, достоинство таких аппаратов заключается еще в том, что в них легко созда­ются оптимальные условия для осуществления процесса окисле­ния S0₂ на катализаторе, а в выносных теплообменниках - оп­тимальные условия для процесса теплопередачи.

Нецелесообразность совмещения этих процессов в одном ап­парате проявляется особенно отчетливо с повышением произво­дительности контактных аппаратов.

 

2. Контактний апарат с кипящими слоями контактной массы

3. Контактный аппарат с выносными теплообменниками

На рисунке 3 изображен контактный аппарат с выносными теплообменниками производительностью 1000 т в сутки.

Примерная схема контактного аппарата с кипящими слоями контактной массы показана на риунке 2. Газ последовательно проходит снизу вверх через слои контактной массы, располо­женные на газораспределительных решетках 2. Избыточное реакционное тепло отводится с помощью теплообменных эле­ментов 3. Верхняя часть аппарата расширена и снабжена от­бойником 5 для уменьшения уноса катализатора из слоя.