Промышленные контактные узлы и аппараты

Источник: Справочник сернокислотчика. Коллектив авторов, под ред. проф. К.М.Малина

    Технологическая схема и аппаратурное оформление контактного узла зависят от характера применяемого сырья, способов отвода тепла реакции и других факторов.
    В контактных сернокислотных установках, работающих на сернистом газе, полученном при обжиге серного колчедана или сульфидных руд цветных металлов, обжиговый газ обычно проходит систему мокрой очистки и осушки. В контактное отделение сернистый газ подается газодувкой при температуре 40-70 °С. Перед поступлением на контактную массу исходный сернистый газ нагревается в теплообменниках за счет тепла реакционного газа.
    Сернистый газ, полученный сжиганием чистой серы или сероводорода, как правило, не подвергается специальной очистке. После охлаждения в котлах-утилизаторах исходный сернистый газ поступает в контактный узел при 420-440 °С.
    Производительность вновь устанавливаемых контактных узлов быстро возрастает. В СССР за последние 40 лет их максимальная производительность увеличилась с 70 до 1000 т/сутки.
    Аппараты с непрерывным теплообменом широко применялись при относительно небольших производительностях (от 30 до 100 т/сутки). При использовании принципа непрерывного теплообмена процесс окисления S0₂ удается приблизить к оптимальным условиям и уменьшить расход катализатора. Однако конструкция таких аппаратов значительно сложнее, чем аппаратов с промежуточным теплообменом, затруднен их ремонт и особенно замена контактной массы. Аппараты с непрерывным теплообменом имеют некоторую перспективу для применения при переработке сернистого газа повышенной концентрации (12-18 % SO₂).
    В настоящее время применяются почти исключительно контактные аппараты с промежуточным теплообменом. Для достижения степени окисления сернистого ангидрида 97,5-98,5 % необходимо 4-5 слоев катализатора, поэтому ранее применявшиеся трехслойные контактные аппараты заменяются на четырех- и пятислойные.
    На рис. IX-37 представлена схема контактного узла, включающего 4-слойный контактный аппарат с промежуточными теплообменниками, такие контактные узлы работают в сернокислотных цехах с полной схемой подготовки сернистого газа.
    Очищенный и осушенный сернистый газ нагревается за счет тепла реакционного газа, последовательно проходя внешний теплообменник и промежуточные теплообменники в контактном аппарате. Наибольшая разность температур между нагреваемым сернистым газом и реакционным газом создается при их противотоке во всех теплообменниках. Для поддержания оптимального температурного режима применяются байпасные газоходы с задвижками, регулирующими количество исходного газа, поступающего в теплообменники.

    С этой же целью в ряде контактных узлов температура реакционной смеси после 1-го слоя контактной массы регулируется путем поддува части исходного сернистого газа. После 1-го слоя можно поддувать как холодный сернистый газ (40-70 °С), так и газ, предварительно нагретый во внешнем теплообменнике до 220-250 °С. В первом случае поддувается около 20, во втором — около 30 % общего количества газа, поступающего в контактный узел.
    Некоторые иностранные фирмы разработали схемы контактных узлов, в которых часть тепла реакции отводится в теплообменниках, охлаждаемых воздухом. Применяется также подача на 1-й слой контактной массы сернистого газа повышенной концентрации. Например, при работе на колчедане в 1-й слой подается газ, содержащий 9-10 % S0₂. В этом случае часть промежуточных теплообменников заменена поддувом осушенного воздуха.
    В последние годы строится много контактных установок, работающих по методу двойного контактирования с промежуточной абсорбцией серного ангидрида. На рис. IX-38 представлена схема подобного контактного узла, разработанная фирмой «Лурги» (ФРГ).

    Сернистый газ после нагрева в теплообменниках первой ступени окисляется в трех слоях контактной массы на 90 %, а затем проходит промежуточную абсорбцию. Нагретый в теплообменниках второй ступени газ поступает на вторую ступень контактирования и затем на конечную абсорбцию.
    При использовании метода двойного контактирования оптимальная концентрация исходного газа повышается до 9-10 % SO₂ в установках, работающих на колчедане, и до 11-12 % в установках, работающих на сере. Общая степень контактирования достигает 99,5-99,8 %. Применение метода двойного контактирования позволяет значительно уменьшить содержание SO₂ в хвостовых газах, кроме того, уменьшается объем газа в контактном и абсорбционном отделениях. К недостаткам метода следует отнести необходимость тщательной очистки газа от брызг и тумана серной кислоты после промежуточной абсорбции и увеличение поверхности теплообменников контактного узла в 1,5-1,7 раза по сравнению с их поверхностью в обычных схемах.
    Промышленные контактные аппараты различаются способами охлаждения реакционной смеси между слоями, конструкцией теплообменников, устройствами для смешения газовых потоков, способами крепления опорных решеток для катализатора и другими конструктивными элементами. Реакционный газ охлаждается между слоями контактной массы в поверхностных теплообменниках или смешением с более холодным сернистым газом или воздухом.
    Способы охлаждения газа между слоями контактной массы, конструкции теплообменников и смесителей выбираются с учетом используемого серосодержащего сырья и производительности контактного аппарата.
    В контактных аппаратах должно обеспечиваться равномерное распределение газа по всей площади слоя катализатора и хорошее смешение газовых потоков. Поэтому при разработке новых конструкций контактных аппаратов необходимо предварительное гидродинамическое моделирование устройств для распределения и смешения газовых потоков.

<<Назад в библиотеку