Способ переработки концентрированного сернистого газа

Способ переработки концентрированного сернистого газа

Реферат

 

Изобретение относится к способу переработки концентрированного сернистого газа, включающего окисление диоксида серы, и может быть использовано в химической промышленности для получения контактным способом жидкого триоксида серы, серной кислоты, олеума. Способ согласно изобретению осуществляют путем переработки концентрированного сернистого газа в триоксид серы по циклической схеме, включающей стадии окисления диоксида серы в контактном аппарате при распределении исходного сернистого газа между слоями контактной массы, деления контактного газа с выхода слоев на потоки, выделения триоксида серы из контактного газа и отдувки из рецикла части отработанного газа, предварительно очищенного от оксидов серы, возвращаемых на переработку. Процесс окисления диоксида серы в SO₃ в многослойном контактном аппарате осуществляют по последовательно-параллельной схеме путем распределения потоков исходного сернистого газа и кислорода по слоям контактного аппарата и деления потока контактного газа с выхода каждого слоя на два потока; процесс окисления диоксида серы в триоксид проводят в каждом слое контактного аппарата. Способ включает совместное применение приемов: а) распределение по слоям исходного концентрированного сернистого газа с концентрацией сернистого газа не менее 50%; распределение по слоям потока кислорода; выделение SO₃ из межслоевого контактного газа; б) смешение потока, который не подвергают выделению SO₃ после разделения межслоевого контактного газа перед подачей на следующую ступень окисления с распределенным потоком исходного сернистого газа и с распределенным потоком O₂; в) применение единой стадии выделения SO₃ для всех потоков после деления межслоевого контактного газа и для потока с последней стадии контактирования. Изобретение позволяет увеличить производительность контактного аппарата, увеличить удельную производительность контактной массы, интенсифицировать процесс переработки SO₂ при существенном уменьшении размеров технологического оборудования, осуществить процесс окисления при более низкой температуре газа на входе в слой контактной массы и более высокой температуре на выходе из слоя, выровнять реакционную нагрузку слоев аппарата и управлять нагрузкой слоев в широком диапазоне, уменьшить количество ступеней выделения SO₃ до одной. 1 з.п.ф-лы, 10 ил., 10 табл.

Изобретение относится к способу переработки концентрированного сернистого газа, включающего окисление диоксида серы, и может быть использовано в химической промышленности для получения контактным способом жидкого триоксида серы, серной кислоты, олеума.

В контактном способе газообразный поток, содержащий диоксид серы и кислород, а также балластные компоненты, в частности азот, проходит последовательно несколько слоев катализатора, расположенных в одном или нескольких контактных аппаратах. Несколько слоев катализатора применяют для достижения наиболее полного превращения диоксида серы в триоксид. Обычно используются ванадиевые, реже платиновые катализаторы. Для избежания перегрева катализатора газовый поток охлаждают между слоями с использованием теплообменной аппаратуры, располагаемой внутри или снаружи аппарата с адиабатическими слоями катализатора. Возможен прием охлаждения непосредственно слоя катализатора, что на практике не получило распространения.

Эффективность работы контактного аппарата является аддитивной величиной, определяемой работой каждого слоя контактного аппарата. Эффективность работы слоя контактной массы это прежде всего удельная производительность контактной массы слоя. Под удельной производительностью слоя понимается количество триоксида серы, полученное за время пребывания реакционного газа в слое, отнесенное к объему, который занимает контактная масса слоя. Под производительностью слоя контактной массы понимается количество триоксида серы, полученное за время пребывания реакционного газа в этом слое.

В известных способах контактного окисления диоксида серы в триоксид эффективность работы падает от слоя к слою. Неизвестны способы контактного окисления SO₂, которые обеспечивают выравнивание по слоям аппарата удельной производительности контактной массы при заданной производительности слоя контактной массы. Среди известных способов отдельно решается либо задача повышения удельной производительности контактной массы второго и последующих слоев, при этом производительность второго и последующих слоев резко падает, либо задача повышения производительности второго и последующих слоев, при этом удельная производительность контактной массы второго и последующих слоев резко падает.

Известен способ каталитического окисления SO₂ до SO₃ методом двойного контактирования, промежуточной абсорбцией из контактного газа SO₃ после третьего слоя, доокисления SO₂ на второй ступени контактирования и конечной абсорбцией SO₃ (Справочник сернокислотчика. - М.: Химия, 1971, с. 559-570 [1] ). В данном способе перерабатывается газовый поток, в котором содержание SO₂ составляет 9%, а содержание O₂ не выше 15% от общего числа молей потока. Остальной объем потока занимает азот, который, являясь балластным компонентом, отводит избыточное тепло из контактного аппарата. Пример переработки SO₂ по этому способу представлен в табл. 1.

Недостатками данного способа являются: - снижение по сравнению с первым слоем производительности второго и последующего слоев контактной массы и, следовательно, низкая производительность в целом контактного аппарата; - снижение удельной производительности контактной массы второго и третьего слоев; - отсутствие возможности перерабатывать газовые потоки с концентрацией диоксида серы выше 9-12 об.%.

Известен способ получения серной кислоты путем многостадийного окисления сернистого ангидрида в серный с промежуточной абсорбцией последнего с образованием серной кислоты, делением потока газа после первой или последующих стадий окисления на два потока, один из которых подвергают промежуточной абсорбции с последующим смешением его со вторым потоком перед подачей на следующую стадию окисления (SU 346852 A, 28.07.72 [2]). Газ делят в таком соотношении, при котором теплосодержание потока после промежуточной абсорбции и теплосодержание неабсорбированного потока обеспечивают рабочую температуру последующей стадии окисления. В данном способе перерабатывается газовый поток, в котором содержание SO₂ составляет 9%, а содержание O₂ не выше 15% от общего числа молей потока. Остальной объем потока занимает азот. Пример переработки по способу [2] представлен в табл. 2.

Недостатками данного способа являются: - снижение производительности второго и последующего слоев контактной массы и, следовательно, низкая производительность контактного аппарата, из-за необходимости поддерживать высокую степень превращения SO₂ в SO₃ в контактном аппарате; - отсутствие возможности перерабатывать газовые потоки с концентрацией SO₂ выше 9-12 об.% из-за высоких требований к степени превращения.

Известен способ переработки концентрированного сернистого газа (Боресков Г. К. Катализ в производстве серной кислоты. - М.: Госхимиздат, 1954, с.331 [3] ), который основан на промежуточной дозировке компонентов газовой смеси по слоям. В этом способе исходный сернистый газ разделяют на два потока, разбавляют первый поток воздухом до содержания 7-8% SO₂ в нем, перерабатывают этот газ до степени окисления SO₂ в SO₃, равной 0.7, и разбавляют этим контактным газом второй поток исходного сернистого газа.

Недостатком данного способа является снижение удельной производительности контактной массы второго и последующего слоев из-за накопления SO₃ в газовом потоке от слоя к слою.

Известен способ получения серной кислоты по циклической схеме (SU 301985 A, 03.11.85 [4]). Способ включает стадии получения концентрированного сернистого газа, окисления SO₂ до SO₃, абсорбции SO₃, рециркуляции отработанных газов абсорбции, отдувку из цикла части отработанного газа, содержащего SO₂, с последующим его выделением и возвратом на переработку. Эффективность окисления SO₂ в SO₃ также падает от слоя к слою.

Ближайшими к заявляемому способу известными техническими решениями аналогичной задачи являются способ получения жидкого SO₃ по циклической схеме (US 4046866 A, 1977 [5]) и способ получения серного ангидрида по циклической схеме (US 563115 A, 10.08.77 [6]). Способы [5] и [6] основаны на получении жидкого SO₃, серной кислоты и олеума из газовых смесей с высокой концентрацией в них SO₂ и O₂ и включают следующие стадии: - получение концентрированного SO₂ окислением серы O₂ с подачей в реакционную камеру рециклового газа для понижения температуры окисления; - каталитическое окисление SO₂ с разбавлением контактной смеси исходной смесью с промежуточной дозировкой ее по слоям контактного аппарата и теплоотводом между слоями; - выделение жидкого SO₃ путем его конденсации и абсорбции из контактного газа, получаемого на выходе многослойного аппарата; - рециркуляцию отходящих газов на стадию сжигания серы; - выведение из цикла части отработанного газа.

В способе [5] в контактный аппарат подают газовый поток, содержащий (от общего количества молей потока) 15 - 45% диоксида серы, 20 - 40% кислорода, 15 - 25% азота и 2 - 25% триоксида серы. Между слоями катализатора для понижения температуры контактного газа предусмотрено его разбавление смесью исходного и рециклового газа. За один проход через контактный аппарат достигают степени превращения SO₂ в SO₃, равной 60%. Пример окисления по данному способу представлен в табл. 3 и 4.

В способе [6] весь кислород подают на первый слой контактной массы контактного аппарата. Исходный сернистый газ распределяется между слоями и дозируется в каждый слой контактной массы. С выхода каждого слоя, кроме последнего, поток контактного газа подается на вход следующего слоя, предварительно охлаждаясь. С выхода последнего слоя контактного аппарата контактный газ направляется на стадию выделения SO₃.

Недостатками способов [5, 6] являются: - низкая удельная производительность контактной массы из-за присутствия в реакционном газе SO₃; - непроизводительная рециркуляция SO₃, который возвращают в печь и в контактный аппарат для понижения температуры.

Общим недостатком известных способов многостадийного окисления SO₂ в SO₃ в многослойном аппарате с неподвижными слоями контактной массы является то, что происходит снижение эффективности использования контактной массы катализатора от слоя к слою. Снижение эффективности использования контактной массы катализатора происходит либо из-за снижения производительности слоя контактной массы, либо из-за снижения удельной производительности контактной массы слоя, либо по обеим причинам.

Снижению производительности контактного аппарата от слоя к слою отвечает снижение адиабатического разогрева газа за время пребывания в слое контактной массы, что происходит из-за изменения количеств молей SO₂, O₂ и SO₃ в реакционном газе на входе в каждый слой контактной массы, а также из-за нехватки количества контактной массы в слое. В известных способах [4]-[6] повышения производительности второго и последующих слоев контактной массы добиваются распределением исходного сернистого газа по слоям контактного аппарата с одновременным применением в реакционном газе SO₃ как аккумулятора теплоты, выделяющейся в процессе окисления SO₂. Однако в этих способах резко снижается удельная производительность контактной массы от слоя к слою, что требует дополнительного объема контактной массы и увеличивает капитальные затраты.

Снижение удельной производительности контактной массы в контактном аппарате от слоя к слою происходит из-за накопления в контактном газе SO₃, а также из-за изменения отношения количества молей SO₂ к количеству молей O₂ в реакционном газе на входе каждого слоя по сравнению с реакционным газом на входе в первый слой. Это ведет к снижению скорости химической реакции и как результат к снижению удельной производительности контактной массы от слоя к слою.

Анализ известных способов с позиции производительности и удельной производительности показывает следующее: - в способе [1] абсорбцией SO₃ из межслоевого газа с выхода третьего слоя повышается удельная производительность четвертого слоя контактной массы. В способе [2] абсорбцией SO₃ из межслоевого контактного газа повышается удельная производительность второго и третьего слоев контактной массы. Однако в способах [1] и [2] никак не решается задача повышения производительности слоя контактной массы. Поэтому общая производительность контактной массы падает от слоя к слою (табл. 1 и 2) из-за необходимости добиваться полного превращения SO₂ в SO₃.

- в способах [4-6] в результате использования концентрированного SO₂ и O₂ повышается производительность каждого слоя контактной массы, то есть решается задача повышения производительности слоя контактной массы и не решается задача увеличения удельной производительности второго и последующих слоев контактной массы. Поэтому удельная производительность контактной массы падает от слоя к слою (табл. 3 и 4).

В способах [1, 2] увеличения производительности второго и последующих слоев контактной массы можно достичь, распределяя и дозируя в эти слои исходный сернистый газ и применяя рецикл отработанного газа с отдувкой азота из отработанной смеси.

В способах [4-6] увеличения удельной производительности контактной массы можно достичь, извлекая из межслоевого контактного газа с выхода каждого слоя SO₃, а также изменяя соотношение количеств SO₂ и O₂ в реакционной смеси на входе в слой.

Еще одним недостатком известных способов [1, 2] является сложное аппаратурное оформление стадии выделения SO₃ из межслоевых потоков контактного газа. Сначала требуется охладить межслоевой контактный газ, выделить абсорбцией SO₃ и снова нагреть газ до температуры проведения реакции окисления SO₂ в слое контактной массы.

Вышеизложенное свидетельствует о несовершенстве известных технологий переработки сернистого газа в многослойном контактном аппарате.

Задачей изобретения является совершенствование технологии переработки концентрированного сернистого газа в многослойном контактном аппарате и получение следующих эффектов: - повышение удельной производительности каждого слоя контактной массы и как следствие повышение производительности каждого слоя и всего аппарата в целом; - повышение управляемости контактного аппарата.

Поставленная задача решается настоящим способом переработки концентрированного сернистого газа в триоксид серы по циклической схеме путем окисления диоксида серы в многослойном контактном аппарате по последовательно-параллельной схеме с распределением потоков исходного сернистого газа W и кислорода V по слоям контактного аппарата и деления потока контактного газа Z_i с выхода каждого i-го слоя при i=1, 2, ..., m, где m - количество слоев, на потоки X_i и Y_i, подаваемые: X_i - на вход следующего (i+1)-го слоя, с выхода последнего слоя поток X_m возвращают на вход первого слоя; Y_i - на стадию выделения триоксида серы и затем в рецикл, при этом состав реакционного газа, включающий содержание диоксида серы N_SO2нi, кислорода N_O2нi, триоксида серы N_SO3нi, на входе в каждый слой поддерживают, исходя из совместного выполнения следующих условий: T_i ^к - T_i ^н + 1_i = T_рi - T_зi; (1) T_зi T_i ^н < T_i ^к T_рi; (2) _прi= (1+2_i)⁰_сi; (3) 02_i0,5, (4) при этом значения величины W_i, V_i, X_i и Y_i определяют по материальному балансу слоя, по материальному балансу процесса деления потока Z_i с выхода (i-1)-го слоя и по материальному балансу процесса смешения потоков W_i и V_i согласно следующим уравнениям: X_i-1 = Z_i-1N_SO3нi/N_SO3кi-1; (5) Y_i-1 = Z_i-1 - X_i-1; (6) W_i = N_{SO2н i} + N_O2 ^W _i - N_SO2кi-1X_i-1/Z_i-1; (7) V_i = N_{O2н i} - N_O2 ^W _i - N_O2кi-1X_i-1/Z_i-1, (8) причем W_i + V_i + X_i-1 = N_SO2нi + N_O2нi + N_SO3нi; (9) W_i=W; (10) V_i=V; (11) W_i = N_SO2 ^W _i + N_O2 ^W _i; (12) V_i = N_O2 ^V _i, (13) где T_i ^н, T_i ^к - температура реакционного газа на входе и выходе i-го слоя катализатора, К; T_зi, T_рi - температура соответственно зажигания и начала термического разрушения контактной массы i-го слоя, К; 1_i- запас термоустойчивости контактной массы, К; _прi- время пребывания реакционного газа в i-м слое контактной массы, с; 2_i- безразмерный запас, учитывающий падение активности контактной массы слоя; _ci- теоретическое время соприкосновения реакционного газа с поверхностью контактной массы i-го слоя, с; ⁰_ci- теоретическое время соприкосновения с поверхностью контактной массы i-го слоя для объема реакционного газа без наличия триоксида серы на входе в слой и с таким же как и для _ci отношением количества молей диоксида серы к количеству молей кислорода, с; X_i-1, Y_i-1 - потоки, возникшие от деления потока Z_i-1, моль/с; Z_i-1 - поток контактного газа, покидающий (i-1)-й слой, моль/с; N_SO2нi, N_O2нi, N_SO3нi - содержание SO₂, O₂, SO₃ в потоке газа на входе в i-й слой, моль/с; N_SO2кi-1, N_O2кi-1, N_SO3кi-1 - содержание SO₂, O₂, SO₃ в потоке Z_i-1, моль/с; W_i - распределяемый в i-й слой поток исходного концентрированного сернистого газа, моль/с; N_SO2 ^W _i, N_O2 ^W _i - содержание диоксида серы и кислорода в потоке W_i, моль/с; V_i - распределяемый в i-й слой поток кислорода, моль/с; W, V - потоки исходного концентрированного сернистого газа и кислорода, поступающие на вход контактного аппарата, моль/с; N_O2 ^V _i - содержание кислорода в потоке V_i, моль/с, и отдувки из рецикла части отработанного газа, предварительно очищенного от оксидов серы, возвращаемых на переработку, на стадии окисления SO₂ используют кислород технический или технологический или кислородно-воздушную смесь, при этом: V_i = N_O2 ^V _i + N_N2 ^V _i, (14) где N_N2 ^V _i - содержание азота в потоке V_i, моль/с.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются: - последовательно-параллельная схема окисления SO₂ в SO₃ в многослойном контактном аппарате; - проведение процесса окисления диоксида серы в триоксид в каждом слое контактного аппарата в режиме _прi=(1+2_i)⁰_ci ; - совместное применение приемов: распределение по слоям исходного концентрированного сернистого газа с концентрацией сернистого газа не менее 50%; распределение по слоям потока кислорода; выделение SO₃ из межслоевого контактного газа; - смешение потока, который не подвергся выделению SO₃ после разделения межслоевого контактного газа перед подачей на следующую ступень окисления с распределенным потоком исходного сернистого газа и с распределенным потоком O₂; - применение единой стадии выделения SO₃ для всех потоков после деления межслоевого контактного газа и для потока с последней стадии контактирования; - деление контактного газа с выхода слоя на два потока как приема, обеспечивающего управление: реакционной загрузкой слоев; временем соприкосновения газа с катализатором; количеством рециклового газа; количеством выделяемого SO₃; соотношением рецикла и количества выделенного SO₃.

В заявляемом способе новые признаки совершенствуют технологию переработки сернистого газа в производстве серной кислоты. Их использование обеспечивает получение следующих свойств: - увеличение производительности контактного аппарата; - увеличение удельной производительности контактной массы; - интенсификацию процесса переработки SO₂ при существенном уменьшении размеров технологического оборудования; - возможность осуществления процесса окисления при более низкой температуре газа на входе в слой контактной массы и более высокой температуре на выходе из слоя; - выравнивание реакционной нагрузки слоев аппарата и возможность управления нагрузкой слоев в широком диапазоне; - увеличение управляемости процесса переработки SO₂ за счет возможности инвариантного воздействия на состав и объем реакционной смеси, что обеспечивается сочетанием следующих воздействий: распределением по слоям исходного сернистого концентрированного газа, распределением по слоям кислорода, деления контактного газа с выхода каждого слоя; - уменьшение количества ступеней выделения SO₃ до одной; - гибкость технологии в условиях изменчивости спроса на ассортимент и количество продукции.

На основании изложенного заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого способа переработки концентрированного сернистого газа по циклической схеме, и признать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

В известных способах в контактном аппарате более всего отвечает условию максимальной эффективности и удельной производительности работа первого слоя контактной массы. В последующих слоях либо величина запаса 1_i имеет высокое значение, поэтому не выполняется условие (1), что отрицательно сказывается на производительности слоя контактной массы (см. табл. 1, 2, 4), либо величина запаса 2_i выходит за границы (4), повышая значение величины _ci. что снижает удельную производительность контактной массы слоя (см. табл. 3).

Удельная производительность Yм_i контактной массы i-го слоя равна Yм_i = M_SO3i/Vк_i, (15) где Vк_i - объем занимаемый контактной массой слоя, м³; М_SO3i = N_SO3кi - N_SO3нi - производительность i-го слоя контактной массы, моль/с.

Объем, который занимает i-й слой контактной массы, определяется по следующей формуле: где _i- скорость химической реакции в i-м слое, моль/(см³). Скорость химической реакции определяется, например, по формуле [1] где P_SO2i, P_O2i, P_SO3i - парциальные давления SO₂, O₂, SO₃ в i-м слое, Па; K_i, Kр_i - константы скорости [моль/(Пасм³)] и равновесия [Па^-0.5] реакции в i-м слое; N_SO3нi, N_SO3кi - количество SO₃ в газовом потоке на входе и выходе i-го слоя, моль/с.

Парциальные давления компонентов в реакционном газе на входе в i-й слой связаны с мольным расходом этих компонентов следующими соотношениями: N_SO2нi = N_нiP_SO2нi/P_нi, (18) N_O2нi = N_нiP_O2нi/P_нi, (19) N_SO3нi = N_нiP_SO3нi/P_нi, (20) где P_нi - давление реакционного газа на входе в i-й слой, Па; P_SO2нi, P_O2нi, P_SO3нi - парциальное давление SO₂, O₂, SO₃ в потоке газа на входе i-го слоя, Па; N_SO2нi, N_O2нi, N_SO3нi - содержание SO₂, O₂, SO₃ в газовом потоке на входе i-го слоя, моль/с; N_нi - расход реакционного газа через i-й слой, моль/с.

Уравнение (16) определяет характер зависимости необходимого в слое объема контактной массы от состава реакционного газа на входе в слой. Удельная производительность и объем контактной массы слоя связаны обратно пропорциональной зависимостью (15).

На фиг. 1-3 (табл. 5) показаны зависимость необходимого объема контактной массы, удельной производительности контактной массы слоя и производительности слоя от содержания SO₃ в реакционной смеси на входе в слой, отношение количества SO₂ к количеству O₂ составляет 1:1. Расход реакционного газа на входе в слой составляет 100 моль/с.

Отсутствие SO₃ в реакционном газе на входе в слой позволяет производить окисление SO₂ при минимально необходимом объеме контактной массы, что благоприятствует величине удельной производительности. Извлечение SO₃ из межслоевого контактного газа обеспечивает увеличение удельной производительности контактной массы слоя.

На величину удельной производительности контактной массы слоя явным образом оказывает влияние производительность слоя контактной массы. По формуле (15) удельная производительность прямо пропорциональна производительности слоя. Увеличение производительности слоя благоприятно влияет на величину удельной производительности контактной массы.

Докажем, что в случае выполнения условия (1) - (2) производительность слоя контактной массы максимальна, если расход и состав реакционного газа через слой контактной массы постоянны. При постоянстве расхода и состава реакционного газа выполнение температурного режима зависит от наличия или отсутствия необходимого количества объема контактной массы, который определяется во время проектирования. Наличие необходимого объема контактной массы обеспечивает необходимое для выполнения заданного температурного режима времени соприкосновения реакционного газа с контактной массой.

Контактная масса слоя имеет определенную температуру зажигания (нижняя температурная граница проведения реакции окисления) и определенную температуру начала термического разрушения (верхняя температурная граница проведения реакции окисления). В слое контактной массы в результате окисления SO₂ в SO₃ выделяется теплота, что приводит к возрастанию температуры по высоте слоя. Теплота, которая выделяется в слое, не должна разогреть слой до температуры начала термического разрушения контактной массы. Поэтому имеется температурное ограничение на производительность слоя контактной массы и для определения возможной производительности слоя контактной массы необходимо использовать уравнение теплового баланса слоя i-го слоя (N_SO2нiC_SO2нi + N_O2нiC_O2нi + N_SO3нiC_SO3нi)T_i ^н + M_SO3iQp = [(N_SO2нi - M_SO3i)C_SO2кi + (N_O2нi - M_SO3i/2)C_O2кi + (N_SO3нi + M_SO3i)C_SO3кi]T_i ^к, (21) где Qp - тепловой эффект реакции, Дж/моль; N_SO2нi, N_O2нi, N_SO3нi - расход SO₂, O₂, SO₃, моль/с; C_SO2нi, C_O2нi, C_SO3нi, C_SO2кi, C_O2кi, C_SO3кi - теплоемкость SO₂, O₂, SO₃ на входе и на выходе слоя, Дж/(мольград); M_SO3i - производительность слоя контактной массы, моль/с; T_i ^н, T_i ^к - температура на входе и на выходе i-го слоя, К.

Из (21) следует: M_SO3i = N_SO3кi - N_SO3нi = [(N_SO2нiC_SO2кi + N_O2нiC_O2кi + N_SO3нiC_SO3кi)T_i ^к - (N_SO2нiC_SO2нi + N_O2нiC_O2нi + N_SO3нiC_SO3нi)T_i ^н]/[Qp + T_i ^к(C_SO2кi + C_O2кi/2 - C_SO3кi)]. (22) На фиг. 4 и 5 (табл. 6 и 7) построена зависимость разрешимой тепловым балансом производительности от температуры реакционного газа на выходе из слоя контактной массы. Предполагается, что температурный режим обеспечивается необходимым количеством контактной массы. Верхняя линия построена для реакционного газа с температурой на входе в слой, равной 673 К, средняя линия - 723 К, нижняя линия - 753 К. На фиг. 4 показаны графики для реакционного газа расходом 100 моль/с состава SO₂=43 об.%, O₂=57 об.%, а на фиг. 5 состава SO₂=38 об.%, O₂=52 об.%, SO₃=10 об.%. Согласно построенным зависимостям производительность адиабатического слоя тем больше, чем больше температура газа на выходе из слоя и чем меньше температура газа на входе в слой.

Температура Т_i ^н реакционного газа на входе в i-й слой не может быть ниже температуры T_зi зажигания реакционной смеси на катализаторе. Температура Т_i ^к реакционного газа на выходе из i-го слоя не может быть выше температуры T_pi начала термического разложения контактной массы. Для различных типов ванадиевых катализаторов, по сведениям [6], температура зажигания изменяется в пределах 623 - 723 К, а температура начала термического разложения в пределах 873 - 923 К.

Присутствие SO₃ в реакционном газе повышает температуру зажигания по причине возникновения химической реакцией между ванадием на поверхности катализатора и SO₃. Это отрицательно сказывается на диапазоне температурного режима (1)-(2). Присутствие O₂ в реакционном газе, наоборот, снижает температуру зажигания ванадиевой контактной массы.

На основании вышеизложенного становится очевидным, что максимальную производительность адиабатического слоя контактной массы обеспечивает такой температурный режим, при котором T_i ^к = Т_pi, а Т_i ^н = T_зi. Однако проведение окисления SO₂ в таком температурном режиме является опасным, с одной стороны, из-за возможности перегреть катализатор, а с другой стороны, подать на вход в слой контактной массы холодный газ и погасить реакцию окисления SO₂ в объеме слоя контактной массы. Температурный режим процесса окисления в адиабатическом слое контактной массы, обеспечивающий близкую к максимальной производительность слоя контактной массы и позволяющий избежать перегрева или охлаждения катализатора, определяют условием (1)-(2). Запас 1_i вводят для того, чтобы избежать перегрева контактной массы. Диапазон изменения 1_i выбирают из опыта эксплуатации конкретного типа катализатора. Каждый тип катализатора имеет свой диапазон изменения 1_i. Выполнение условия (1)-(2) обеспечивает максимальную производительность слоя контактной массы для реакционного газа заданного состава, а следовательно, рост удельной производительности контактной массы слоя, что является отличительным свойством данного способа.

Влияние расхода реакционного газа при построении схемы контактного окисления можно не учитывать. Это вытекает исходя из следующих соображений. Объем контактной массы Vк_i, время пребывания в i-м слое _прi и расход реакционного газа через слой Q_гi связаны соотношением Vк_i= Q_гiпрi. (23) Производительность можно выразить через расход реакционного газа и парциальные давления компонентов и представить следующим образом: M_SO3i = N_нi[(C_SO2кi P_SO2нi/P_нi + C_O2кiP_O2нi/P_нi + C_SO3кiP_SO3нi/P_нi)T_i ^к - (C_SO2нiP_SO2нi/P_нi + C_O2нiP_O2нi/P_нi + C_SO3нiP_SO3н/P_нi)T_i ^н]/[Qр + T_i ^к(C_SO2кi + C_O2кi/2 - C_SO3кi)]. (24) Если подставить уравнения (23) и (24) в (15) и учесть, что мольный расход и объем ный связаны соотношением Q_гi = 0.0224N_нiT_i ^н/273, то расход реакционного газа через слой в (15) сокращается. Однако необходимо учесть, что при увеличении или уменьшении расхода реакционного газа через слой контактной массы необходимо увеличить или уменьшить пропорционально объем контактной массы слоя, что решается при проектировании контактного аппарата. В режиме эксплуатации контактного аппарата расход является режимным параметром процесса окисления и отличается от максимально возможного в основном в периоды пуска и останова установок, а в остальное время близок к максимальному, поэтому можно считать, что объем контактной массы соответствует расходу и не оказывает влияния на величину удельной производительности контактной массы слоя.

Выше было показано, что величине удельной производительности контактной массы слоя благоприятствует отсутствие SO₃ в реакционной смеси на входе в контактный слой. Это означает, что должно выполняться равенство _прi= ^o_ci, а значение величины запаса 2_i равно нулю, то есть 2_i = 0. Данное условие обеспечивают, извлекая из межслоевого контактного газа весь SO₃.

Выделение SO₃ из межслоевого контактного газа как в способах [1, 2] требует для каждого потока межслоевого контактного газа, из которого выделяется SO₃, свой абсорбер и свою теплообменную аппаратуру, которая необходима для того, чтобы охладить газ, а затем снова нагреть.

В предлагаемой схеме организации работы слоев контактного аппарата упрощается процесс выделения SO₃ из контактного газа с выхода каждого слоя. В предлагаемом способе SO₃ извлекают в общем блоке выделения, поэтому не требуется стадии нагревания контактного газа после стадии выделения, как например в способах [1, 2]. В результате применения общего блока выделения SO₃ производится распараллеливание слоев контактного аппарата, что является отличительным свойством данного изобретения.

Триоксид серы имеет некоторые положительные свойства. Например, SO₃ обладает по сравнению с SO₂ и O₂ большей теплоемкостью, и SO₃ замедляет скорость окисления SO₂. При окисления концентрированных сернистых смесей эти свойства играют положительную роль.

Известно, что в процессе эксплуатации контактной массы происходит снижение активности. При снижении активности контактной массы условие (1) при 2_i = 0 не выполняется. Диапазоном (4) учитывают изменчивость свойств контактной массы в реальных условиях эксплуатации и тем самым обеспечивают выполнение условия (1). Для новой контактной