EA028058B1

EA028058B1 - Установка для получения серной кислоты

Info

Publication number: EA028058B1
Application number: EA201400917A
Authority: EA
Inventors: Николай Викторович Левин; Владимир Васильевич Игин; Денис Викторович Долгов; Алексей Анатольевич Андрианов; Владимир Сергеевич Сущев; Алексей Борисович Казначеев; Владимир Иванович Голоус
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2017-10-31
Also published as: EA201400917A1

Abstract

Изобретение относится к производству серной кислоты, а именно к установке окисления диоксида серы. Предложена установка для получения серной кислоты, включающая воздуходувку, серную печь, котел-утилизатор с испарительными элементами, контактный аппарат с пятью слоями катализатора, пароперегреватель второй ступени, три газовых теплообменника для охлаждения газа после второго, третьего и четвертого слоев катализатора, газовый теплообменник для охлаждения газа после третьего слоя катализатора, пароперегреватель первой ступени и экономайзер, смонтированные в одном корпусе, и экономайзер для охлаждения газов после слоя катализатора, установленный между двумя газовыми теплообменниками, охлаждающий газы после третьего слоя, а также барабан-сепаратор, которая дополнительно содержит энергоблок и подогреватель питательной воды, причем вход энергоблока соединен с выходом пароперегревателя второй ступени, а выход - с подогревателем питательной воды, выход подогревателя питательной воды по водному тракту соединен с пароперегревателем первой ступени, объединенным с экономайзером.

Description

Изобретение относится к производству серной кислоты, а именно к установке окисления диоксида серы.

Уровень техники

Известна установка для получения серной кислоты, включающая в части окисления диоксида серы печь для сжигания серы, котел-утилизатор с испарительными и пароперегревательными элементами, контактный аппарат с четырьмя или пятью слоями катализатора, газовые теплообменники и экономайзер (Технология серной кислоты, Амелин А.Г., 2-е изд., перераб. М.: Химия, 1983, с. 216).

Недостатками установки являются пониженная выработка пара энергетических параметров и сложность ее интенсификации.

Известна также установка, стадия окисления диоксида серы которой включает воздуходувку, печь для сжигания серы, котел-утилизатор с испарительными элементами, контактный аппарат с четырьмя или пятью слоями катализатора, пароперегреватель перегрева пара второй ступени, газовый теплообменник для охлаждения газа после третьего слоя катализатора, а также пароперегреватель пара первой ступени и экономайзер, смонтированные в одном корпусе, соединенном с барабан-сепаратором. Еще один экономайзер, в котором охлаждаются газы после третьего слоя катализатора, установлен после теплообменника для охлаждения газов, выходящих после третьего слоя катализатора. Экономайзер, смонтированный в одном корпусе с пароперегревателем первой ступени, имеет два разделенных водяных потока (8и1рЬиг 2000. 8аи Ргапс18со. И8Л/29 ос!. -1. ηον. 2000, ΡΚΕΡΚΙΝΤ, 8. 349-357).

Недостатками известной установки являются усложненная тепловая схема котло-печного агрегата из-за вынужденного разделения двух водяных потоков в экономайзере, сложность при регулировании температурного режима и пониженная в связи с этим надежность работы экономайзеров.

В патенте РФ № 2406691 кл. С01В 17/765, опубл. 2009 г., описан способ и установка для получения серной кислоты, которая включает контактный аппарат для каталитического окисления диоксида серы (8О₂) в триоксид серы (8О₃), а также аппаратуру для рекуперации тепла, где технологический газ отдает некоторое количество своего тепла питательной воде для получения водяного пара, и деаэратор для деаэрирования питательной воды перед ее введением в аппаратуру для рекуперации тепла.

В данной схеме увеличение энергоэффективности производства серной кислоты достигается за счет подогрева холодной питательной воды перед подачей ее в деаэратор горячей серной кислотой со стадии абсорбции и/или технологическим газом. При этом процесс деаэрации должен проводиться при избыточном давлении 3-10 бар. Недостатками данного решения являются усложнения технологической схемы, увеличение издержек производства, а также увеличение стоимости оборудования, вызванные необходимостью проведения процесса деаэрации при повышенном давлении. Помимо этого, нагрев питательной воды кислотой в поверхностном теплообменнике снижает общую надежность технологической схемы и привносит дополнительные риски в ее эксплуатацию.

Наиболее близкой к описываемой является установка для окисления диоксида серы, описанная в патенте РФ № 2201393, кл. С01В 17/80, опубл. 2003 г. Устанвка включает воздуходувку, серную печь, котел-утилизатор с испарительными элементами, контактный аппарат с пятью слоями катализатора, пароперегреватель второй ступени, три газовых теплообменника для охлаждения газа после второго, третьего и четвертого слоев катализатора, газовый теплообменник для охлаждения газа после третьего слоя катализатора, пароперегреватель первой ступени и экономайзер, смонтированные в одном корпусе, и экономайзер для охлаждения газов после слоя катализатора, установленный между двумя газовыми теплообменниками, охлаждающий газы после третьего слоя, а также барабан-сепаратор.

Схема прототипа представлена на фиг. 1. Установка включает воздуходувку (1), серную печь (2), котел-утилизатор с испарительными элементами (3), контактный аппарат с четырьмя или пятью слоями катализатора (4), пароперегреватель второй ступени после первого слоя катализатора (5), газовые теплообменники (6), экономайзер (7), пароперегреватель первой ступени + экономайзер с одним водяным потоком (8), барабан-сеператор (9). Установка по прототипу работает следующим образом.

Осушенный воздух воздуходувкой (1) подаётся в серную печь (2), в которой происходит сжигание серы с повышением температуры до 1200°С. После серной печи и охлаждения в котле-утилизаторе с испарительными элементами (3) до 390-430°С газы направляются на первую ступень конверсии в контактный аппарат (4). После первого слоя катализатора газовая смесь охлаждается в пароперегревателе второй ступени (5) с Т = 600-620°С до 440-460°С, в котором хладоагентом является перегретый пар, нагревающийся с 280-300°С до 430-440°С. После первой ступени конверсии (три слоя катализатора) газовая смесь частично охлаждается в одном теплообменнике (6) до температуры 350-360°С и далее поступает в экономайзер (7), где охлаждается до 250-270°С, в котором хладоагентом является питательная вода, нагревающаяся с Т = 170-190°С до 230-240°С. После экономайзера газовая смесь охлаждается во втором газовом теплообменнике (6) до Т = 170°С и поступает на промежуточную абсорбцию (дальнейшую стадию производства серной кислоты). После промежуточной абсорбции газовая смесь возвращается на стадию окисления диоксида серы - на вторую ступень конверсии (четвертый слой катализатора). После второй ступени конверсии (пятого слоя катализатора) газы охлаждаются в пароперегревателе первой ступени и экономайзере (8) и с температурой 135-140°С поступают на конечную абсорбцию в производстве серной кислоты. В пароперегревателе первой ступени охлаждающим агентом является насыщенный пар с пара- 1 028058 метрами Р = 4,0 МПа, Т = 250°С, нагревающийся до 280-300°С. В экономайзере охлаждающим агентом является питательная вода, нагревающаяся с Т = 105°С до Т = 170-190°С. Энергетический пар, получаемый в установке, может быть использован для получения электроэнергии путём организации подачи его в энергоблок.

Недостатком данной установки является пониженная выработка энергетического пара и, соответственно, электроэнергии, если получаемый энергетический пар используется для её производства.

С целью устранения вышеизложенных недостатков предложена установка для получения серной кислоты, включающая воздуходувку, серную печь, котел-утилизатор с испарительными элементами, контактный аппарат с пятью слоями катализатора, пароперегреватель второй ступени, три газовых теплообменника для охлаждения газа после второго, третьего и четвертого слоев катализатора, газовый теплообменник для охлаждения газа после третьего слоя катализатора, пароперегреватель первой ступени и экономайзер, смонтированные в одном корпусе, и экономайзер для охлаждения газов после слоя катализатора, установленный между двумя газовыми теплообменниками, охлаждающий газы после третьего слоя, а также барабан-сепаратор, которая дополнительно содержит энергоблок и подогреватель питательной воды, причем вход энергоблока соединен с выходом пароперегревателя второй ступени, а выход с подогревателем питательной воды, выход подогревателя питательной воды по водному тракту соединен с пароперегревателем первой ступени объединенным с экономайзером.

Отличие схемы изобретения от прототипа заключается в том, что установка дополнительно снабжена паровым подогревателем питательной воды, подогревающим питательную воду перед экономайзером первой ступени с Т = 102-108°С до 130-150°С паром с Р = 0,6-0,7 МПа, Т = 180-190°С, который в необходимом количестве отбирается от паровой турбины энергоблока.

Схема представлена на фиг. 2. Установка включает воздуходувку (1); серную печь (2); котелутилизатор (3); контактный аппарат (конвертор) (4); пароперегреватель 2 ступени (5); газовые теплообменники (6); экономайзер 2 ступени (7); пароперегреватель 1 ступени + экономайзер 1 ступени с одним водяным потоком (8); барабан-сепаратор (9); энергоблок (10); паровой подогреватель питательной воды (11).

Установка работает следующим образом.

Осушенный воздуходувкой (1) воздух подаётся в серную печь (2), в которой происходит сжигание серы с повышением температуры до 1200°С. После серной печи и охлаждения в котле-утилизаторе с испарительными элементами (3) до 390-430°С газы направляются на первую ступень конверсии в контактный аппарат (4). После первого слоя катализатора газовая смесь охлаждается в пароперегревателе второй ступени (5) с Т = 600-620°С до 440-460°С, в котором хладоагентом является перегретый пар, нагревающийся с 280-300°С до 430-440°С. После первой ступени конверсии (три слоя катализатора) газовая смесь частично охлаждается в одном теплообменнике (6) до температуры 350-360°С и далее поступает в экономайзер (7), где охлаждается до 250-270°С, в котором хладоагентом является питательная вода, нагревающаяся с Т = 170-190°С до 230-240°С. После экономайзера газовая смесь охлаждается во втором газовом теплообменнике (6) до Т = 170°С и поступает на промежуточную абсорбцию (дальнейшую стадию производства серной кислоты). Вода после экономайзера (7) поступает в брабан сепаратор (9). После промежуточной абсорбции газовая смесь возвращается на стадию окисления диоксида серы - на вторую ступень конверсии (четвертый слой катализатора). После второй ступени конверсии (пятого или четвёртого слоя катализатора) газы охлаждаются в пароперегревателе и экономайзере первой ступени (8) и с температурой 135-140°С поступают на конечную абсорбцию в производстве серной кислоты. В пароперегревателе первой ступени охлаждающим агентом является насыщенный пар с параметрами Р = 4,0 МПа, Т = 250°С, нагревающийся до 300-310°С. В экономайзере охлаждающим агентом является питательная вода, нагревающаяся с Т = 130-150°С до Т = 190-200°С. Перед подачей в экономайзер первой ступени питательная вода подогревается в паровом подогревателе с Т = 102-108°С до 130-150°С паром с Р = 0,6-0,7 МПа; Т = 180-190°С (11), отбираемым в необходимом количестве из паровой турбины энергоблока (10).

Энергетический пар, получаемый в установке, направляется в энергоблок для получения электроэнергии.

Сущность изобретения состоит в том, что в установке используется дополнительное тепло конденсации пара средних параметров (Р = 0,06-0,07 МПа) на получение в сернокислотной установке дополнительного количества энергетического пара. Пар с Р = 0,6-0,7 МПа, подаваемый в паровой подогреватель в необходимом количестве, отбирается от паровой турбины энергоблока.

Неожиданный эффект этого мероприятия заключается в том, что для повышения выработки энергетического пара и, соответственно, выработки электроэнергии, используется тепловая энергия конденсации пара, отбираемого в необходимом количестве от паровой турбины энергоблока с параметрами Р = 0,6 МПа; Т = 180-190°С. Тепловая энергия конденсации пара, составляющая около 2/3 от всей тепловой энергии энергетического пара, в энергоблоке не используется для получения электроэнергии и выводится в атмосферу оборотной водой через градирни энергоблока. Прирост тепловой энергии от конденсации пара превышает потери тепловой энергии от отбора части пара в паровой подогреватель из паровой турбины энергоблока. Поэтому несмотря на эти потери, выработка электроэнергии в энергоблоке по изобре- 2 028058 тению возрастает по сравнению с прототипом.

Для иллюстрации получаемого эффекта ниже представлены два примера результатов сравнительного расчёта выработки энергетического пара и электроэнергии в промышленной сернокислотной установке ДК-ДА на сере мощностью 2000 т мнг/сут. по прототипу и по изобретению.

Пример 1. Сернокислотная система ДК-ДА на сере производительностью 2000 т мнг/сут. В изобретении в паровом подогревателе производится подогрев питательной воды до 130°С. Выработка электроэнергии производится в энергоблоке, снабжённом паровой турбиной конденсационного типа с производственным отбором.

Таблица 1

/п	Наименование показателя	Прототип	Изобретение
	Выработка энергетического пара (Р=4,0 МПа; Т=440 °С) в сернокислотной установке, т/ч.	101,6	104,7
	Количество энергетического пара, направляемого в энергоблок для выработки электроэнергии, т/ч.	101,6	104,7
	Производственный отбор пара с Р=0,6 МПа из энергоблока в паровой подогреватель, т/ч.		5,0
	Достигаемая мощность электрогенератора в энергоблоке, МВт.ч.	15,0	15,4
	Годовая выработка электроэнергии, МВт.ч/год	118800	121968

Пример 2. Сернокислотная система ДК-ДА на сере производительностью 2000 т мнг/сут. В изобретении в паровом подогревателе производится подогрев питательной воды до 150°С. Выработка электроэнергии производится в энергоблоке, снабжённом паровой турбиной конденсационного типа с производственным отбором.

____ Таблица 2

/п	Наименование показателя	Прототип	Изобретение
	Выработка энергетического пара (Р=4,0 МПа; Т=440 °С) в сернокислотной установке, т/ч.	101,6	106,9
	Количество энергетического пара, направляемого в энергоблок для выработки электроэнергии, т/ч.	101,6	106,9
	Производственный отбор пара с Р=0,6 МПа из энергоблока в паровой подогреватель, т/ч.		10,1
	Достигаемая мощность электрогенератора в энергоблоке, МВт.ч.	15,0	15,6
	Годовая выработка электроэнергии, МВт.ч/год	118800	123552

- 3 028058

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка для получения серной кислоты, включающая воздуходувку, серную печь, котелутилизатор с испарительными элементами, контактный аппарат с пятью слоями катализатора, пароперегреватель второй ступени, три газовых теплообменника для охлаждения газа после второго, третьего и четвертого слоев катализатора, газовый теплообменник для охлаждения газа после третьего слоя катализатора, пароперегреватель первой ступени и экономайзер, смонтированные в одном корпусе, и экономайзер для охлаждения газов после слоя катализатора, установленный между двумя газовыми теплообменниками, охлаждающий газы после третьего слоя, а также барабан-сепаратор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит энергоблок и подогреватель питательной воды, причем вход энергоблока соединен с выходом пароперегревателя второй ступени, а выход - с подогревателем питательной воды, выход подогревателя питательной воды по водному тракту соединен с пароперегревателем первой ступени, объединенным с экономайзером.