RU2019498C1

RU2019498C1 - Process for preparing sulfuric acid from sulfur dioxide- containing waste gases

Info

Publication number: RU2019498C1
Application number: SU925047036A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Нагибин; Ю.М. Гришин; М.В. Кутырев; Н.П. Козлов; А.С. Камруков; С.Л. Шевалева
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy. SUBSTANCE: sulfuric acid is prepared from waste gases containing sulfur dioxide, O₂ and moisture by converting sulfur dioxide to sulfuric acid via passing waste gases through plasma zone that is generated by pulsed linearly-stabilized surface discharge, with duration of discharge current pulse being of 1-100 mcs. Specific energy applied to pulsed discharge is of 10³-10⁵ J per m of interelectrode space. EFFECT: increased sulfur dioxide conversion. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области по- лучения серной кислоты из отходящих газов, содержащих диоксид серы, кислород и влагу, и может быть использовано в цветной металлургии, химической и энергетической отраслях промышленности. The invention relates to the field of producing sulfuric acid from exhaust gases containing sulfur dioxide, oxygen and moisture, and can be used in non-ferrous metallurgy, chemical and energy industries.

Известен способ получения серной кислоты, согласно которого в печь для сжигания элементной серы подается сжатый воздух под давлением 0,5 МПа. Образованный газ с концентрацией 12 об.% SO₂ проходит котел-утилизатор и газовый фильтр и затем с температурой 430^oC поступает в контактное отделение, где по схеме ДКДА происходят процессы конверсии и абсорбции газа под давлением. На выходе из последнего абсорбера газ подогревают до 500^oC, пропуская через два теплообменника и подают на турбину для сброса давления. Отходящий газ сернокислотной установки сбрасывается в атмосферу. Общая степень конверсии газа на двух стадиях составляет 99,85%.A known method of producing sulfuric acid, according to which compressed air is supplied to the furnace for burning elemental sulfur under a pressure of 0.5 MPa. The formed gas with a concentration of 12 vol.% SO ₂ passes through the waste heat boiler and gas filter and then enters the contact compartment with a temperature of 430 ^o C, where gas conversion and absorption processes under pressure occur according to the DCDA scheme. At the outlet of the last absorber, the gas is heated to 500 ^o C, passing through two heat exchangers and fed to the turbine to relieve pressure. The flue gas of the sulfuric acid plant is discharged into the atmosphere. The total degree of gas conversion in two stages is 99.85%.

Недостаток этого способа заключается в сложности аппаратурного оформления. The disadvantage of this method is the complexity of the hardware design.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, является известный способ получения серной кислоты, по которому смесь газов, содержащая диоксид серы, кислород и влагу пропускается через несколько локальноограниченных, отделенных одна от другой зон плазменных образований. Для создания последних применяются дуговые или коронные, или тихие разряды. Разряды генерируются между двумя электродами. Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a known method for producing sulfuric acid, in which a mixture of gases containing sulfur dioxide, oxygen and moisture is passed through several locally limited zones separated from one another by plasma formations. To create the latter, arc or coronal, or quiet discharges are used. Discharges are generated between two electrodes.

Недостатком известного способа является то, что при воздействии на газовую смесь применяемых типов электрических разрядов инициируются, в основном, плазмохимические реакции конверсии диоксида серы, характеризующиеся значительными потерями энергии разряда на нагрев смеси. Следствием этого является низкая степень конверсии диоксида серы. The disadvantage of this method is that when exposed to a gas mixture of the used types of electric discharges, mainly plasma-chemical reactions of sulfur dioxide conversion are initiated, characterized by significant loss of discharge energy to heat the mixture. The consequence of this is the low conversion of sulfur dioxide.

Данное изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в получении серной кислоты из газов, содержащих диоксид серы, кислород и влагу. This invention is aimed at solving the problem of obtaining sulfuric acid from gases containing sulfur dioxide, oxygen and moisture.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения и заключается в повышении степени конверсии диоксида серы при полном использовании электрической энергии разряда. The technical result that can be obtained by using the invention is to increase the degree of conversion of sulfur dioxide with full use of the electrical energy of the discharge.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения серной кислоты из газов, содержащих диоксид серы, кислород и влагу, путем окисления диоксида серы при пропускании газов через локальноограниченную зону плазменного образования, создаваемую электрическим разрядом, генерируемым между двумя электродами, согласно предлагаемому способу, в качестве электрического разряда используют импульсный линейно стабилизированный поверхностный разряд, при этом длительность импульса тока разряда составляет 1-100 мкс, а величину удельной энергии, подводимой к разряду, за один импульс устанавливают равной 10³-10⁵ Дж на 1 м длины межэлектродного расстояния.The technical result is achieved by the fact that in the known method for producing sulfuric acid from gases containing sulfur dioxide, oxygen and moisture, by oxidizing sulfur dioxide by passing gases through a locally limited plasma formation zone created by an electric discharge generated between two electrodes, according to the proposed method, As an electric discharge, a pulsed linearly stabilized surface discharge is used, while the pulse duration of the discharge current is 1-100 μs, and the value of Yelnia energy supplied to the discharge, per pulse is set at 10 ³ to 10 ⁵ J per 1 m length of the interelectrode distance.

Использование импульсного линейно стабилизированного поверхностного разряда с предлагаемыми интервалами энергомощностных параметров обеспечивает трансформацию подведенной к разряду электрической энергии в формируемое локально ограниченное плазменное образование, являющееся источником многофакторного воздействия на исходную газовую смесь:
потока ультрафиолетового излучения с спектрально-яркостной температурой, равной 20-25 кК;
электронов и ионизованных частиц со средней энергией 2-5 эВ;
ударной волны с давлением на фронте до 50 МПа, распространяющейся по окружающему газу со скоростью до 2-3 км/с.The use of a pulsed linearly stabilized surface discharge with the proposed intervals of energy-power parameters ensures the transformation of the electric energy brought to the discharge into a locally limited plasma formation, which is a source of multifactor action on the initial gas mixture:
ultraviolet radiation flux with a spectral brightness temperature of 20-25 kK;
electrons and ionized particles with an average energy of 2-5 eV;
shock wave with a front pressure of up to 50 MPa, propagating through the surrounding gas at a speed of up to 2-3 km / s.

Воздействие ультрафиолетового излучения с длинами волн λ = 200-340 нм, являющейся основной частью всего потока излучения плазмы разряда с спектрально-яркостной температурой 20-25 кК обеспечивает селективную фотохимическую конверсию SO₂ → SO₃ без потерь энергии излучения основной среде. Протекание реакции преобразования SO₃+H₂O → H₂SO₄ в условиях повышенных давлений также селективно ускоряются.The influence of ultraviolet radiation with wavelengths λ = 200-340 nm, which is the main part of the entire radiation flux of the discharge plasma with a spectral brightness temperature of 20-25 kK, provides selective photochemical conversion of SO ₂ → SO ₃ without loss of radiation energy to the main medium. The reaction of the transformation SO ₃ + H ₂ O → H ₂ SO ₄ at high pressures is also selectively accelerated.

Указанное воздействие на исходную газовую смесь вызывает инициацию фотохимических и плазмохимических процессов, протекающих в зоне повышенного давления, что обеспечивает практически полную конверсию диоксида серы при полном использовании электрической энергии разряда. The indicated effect on the initial gas mixture causes the initiation of photochemical and plasmachemical processes occurring in the high pressure zone, which ensures almost complete conversion of sulfur dioxide with full use of the electric energy of the discharge.

Выбор граничных интервалов энергомощностных параметров импульсного линейно-стабилизированного поверхностного разряда ЛСПР - длительность импульса тока разряда τ_p = 1:100 мкс и удельной энергии подводимой к разряду за один импульс

равной 10³ - 10⁵ Дж/м длины межэлектродного промежутка, обусловлен следующим.The choice of the boundary intervals of the energy-power parameters of a linear linearly stabilized surface discharge LSPR - the duration of the discharge current pulse τ _p = 1: 100 μs and the specific energy supplied to the discharge per pulse

equal to 10 ³ - 10 ⁵ J / m of the length of the interelectrode gap, due to the following.

При τ_p < 1 мкс и

> 10⁵ Дж/м происходит разрушение узла ЛСПР, что приводит к прекращению процесса конверсии диоксида серы.For τ _p <1 μs and

> 10 ⁵ J / m, the LSPR site is destroyed, which leads to the termination of the sulfur dioxide conversion process.

При τ_p > 100 мкс и

> 10³ Дж/м уменьшается степень конверсии диоксида серы из-за ослабления эффективности воздействия разряда.At τ _p > 100 μs and

> 10 ³ J / m, the degree of conversion of sulfur dioxide decreases due to the weakening of the effectiveness of the discharge.

На чертеже представлена схема реализации способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the method.

Схема состоит из промывной башни 1 корпуса реактора 2 с расположенными в нем электродами 3, установленными на концах разрядной планки 4 абсорбера 5 с орошающим устройством 6, электрофильтра 7, сборника кислоты 8, холодильника 9 и насоса 10. The scheme consists of a washing tower 1 of the reactor vessel 2 with electrodes 3 located therein, mounted at the ends of the discharge bar 4 of the absorber 5 with an irrigation device 6, an electrostatic precipitator 7, an acid collector 8, a refrigerator 9, and a pump 10.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Газ, поступающий из промывной башни 1, содержащий 1-40 об.% SO₂, кислород и влагу подается в реактор 2 с температурой до 35^oC. В реакторе 2 между электродами 3, размещенными в его корпусе непосредственно в газовой смеси генерируется линейно стабилизированный поверхностный разряд с импульсно-периодическим режимом срабатывания с длительностью следования импульса τ_p = 1-100 мкс и удельной энергией, подводимой к разряду за один импульс

= 10³-10⁵ Дж/м межэлектродного расстояния. После кратковременной стадии пробоя вдоль разрядной планки 4 формируется плазменное образование.The gas coming from the wash tower 1, containing 1-40 vol.% SO ₂ , oxygen and moisture is supplied to the reactor 2 with a temperature of up to 35 ^o C. In the reactor 2 between the electrodes 3 placed in its body directly linearly stabilized in the gas mixture is generated surface discharge with a pulse-periodic mode of operation with a pulse repetition time τ _p = 1-100 μs and specific energy supplied to the discharge in one pulse

= 10 ³ -10 ⁵ J / m of interelectrode distance. After a short breakdown stage, a plasma formation is formed along the discharge bar 4.

Кванты света от разрядной плазмы эффективно вызывают акты электронного возбуждения, ионизации, диссоциации атомов и молекул диоксида серы, кислорода, воды окружающего разряд газа, обеспечивая тем самым наработку химически активных свободных радикалов. The quanta of light from the discharge plasma effectively cause acts of electronic excitation, ionization, dissociation of atoms and molecules of sulfur dioxide, oxygen, and water surrounding the gas discharge, thereby ensuring the production of chemically active free radicals.

Генерируемая плазменным образовани ем вслед за световым потоком ударная волна распространяется в фотовозбужденную окружающую среду, где в соответствии с принципом Ле-Шарелье проходит до конца реакция образования серной кислоты
H₂O + SO₂ + 1/2 O₂ = H₂SO₄.The shock wave generated by the plasma formation after the light flux propagates into the photoexcited environment, where, in accordance with the Le Charelier principle, the reaction of formation of sulfuric acid
H ₂ O + SO ₂ + 1/2 O ₂ = H ₂ SO ₄ .

Образуемая серная кислота в виде капель и аэрозоля серной кислоты подается в абсорбер 5, где сорбируется орошаемой серной кислотой и стекает в сборник кислоты 8, откуда подается частично на циркуляцию насосом 10 через холодильник 9 и орошающее устройство 6. The formed sulfuric acid in the form of droplets and an aerosol of sulfuric acid is fed to the absorber 5, where it is sorbed by irrigated sulfuric acid and flows into the acid collector 8, from where it is partially supplied to the circulation by pump 10 through the refrigerator 9 and the irrigation device 6.

Из абсорбера 5 газ направляется в скоростной мокрый электрофильтр 7 с охлаждаемыми осадительными электродами для санитарной очистки от токсичных веществ и удаления избыточной влаги из газового потока после чего выбрасывается в атмосферу. Уловленный продукт возвращают в сборник кислоты 8. From the absorber 5, gas is sent to a high-speed wet electrostatic precipitator 7 with cooled precipitation electrodes for sanitary cleaning of toxic substances and removal of excess moisture from the gas stream and then released into the atmosphere. The captured product is returned to acid collector 8.

П р и м е р. Газовую смесь с расходом 2,5 ˙ 10^-4 м³/c, с содержанием 15 об. % SO₂, 15 об.% H₂O, 10 об.% O₂ и остальное азот, с температурой 25-35^oC подают в реактор длиной 0,5 м с внутренним диаметром 0,15 м. При пропускании через реактор на нее воздействуют импульсным линейно стабилизированным поверхностным разрядом с длительностью импульса тока разряда 10 мкс, удельной энергией, подводимой к разряду за один импульс 0,75 ˙ 10⁴ Дж/м и средней электрической мощностью 250 Вт.PRI me R. The gas mixture with a flow rate of 2.5 ˙ 10 ^-4 m ³ / s, with a content of 15 vol. % SO ₂ , 15 vol.% H ₂ O, 10 vol.% O ₂ and the rest nitrogen, with a temperature of 25-35 ^o C serves in a reactor with a length of 0.5 m with an inner diameter of 0.15 m. When passing through the reactor to it is affected by a pulsed linearly stabilized surface discharge with a pulse duration of the discharge current of 10 μs, specific energy supplied to the discharge per pulse of 0.75 × 10 ⁴ J / m and an average electric power of 250 watts.

Разряд создают между двумя электродами с расстоянием между ними 0,5 м при подаче напряжения 50 кВ. При степени конверсии, равной 99,9%, количество извлеченного из газовой смеси диоксида составляет 6,59 г/мин. Диоксид серы выделяют в виде 98,3%-ной серной кислоты в количестве 10,1 г/мин (γ 1,83 г/см³).A discharge is created between two electrodes with a distance between them of 0.5 m when a voltage of 50 kV is applied. With a conversion of 99.9%, the amount of dioxide recovered from the gas mixture is 6.59 g / min. Sulfur dioxide is isolated in the form of 98.3% sulfuric acid in an amount of 10.1 g / min (γ 1.83 g / cm ³ ).

Экспериментальная проверка способа и полученные данные, в сравнении с прототипом, представлены в таблице. Эксперименты проводили в условиях изменения основных параметров электрической цепи в диапазонах: электроемкость батареи конденсатора 1,5 40 мкФ, начальное напряжение на разряде 25-52 кВ, скважность импульса разряда > 2 c. An experimental verification of the method and the data obtained, in comparison with the prototype, are presented in the table. The experiments were carried out under conditions of changes in the main parameters of the electric circuit in the ranges: capacitance of the capacitor bank 1.5–40 μF, initial discharge voltage 25–52 kV, discharge pulse duty cycle> 2 s.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет:
повысить степень конверсии диоксида серы до 99,9% (в прототипе 80,0%);
снизить расход электроэнергии в 4-8 раз.Thus, in comparison with the prototype, the proposed method allows you to:
to increase the degree of conversion of sulfur dioxide to 99.9% (in the prototype 80.0%);
reduce power consumption by 4-8 times.

Кроме того, использование способа позволяет автоматизировать процесс. In addition, the use of the method allows you to automate the process.

Claims

METHOD FOR PROCESSING GASES CONTAINING SULFUR DIOXIDE WITH PRODUCTION OF SULFURIC ACID, including the conversion of sulfur dioxide in the presence of oxygen and moisture by passing gases through a locally limited zone of plasma formation, created by an electric discharge generated between two electrodes in a gas mixture that differs in quality electric discharge using a pulsed linearly stabilized surface discharge, while the pulse duration of the discharge current is 1-100 μs, and the specific energy, It is set equal to 10 ³ - 10 ⁵ J per 1 m of the length of the interelectrode distance.