ПУТИ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА СК

Наиболее перспективным развитием сернокислотной промышленности является применение повышенного давления на всех стадиях производства СК, при этом обеспечиваются следующие положительные факторы улучшения технологических показателей сернокислотных систем:

1. В соответствии с принципом Ле-Шателье увеличивается выход SO₃ при взаимодействии SO₂ с O₂ на катализаторе. Возрастает степень использования сырья, уменьшаются выбросы SO₂ в атмосферу. При этом может быть достигнута степень окисления SO₂ 99,95–99,99%.

2. Объёмы перерабатываемого газа уменьшаются пропорционально давлению, что позволяет создать мощные системы с малыми размерами аппаратов. Диаметры аппаратов системы мощностью 700–750 тыс.т./год при давлении 1–1,2 МПа не превышают 3,5–3,6 м (в обычных системах мощностью 450–500 тыс.т./год диаметр контактного аппарата равен 13 м).

3. Удельная металлоёмкость системы снижается в 2,5–3 раза. Сокращается производственная площадь, занятая сернокислотной системой.

4. Резко снижается расход катализатора в 6–7 раз по сравнению с обычной системой.

5. Увеличивается скорость горения серы, окисления SO₂, абсорбции SO₃, что позволяет применять для этих процессов новые аппараты.

6. Появляется возможность получать непосредственно в производстве СК 100% SO₃ и высококонцентрируемого олеума с содержанием до 65% SO_3.

Однако применение давления на существующих системах, где в качестве кислородсодержащего сырья используется воздух связано с высокими затратами, т.к. при увеличении давления – энергия затрачивается на сжатие балластного газа N₂, который не участвует в реакции. Уменьшить расход энергии можно за счет применения чистого кислорода, или воздуха, обогащенного кислородом. Существует несколько основных направлений усовершенствования производства СК с применением кислорода и повышенного давления.

Традиционная схема получения СК из колчедана(рисунок 24).

Рисунок 24 - Традиционная схема получения СК из колчедана

1,12 – нагнетатели, 2 – печь КС, 3 – котёл-утилизатор, 4 – циклон, 5 – сухой электрофильтр, 6 – первая промывная башня, 7 – вторая промывная башня, 8 – мокрые электрофильтры, 9 – увлажнительная башня, 10 – сушильная башня, 11 – брызгоуловители, 13 – теплообменник, 14 – контактный аппарат, 15 – ангидридный холодильник (экономайзер), 16 – олеумный абсорбер, 17 – моногидратный абсорбер, 18 – оросительные холодильники, 19 – трубчатые холодильники, 20 – сборники кислоты.

По первому варианту серосодержащее сырье обжигают в воздухе. К полученному газу, содержащему 14% SO_2, через контактное отделение вводят технический кислород, содержащий 95% O₂ .

Технологическая схема получения СК из сероводорода(рисунок 25).

Рисунок 25 - Технологическая схема получения СК из сероводорода

1 – фильтр; 2 – вентилятор; 3 – печь; 4 – котел-утилизатор; 5 – контактный аппарат; 6 – холодильник; 7 – башня-конденсатор; 8 – электрофильтр; 9 – циркуляционный сборник; 10 – насос.

Сжигание сероводородсодержащего газа при производстве серной кислоты обычно осуществляют с заметным избытком воздуха по сравнению со стехиометрическими коэффициентами уравнения реакции получения диоксида серы. При нормальной эксплуатации установки в контактные аппараты подают газ, содержащий 6—8% (об.) SO₂ и 11—12% (об.) О₂, что достигается подачей в топку 8—10-кратного избытка воздуха по отношению к сероводороду. В качестве катализатора в контактных аппаратах используют сульфованадат-диатомовую массу. При изготовлении в нее вводят пиросульфат калия, образующий с пятиокисью ванадия активный комплекс V₂O₅•K₂S₂O₇,. При прокаливании катализатора (500—700°С) активный комплекс частично разрушается, поэтому после загрузки массу донасыщают при низкой концентрации диоксида серы (до 3,5% об.), затем концентрацию диоксида серы увеличивают до 6—10% (об.).

При температуре ниже 400°С степень окисления диоксида серы близка к 100%, однако при этом скорость реакции даже в присутствии катализатора очень мала. Температура, при которой начинается каталитическая реакция окисления диоксида серы в триоксид, это — температура зажигания контактной массы (для данного катализатора составляет 440°С); при меньшей температуре активность катализатора резко падает. С увеличением кислорода в газе температура зажигания несколько снижается. В связи с обогащением газа кислородом по мере прохождения слоев катализатора (за счет подачи воздуха на охлаждение) температура газа на входе в IV слой может быть снижена до 425°С. Максимальная температура газа на выходе из слоя контактной массы не должна превышать 580—600°С во избежание спекания массы и потери ее активности.

Конденсация серной кислоты в башне-конденсаторе протекает на поверхности насадки и в объеме газа. Конденсация на поверхности насадки происходит лишь в нижней части башни. Около 35% (масс.) серной кислоты конденсируется в объеме, при этом пары превращаются в капли жидкости, переходят в туман и уносятся потоком газа. Конденсация серной кислоты начинается при 275°С и заканчивается при 150°С. Улавливание тумана серной кислоты осуществляется в мокрых вертикальных электрофильтрах.

Давление пара в котле-утилизаторе поддерживается достаточно высоким, чтобы температура теплообменных поверхностей. котла была выше точки росы серной кислоты (275°С).

Трубы холодильника, в котором охлаждается кислота, орошаются водой, которая отводится в сеть оборотной воды. Для предупреждения попадания подкисленных вод в канализацию предусматривается станция нейтрализации кислых сточных вод. При образовании течи в трубах холодильника или фланцевых соединениях кислота может попасть в воду. В этом случае срабатывает датчик кислотности, клапан перекрывает сброс воды в оборотную систему, вода направляется в специальный сборник, куда для нейтрализации кислоты подается раствор щелочи. На установке предусматривается сухая уборка территории; в случае розлива кислоту нейтрализуют содой, засыпают песком и убирают.

Технологическая схема СК под давлением 28,4·10⁵Па(рисунок 26).

Рисунок 26 - Технологическая схема СК под давлением

1,5 – турбины; 2,4 – компрессоры; 3 – сушильная башня; 6 – печь; 7 – газовый фильтр; 8 – контактный аппарат; 9 – теплообменники; 10 – абсорбер.

Контактное отделение с двойным контактированием(рисунок 27).

Рисунок 27 - Контактное отделение с двойным контактированием

1,2,4,8 – теплообменники, 3 – контактный аппарат; 5 – волокнистый фильтр; 6,7 – абсорберы.

Газ проходит теплообменники и поступает на первый, а затем на второй и третий слои контактной массы аппарата. После третьего слоя газ подается в промежуточный абсорбер, из него — 'в теплообменники, а затем — в четвертый слой контактной массы. Охлажденный в теплообменнике газ проходит абсорбер и из него выводится в атмосферу.

Абсорбцию триокиси серы по уравнению реакции

SO₃ + H₂O -> H₂SO₄ + 9200 Дж

обычно проводят в башнях с насадкой, так как барботажные или пенные абсорберы при большей интенсивности работы обладают повышенным гидравлическим сопротивлением. Если парциальное давление водяных паров над поглощающей кислотой значительно, то SO₃ соединяется с H₂O в газовой фазе и образует мельчайшие капельки трудноуловимого сернокислотного тумана. Поэтому абсорбцию ведут концентрированными кислотами. Наилучшей по абсорбционной способности является кислота, содержащая 98,3% H₂SO₄ и обладающая ничтожно малой упругостью как водяного пара, так и SO₃. Однако за один цикл в башне невозможно закрепление кислоты с 98,3% до стандартного олеума, содержащего 18,5—20% свободной триокиси серы. Ввиду большого теплового эффекта абсорбции при адиабатическом процессе в башне кислота разогревается и абсорбция прекращается. Поэтому для получения олеума абсорбцию ведут в двух последовательно установленных башнях с насадкой: первая из них орошается олеумом, а вторая—98,3%-ной серной кислотой. Для улучшения абсорбции охлаждают газ и кислоту, поступающую в абсорбер, при этом увеличивается движущая сила процесса. Во всех башнях контактного производства, включая и абсорберы, количество орошающей кислоты во много раз больше, чем нужно для поглощения компонентов газа (H₂O, SO₃), и определяется тепловым балансом. Для охлаждения циркулирующих кислот устанавливаются обычно оросительные холодильники, в трубах которых, орошаемых снаружи холодной водой, протекает охлаждаемая кислота.

ЛЕКЦИЯ 11

Поиск по сайту: