3.5.2. Поглощение оксида серы (VI)
Абсорбция оксида серы (VI) представляет собой обратимую экзотермическую реакцию и описывается уравнением:
nSO2 + H2O = H2SO4 + (n-1) SO3 + Q
В зависимости от соотношения количества оксида серы (VI) и воды может быть получен продукт различной концентрации:
при n > 1, олеум;
при n = 1, моногидрат (100%-ная серная кислота);
при n < 1, разбавленная серная кислота
!!! Помните, что одним из основных технологических требований к обжиговому газу, поступающему на контактирование, было требование отсутствия водяных паров.
Это требование обусловлено тем, что наличие даже небольших количеств водяных паров приводит к образованию мельчайших капель паров серной кислоты, которые образуют стойкий туман, плохо поглощаемый водой и кислотой.
Условия проведения процесса абсорбции:
Во-первых, чтобы избежать образования тумана из капель серной кислоты при процессе абсорбции оксида серы (VI), необходимо, чтобы давление водяных паров над поглощающей жидкостью тоже было минимальным. Такому требованию отвечает кислота, содержащая 98,3% H2SO4, отличающаяся ничтожным парциальным давлением, как H2O, так SO3.
а) Использование серной кислоты более низкой концентрации приводит к интенсивному образованию тумана.
б) Применение 100%-ной серной кислоты или олеума приводит к снижению степени абсорбции.
Во-вторых, в связи с тем, что абсорбция оксида серы (VI) сопровождается большим количеством выделения теплоты для более полного поглощения оксида серы (VI) процесс ведут при:
а) охлаждении газа и абсорбента до 80ºС;
б) используют аппараты с большим абсорбционным объёмом;
в) процесс абсорбции ведут в две стадии.
Такие условия обеспечивают интенсивный отвод тепла.
Технология процесса абсорбции представлена на рисунке 3.8:
Для снижения температуры до 80 ºС контактный газ после последнего слоя катализатора охлаждается в теплообменнике, затем в воздушном холодильнике и только после этого он поступает в адсорбер.
Адсорберы представляют собой поглотительные насадочные башни, заполненные керамическими кольцами, которые орошаются серной кислотой, текущей сверху вниз противотоком к поднимающемуся контактному газу.
Первая поглотительная башня орошается 20%-ным олеумом, который подаётся в таком количестве, чтобы содержание в нём оксида серы (VI) при прохождении через башню повысилось на 0,5% - 1,5%.
В первую поглотительную башню помимо олеума постоянно подаётся 98,5%-ная серная кислота, вытекающая из второй башни, чтобы предупредить повышение концентрации олеума выше 20%. Снижение концентрации олеума обусловлено тем, что содержащаяся в кислоте вода соединяется с оксидом серы (VI) олеума. Это и позволяет поддерживать концентрацию олеума на уровне 20%.
Продуктом этого процесса является 20%-ный олеум.
Вторая поглотительная башня орошается кислотой, с концентрацией 98,3% H2SO4. При этом кислоту подают в таком избытке, чтобы её концентрация за один цикл взаимодействия с контактным газом повысилась в среднем лишь на 0,2% H2SO4, т. е. в качестве продукта образуется 98,5%-ная серная кислота.
Рис. 3.8. Схема поглотительного отделения: 1 - холодильник; 2 - олеумная поглотительная башня; 3 - желоба, распределяющие кислоту по насадке; 4 - колосниковая решётка, поддерживающая насадку; 5 - поглотительная башня с 98-процентной кислотой; 6 - сборник кислоты; 7 - оросительные холодильники; 8 - центробежные наносы.
После охлаждения в холодильниках, только небольшая часть кислоты поступает в виде продукции. Большая часть кислоты после добавки воды или слабой кислоты возвращается на абсорбцию.