2. Технология процесса

4.1 Технологические схемы производства

Технологические схемы производства для цеха сероочистки № 1 находятся в альбоме технологических схем структурных подразделений завода согласно РП – 4.2/04 Порядок разработки и управления технологической документацией.

Основные стадии производства

1 Очистка коксового газа от сероводорода в серных скрубберах поглотительным содовым раствором.

2 Регенерация насыщенного сероводородом поглотительного раствора с получением сероводородного газа в 2-х ступенчатом регенераторе.

3 Сжигание сероводородного газа в печах – котлах с получением сернистого ангидрида (SO₂).

4 Конверсия (превращение) сернистого ангидрида в серный ангидрид (SO₃) в контактном аппарате.

5 Охлаждение технологического газа после контактного аппарата в ОТГ.

6 Получение серной кислоты (Н₂ SO₄) в конденсаторе ВСА.

2. Химизм процессов

Очистка коксового газа от сероводорода и регенерация поглотительного раствора

Улавливание сероводорода из коксового газа производится содовым поглотительным раствором в скрубберах по реакции:

H ₂S + Na₂CO₃ NaHСО₃ + NaHS

Так как в коксовом газе содержатся угле- и цианистоводородная кислоты, процесс извлечения сероводорода осложняется одновременно идущими реакциями поглощения двуокиси углерода и цианистого водорода:

Na₂CO₃ + СО₂ + H₂O 2 NaНСО₃

Na₂CO₃ + НСN NaСN + NaНСО₃

NaHS + СО₂ + H₂O NaНСО₃ + H₂S

Эти реакции идут с образованием продуктов, которые при регенерации раствора ведут к засорению регенераторного газа ненужным балластом: углекислым газом, цианистым водородом, ухудшающим свойства серной кислоты.

В процессе улавливания сероводорода происходят побочные реакции:

N aHS + НСN + ½ О₂ NaСNS + H₂O

Где: NaСNS - роданистый натрий

2 NaHS + 2О₂ Na₂ S₂О₃ + H₂O

Где: Na₂ S₂О_{3 –} тиосульфат натрия

N aСN + 2 H₂O NaСООН + NН₃

Где: NaСООН - муравьинокислый натрий

Эти реакции приводят к образованию солей, которые не разлагаются в регенераторе, а накапливаются в растворе, засоряют его и снижают поглотительную способность. Поглотительный содовый раствор, насыщенный сероводородом (Н₂S) и содержащий углекислоту и цианистый водород, поступая из серного скруббера, направляется в сборник, откуда насосом подается наверх регенератора. Регенерация раствора осуществляется его кипячением под вакуумом.

В процессе регенерации идут следующие реакции:

NaHS + NaНСО₃ Na₂CO₃ + H₂S

NaНСО₃ Na₂CO₃ + CO₂ +H₂O

Сероводород, освобожденный при регенерации раствора, поступает в сернокислотное отделение на сжигание в печь – котлах.

Получение серной кислоты

Этот процесс состоит из нескольких стадий:

а) Получение сернистого ангидрида SО₂

Процесс заключается в следующем:

в печь – котлах идет сжигание сероводорода по реакции:

2 H₂S + 3О₂ 2 SО₂ +2 H₂O +Q

Сжигание ведется с недостатком кислорода. Это вызвано тем, что в газе, поступающем на сжигание в печь – котел содержится цианистый водород, который при недостатке кислорода окисляется (горит) по реакции:

2НСN + 2.5 О₂ 2CO₂ +H₂O + N₂ + Q

Если же процесс горения вести с избытком кислорода, то:

2НСN + 3.5 О₂ 2CO₂ +H₂O + 2 NО + Q

т.е. образуются окислы азота, которые ухудшают качество серной кислоты, ведут к коррозии аппаратуры в сульфатном отделении цеха улавливания №1, где эта кислота применяется.

В камере дожига несгоревшая сера горит, образуя сернистый ангидрид:

S + О₂ SО₂

б) получение серного ангидрида SО₃

Процесс окисления сернистого ангидрида в серный ангидрид происходит на катализаторе в контактном аппарате по уравнению:

SО₂ + 0.5 О₂ SО₃

Скорость процесса окисления сернистого ангидрида в серный ангидрид зависит от двух причин - константы скорости реакции и равновесной степени контактирования. Скорость реакции с повышением температуры увеличивается, а равновесная степень контактирования уменьшается. Поэтому на практике поступают следующим образом:

Газ после печь-котла направляется на  слой катализатора в контактном аппарате. В ходе реакции окисления выделяется большое количество тепла, температура газа увеличивается. Растет и скорость процесса окисления до достижения равновесной степени контактирования.

Равновесная степень контактирования характеризует максимально возможное окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид для заданного состава при определенной температуре. Поэтому, после достижения равновесной степени контактирования, с ростом температуры скорость процесса увеличиваться не будет.

Следовательно, необходимо понизить температуру. Для этих целей служат теплообменники, установленные по ходу движения смеси газов после каждого из слоев контактного аппарата.

в) Образование серной кислоты

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным методом является охлаждение серного ангидрида и конденсация серной кислоты. Эти процессы происходят в охладителе технологического газа (ОТГ) и конденсаторе WSA.