книги из ГПНТБ / Амелин А.Г. Производство серной кислоты из сероводорода по методу мокрого катализа

132

газов составляет около 70°. В этих условиях весьма стойким' материалом является чугун, из которого выполняют трубы осади­ тельных электродов. В качестве коронирующих электродов служит нихромовая проволока.

При скорости газа в трубах электрофильтра 0,8—0,9 м/сек содержание серной кислоты в отходящих газах составляет менее-

вленного в цехе мокрого катализа на одном из коксохимических заводов (содержание тумана в поступающем газе 37,5 г/нм3)'.

Скорость газа в трубах электро­

На сернокислотных установках большой мощности обычно параллельно работают несколько электрофильтров.

Количество их выбирают с таким расчетом, чтобы скорость газа в осадительных трубах-электродах не превышала 0,8 м/сек.

Для получения концентрированной серной кислоты некото­ рые авторы14-15 рекомендуют предварительно осушать поступа­ ющий в печь сероводородный газ, предполагая, что при этом пред­ отвращается образование тумана (как это наблюдается в моногидратном абсорбере контактного процесса11), и, следовательно, отпадает необходимость установки хвостовых электрофильтров. Такое-предположение ошибочно, так как при охлаждении газо­ вой смеси, содержащей серный ангидрид и пары воды, вначале образуются пары серной кислоты, которые затем конденсируют­ ся. При сравнительно низкой температуре орошающей кислоты образование тумана (со всеми вытекающими отсюда послед­ ствиями) неизбежно.

Насосы, оросительные холодильники кислоты, сборники кис­ лоты и другое вспомогательное оборудование отделения конден­ сации описаны в учебной литературе11 и поэтому здесь не рас­ сматриваются.

Показатели работы установок. Ниже приведены основные среднегодовые показатели работы одной из действующих уста­

133

новок мокрого катализа, работающей на концентрированном сероводородном газе (получается при очистке коксового газа):

В контактный аппарат добавляется воздух, поэтому кон­ центрация серного ангидрида на выходе из контактного аппара­ та составляет менее 4%.

Различные схемы производства

За рубежом выделение серной кислоты на установках мокрого катализа проводят преимущественно в башнях с насадкой, оро­ шаемых 70—85%-ной серной кислотой. В Германии на некоторых установках конденсацию серной кислоты осуществляют в башне с насадкой, а выделение тумана в одном или двух последователь­ но соединенных электрофильтрах16. На орошение башни подается кислота при температуре 110—130°; концентрация получаемой серной кислоты составляет около 70%.

Кроме электрофильтров, для выделения тумана применяются и другие аппараты. На рис. 39 изображена схема фирмы Zieren17

паровой котел-утилизатор 4. Выходящий из котла газ охлаж­ дается подогретым воздухом в горизонтальном трубчатом тепло­ обменнике 5 и поступает в четырехслойный контактный аппарат 8. Между слоями контактной массы в газ добавляют атмосфер­ ный воздух. Из контактного аппарата газ направляется в башнюконденсатор 9, орошаемую 78%-ной серной кислотой, а затем последовательно в два турбулентных фильтра 10 для выделения брызг и тумана. Пройдя фильтры, отходящие газы через трубу 14 отводятся в атмосферу.

Примерно по такой же схеме монтируются установки мокрого катализа фирмы Лурги (ФРГ).

134

Рис. 39. Схема производства серной кислоты из сероводорода по методу мокрого катализа (схема фирмы Zieren):

У—вентилятор для сероводорода; 2—гасители пламени; 3—печь; 4—-паровой котел-утилизатор; 5—теплообменник; б—водяной насос; 7—воз­ душные вентиляторы; 8—контактный аппарат; * -9—башня-конденсатор; 10—турбулентные фильтры; 11—холодильники кислоты; 12—насосы; УЗ—сборник кислоты; 14—выхлопная труба.

На рис. 40 приведена схема, кратко описанная в каталоге фир­ мы Лурги.

На рис. 41 изображена схема конденсации серной кислоты с увлажнением газа перед поступлением в электрофильтр для выделения тумана13. В этом случае также получают серную кис­ лоту низкой концентрации (75—85%).

Рис. 40. Схема производства серной кислоты из сероводорода (схема Лурги);

/ —воздушный фильтр: 2, 9—воздушные вентиляторы: 3—вентилятор для сероводородного'газа: 4_печь для сжигания сероводорода; 5—газовый холодильник: 6—паровой котел-утилизатор: 7 _ Насос с паровым двигателем; 8—насос%с электродвигателем: 10—контактный аппарат: 11—башня-конденсатор: 12—гидравлический затвор; 13—керамические фильтры; /'/—циклонный брызгоуловитель; 15—погружной насос из гартблея: 16—сборник продукционной кислоты: 17—насос для кислоты; 18—сборник орошающей кислоты: 19—холодильник орошающей кислоты.

Рис. 41. Схема конденсации серной кислоты с по­ следующим увлажнением газа:

/—башня-конденсатор; 2—увлажнительная колонка; Л—электро­ фильтр; 4—сборник-холодильник кислоты.-

136

Если соотношение S03 и НаО в газе, поступающем в башнюконденсатор (по схеме Лурги, рис. 40), соответствует более высокой концентрации продукционной серной кислоты, в сборник кисло­ ты можно добавлять воду или подавать ее в увлажнительную ко­ лонку, как показано на рис. 41.

Давление паров воды над серной кислотой увеличивается с понижением концентрации .кислоты, поэтому в описанных уста­ новках значительная часть тепла, выделяющегося в башне-кон­ денсаторе, расходуется на испарение воды. При этом соответ­ ственно уменьшается требуемая поверхность теплообмена в хо­ лодильниках кислоты и сокращается расход воды.

Количество воды в газе, выходящем из башни-конденсатора, может быть определено по уравнению (IV, 21). Окислы азота, которые могут содержаться в газе контактирования, не погло­ щаются серной кислотой низкой концентрации, а, наоборот, десорбируются из нее7 и вместе с отходящими газами выводятся в атмосферу. В газе после контактного аппарата содержится не­ большое количество сернистого ангидрида, который растворяется в серной кислоте. В кислоте низкой концентрации сернистый ан­ гидрид восстанавливает окислы азота до N0, которая весьма незна­ чительно растворяется в серной кислоте11.

Таким образом, к преимуществам орошения башни-конденса­ тора серной кислотой низкой концентрации, кроме значитель­ ного уменьшения требуемой поверхности холодильников, отно­ сится также небольшое , содержание окислов азота в полу­ чаемой серной кислоте. Недостатком такого орошения является увеличение туманообразования в башне-конденсаторе и полу­ чение серной кислоты низкой концентрации. Если в сероводород­ ном газе присутствует HCN, отходящие газы содержат окислы азота, удаление которых в атмосферу недопустимо. Это является существенным препятствием к применению орошающей серной ки­ слоты низкой концентрации.

В электрофильтрах достигается высокая степець очистки газа от тумана и создается незначительное гидравлическое сопро­ тивление. Тем не менее в последние годы вместо электрофильтров предпочитают устанавливать более простые и дешевые турбу­ лентные фильтры (см. рис. 39) и керамические фильтры17’19’20. Так, из 20 установок мокрого катализа, смонтированных фирмой Лурги .(ФРГ), 15 установок оборудованы керамическими фильтра­ ми и только на двух используются электрофильтры. Три уста­ новки работают с прямой конденсацией серной кислоты без обра­ зования тумана20; в довоенный период большая часть установок мокрого катализа работала по этому методу.

В керамических фильтрах (сопротивление 300—400 мм вод. cm.) газ проходит через пористые плиты или трубки; вместо керамики применяют также синтетические фильтрующие материалы.

Для получения на установках мокрого катализа олеума и 980/о-ной серной кислоты газ, выходящий из печи и парового

137'

котла, охлаждают в башне, орошаемой серной кислотой. Да­

о

§^e§

§ за* 4 <j d.^

Ч ОоОI Оe.

.£*« I оt- <NOЬ Ip o I

Кь- l

4 .. s S

S ! i a s

Sgg

CSh g л л

“ ч ч

как в производстве концентрированной серной кислоты и олеума i контактным методом из колчедана, серы и других видов сырья. На рис. 42 изображена схема Zieren17 производства 98%-ной серной кислоты из сероводорода.

.138

Концентрированная серная кислота (примерно 98%-ная) может быть получена на установках мокрого катализа при условии предварительной осушки поступающего в печь воздуха. В этом случае для расчета концентрации продукционной кислоты множи­

кислоты, вытекающей из башни, непрерывно добавляют кон­ центрированную серную кислоту из башни-конденсатора, а избы­ ток серной кислоты низкой концентрации отводится на склад. Если в расчете по уравнению (III, 67) принять а=85% , с=4% , d —1,5%, 8 = 18, z=0,97, то 98%-ной серной кислоты будет полу­ чено 82,5% от общего количества продукционной кислоты, остальное (17,5%) будет получено в виде 75%-ной серной кисло­ ты. Средняя концентрация серной кислоты составит 93,1%.

Для получения серной кислоты высокой концентрации, а также для увеличения производительности установок мокрого катализа одновременно с H2S в печи можно сжигать21 некоторое количество природной серы высокой чистоты. В случае приме­ нения недостаточно чистой серы содержащиеся в ней твердые примеси при распылении и сгорании серы превращаются в пыль, которая, осаждаясь на контактной массе, может вызвать повыше­

с конденсацией серной кислоты в трубчатых конденсаторах (см.

' тельностью около 10 т серной кислоты в сутки:

139

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДНОГО ГАЗА

НИЗКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Использование сероводородного газа низкой концентрации в процессе мокрого катализа отличается некоторыми особен­ ностями. С понижением концентрации H2S в сероводородном га­ зе уменьшается количество тепла, выделяющегося при образова­ нии серной кислоты, на единицу объема газа. Поэтому при сжи­ гании сероводорода низкой концентрации в смеси с атмосфер-' ным воздухом температура газовой смеси в факеле форсунки обычно ниже температуры зажигания сероводорода. В связи с этим подаваемый в печь воздух приходится предварительно нагревать; кроме того, в печь загружают специальную насадку, служащую катализатором реакции окисления сероводорода.

После сероочистки сероводородный газ практически пол­ ностью насыщен парами воды, вследствие этого при использо­ вании сероводородного газа низкой концентрации из контакт­ ного аппарата выходит газовая смесь, содержащая водяных па­ ров значительно больше, чем необходимо для образования стан­ дартной серной кислоты контактных систем (93% H.2S04). Поэтому процесс выделения серной кислоты оформляется либо так же, как на установках с использованием сероводородного газа вы­ сокой концентрации (при этом получается серная кислота, соот­ ветствующая по содержанию H2S 04 стандарту на серную кислоту башенных систем9), либо ведут процесс конденсации паров сер­ ной кислоты так, чтобы часть водяных паров оставалась в отхо­ дящих газах, удаляемых в атмосферу (в этом случае получают концентрированную серную кислоту).

В основу технологической схемы производства концентри­ рованной серной кислоты из сероводородного газа низкой кон­ центрации положен способ, применяемый в контактном процес- се22-23 для улавливания из обжигового газа паров H2S04 горя­ чей серной кислотой. Сущность этого способа состоцт в том, что газовую смесь, содержащую серный ангидрид и пары воды,, обра­ батывают в башне с насадкой22 или в барботажном аппарате2'’ серной кислотой, имеющей сравнительно высокую температуру. В барботажном аппарате газ охлаждается в несколько стадий, проходя через слой серной кислоты, температура которой сни­ жается в каждой последующей стадии по мере движения газа. При соприкосновении газа с кислотой происходит конденсация

трированной серной кислотой, при высокой температуре можно выделить только серную кислоту, а избыток паров воды оста­

140