44. Абсоpбция тpиоксида сеpы. Физико-химические основы пpоцесса.

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным методом является извлечение SO₃ из газовой смеси и превращение его в серную кислоту. В зависимости от того, подвергается ли газ осушке перед контактным аппаратом, различают два механизма процесса выделения SO₃:

1. Газ подвергается осушке - SO3 абсорбируют серной кислотой. Метод наиболее распространенный, осуществляется в башнях абсорберах. SO3 растворяется в кислоте, а затем взаимодействует с содержащейся в ней водой:

nSO₃+H₂O>H₂SO₄ +(n-1) SO₃

А) если n>1 образуется олеум

Б) если n<1 образуется разбавленная серная кислота

Для получения олеума газ содержащий SO₃ вначале пропускают через олеумный абсорбер. Здесь поглощается часть SO₃ (в соответствии с равновесием процесса абсорбции). Окончательное поглощение SO₃ происходит в моногидратном абсорбере. По мере повышения концентрации олеума к нему добавляют кислоту из моногидратного абсорбера (разбавляют до товарного состава) и избыток подают на склад.

2. Газ не подвергается осушке.

Если газ, выходящий из контактного отделения, содержит больше воды чем необходимо для образования кислоты, происходит не абсорбция SO3, а конденсация паров серной кислоты, при охлаждении такого газа в башне. Одновременно с конденсацией паров на поверхности башни наблюдается конденсация паров с образованием тумана, выделяемого затем в электрофильтрах. Если продукция сернокислотного цеха выдается в виде серной кислоты концентрацией ниже 95%, выделение триоксида серы желательно вести путем конденсации паров кислоты, которая протекает с большей скоростью чем абсорбция SO3. Кроме того конденсация происходит при высокой температуре, что облегчает отвод тепла и его использование.

45. Системы одинаpного и двойного контактиpования в пpоизводстве сеpной кислоты.

Рис.4.4. Схема производства серной кислоты из серы по методу ДК.

1 –серная печь, 2 –котел-утилизатор, 3 –экономайзер, 4 –пусковая топка, 5, 6 –теплообменники пусковой топки, 7 –контактный аппарат, 8 –теплообменники, 9 –сушильная башня, 10, 11 – первый и второй моногидратные абсорберы, 12 –сборники кислоты, 13 –выхлопная труба.

Серу подают в печь 1, пропуская через плавитель, где она плавится. Также в печь 1 подают воздух, осушаемый в сушильной башне 9, орошаемой 93% серной кислотой. Воздух предварительно нагревается в теплообменниках-8.2, 8.3. Из печи 1 газ (SO₂) поступает в котел-утилизатор 2, где охлаждается до 440⁰С и направляется в контактный аппарат 7. Воздух нагревается в топке 4, в теплообменниках 5 и 6 и направляется в контактный аппарат. В контактном аппарате размещены пять слоев катализатора.

Для реализации линии оптимальных температур газ после каждого слоя катализатора необходимо охладить. С этой целью предусмотрена система теплообменников 8.

Рис.1. Функциональная схема производства серной кислоты из колчедана методом одинарного контактирования.

46. Пеpспективы pазвития сеpнокислотного пpоизводства.

Мощным средством повышения производительности сернокислотных производств является увеличение концентрации диоксида серы. Высококонцентрированные газы, содержащие до 80% SO₂ уже начали получать в производствах цветных металлов из их сульфидных руд с применением технического кислорода.

Получение высококонцентрированного сернистого газа позволяет создать энерготехнологические циклические производства серной кислоты из серы и колчедана. Диоксид серы полученный с применением технического кислорода окисляют на 90% в контактном аппарате с «кипящем слоем» катализатора. При абсорбции SO₃ получают высококонцентрированный олеум и моногидрат. Газ после абсорбции возвращают на контактирование. В реакторе общая степень превращения составляет 99,995%. Для отвода накапливающегося в результате многократного рецикла азота часть газа после абсорбции пропускают через малогабаритную сернокислотную установку, из которой азот выбрасывается в атмосферу. Интенсивность работы циклической системы, работающей под давлением около 1 МПа, с применением кислорода в десятки раз превышает интенсивность обычных систем. Потери серы с отходящими газами и соответственно выбросы SO₂ и SO₃ в окружающую среду также снижены в десятки раз.

Схемы предусматривают генерирование водяного пара (4 Мпа) за счет тепла газов обжига, который может быть использован как в самой установке для компенсации затрат энергии на работу компрессоров и насосов, так и в других цехах завода. Тепло сернистых газов после прохождения очередного каталитического слоя можно использовать для предварительного подогрева реагентов на входе в контактный аппарат. Тепло сорбции используется для бытовых нужд.

Важнейшими направлениями развития производства серной кислоты являются:

1. Увеличение мощности аппаратуры при одновременной комплексной автоматизации производства.

2. Интенсификация процессов путем применения реакторов «кипящего слоя» (как на стадии обжига, так и при контактном окислении SO₂), более активных катализаторов, повышенных давлений и использование технического кислорода в процессе окисления.

3. Разработка энерготехнологических схем с максимальным использованием теплоты экзотермических реакций, в том числе циклических систем под давлением.

4. Увеличение степеней превращения на всех стадиях производства для снижения расходных коэффициентов по сырью и материалам и снижение вредных выбросов.

5. Утилизация вредных выбросов из отходящих газов, а также твердых отходов (огарок). Например, нежелательные вредные примеси H₂S и SO₂ из разных потоков можно объединить и подвергнуть концентрированию с целью перевода их в элементарную серу.   Твердый огарок, содержащий оксид железа можно использовать в качестве сорбента для улавливания газов и очистки сточных вод.