Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии переработки руд. Учебное пособие
.pdf
1 – камера для плавки серы, 2 – фильтр для жидкой серы, 3 – печь сжигания
серы, 4 – котел-утилизатор, 5 – контактный аппарат, 6 – система абсорбции оксида
серы (VI), 7 – холодильники для серной кислоты
Рисунок 14 – Технологическая схема производства серной кислоты из серы
6.4 Производство серной кислоты из сероводорода
Сущность и особенности метода получения серной кислоты из сероводорода
заключается в том, что смесь SO
и паров Н
2
О, полученных при сжигании
2
сероводорода, подается без разделения на контактирование. Там SO2 окисляется на
твердом ванадиевом катализаторе до SO3. Потом газовая смесь охлаждают в
конденсаторе, а пары образующейся серной кислоты в нем превращаются в жидкий
продукт. Этот метод получил название «мокрого» катализа (был предложен И.А.
Ададуровым, Д. Гернстом в 1931 году) [22, 23].
Следовательно, методы производства серной кислоты из колчедана и серы
отличаются от метода мокрого катализа отсутствием специальной стадии абсорбции
SO3 и весь метод заключается в трех последовательных стадиях:
1 Сгорание сероводорода:
H2S+ 1,5О2 = SO2 + Н2О - ΔН
161
2 Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI):
3 Конденсация паров и образование серной кислоты:
SO
+ Н
3
Следовательно, весь процесс мокрого катализа можно описать суммарным
уравнением:
H2S + 2О2 = H2SO4 – ΔН ΔН = 707 кДж.
SO2+0,5O2→SO3 - ΔН, ΔН = 96 кДж.
О → H2 SО4 - ΔН ΔН = 92 кДж.
2
Технологическая схема производства серной кислоты из сероводорода
предусматривает использование в качестве сырья концентрированный
сероводородный газ (до 90 % сероводорода), который является отходом ряда
производств. Поскольку газ при выделении подвергается промывке, постольку он не
требует стадии очистки, а продукты его сжигания практически не содержат вредных
примесей и тоже не нуждаются в очистке. Это также значительно упрощает процесс
сернокислотного производства.
Технологическая схема производства серной кислоты из сероводорода
представлена на рисунке 15 [22]. Она включает последовательные операции:
сжигание сероводородного газа в избытке воздуха, охлаждение газопаровой смеси с
температуры равной 1000 °С до 400 °С в котле, разбавление газопаровой смеси
воздухом для контактирования состава, контактирование в специальных аппаратах,
охлаждение конвертированного газа в башнях, орошаемых серной кислотой с
образованием продукционной серной кислоты и сернокислотного тумана, который
улавливается в электрофильтрах.
При абсолютно сухих сероводородном газе воздухе, теоретически должна
образоваться 100 %-ная серная кислота. Реально, из-за присутствия в
162
1 – печь с огнеупорной насадкой, 2 – котел-утилизатор, 3 – контактный
аппарат, 4 – башня-конденсатор, 5 – холодильник, 6 – электрофильтр
Рисунок 15 – Производство серной кислоты из сероводорода:
воздухе паров воды, концентрация кислоты составляет не более 96 % (масс.).
Производительность современных установок, работающих согласно методу мокрого
катализа, достигает до 300 т/сут по моногидрату серной кислоты.
Современная промышленность выпускает разнообразные товарные сорта
серной кислоты и олеума, отличающихся концентрацией и чистотой. Для
уменьшения кристаллизации продуктов при транспортировке, хранении и в самом
производстве, установлены стандарты (ГОСТ 2184-77) на товарные сорта,
концентрации этих сортов отвечают эвтектическим составам с более низкими
температурами кристаллизации.
При вычислении технико-экономических показателей сернокислотного
производства расчеты ведутся, как правило, на 100 %-ную серную кислоту
(моногидрат).
Большие масштабы производства серной кислоты выдвигают проблемы его
совершенствования. Выделяются следующие направления в совершенствовании
163
производства:
1. Расширение сырьевой базы для производства серной кислоты за счет
использования газов котельных теплоэлектростанций и различных производств.
2. Увеличение единичной мощности установок. Повышение мощности
приводит к снижению себестоимости продукции на 25 % – 30 % (в 2-3 раза).
3. Интенсификация процесса обжига сырья с использованием кислорода либо
воздуха, обогащенного кислородом. Это снижает объем газа, идущего через
аппаратуру, и повышает ее производительность.
4. Увеличение давления в процессе, что способствует увеличению
интенсивности работы основной аппаратуры.
5. Применение новых катализаторов с более высокой активностью и низкой
температурой зажигания.
6. Увеличение концентрации оксида серы (IV) в печном газе, подаваемом на
контактирование.
6.5 Основы технологии производства минеральных удобрений
Минеральные удобрения (МУ) – это соли или другие вещества, которые
содержат элементы, необходимые для питания растений, а также повышения
плодородия почвы. Их используют для получения более высоких, устойчивых
урожаев в сельском хозяйстве при выращивании культур. Минеральные удобрения
могут иметь природное происхождение или могут быть получены в
промышленности.
В составе тканей растений, при его росте, развитии, цветении, плодоношении
участвуют порядка семидесяти химических элементов, подразделяющихся по той
роли, которую они играют в организмах растений. К элементам органогенам
относятся углерод, водород, кислород, азот. К зольным элементам – фосфор, калий,
кальций, магний, сера. Под микроэлементами подразумевают бор, молибден, медь,
164
цинк, кобальт, а к элементам, входящим в состав хлорофилла, ферментов – железо,
марганец.
Из указанных химических элементов углерод, водород и кислород составляют
порядка 90 % (масс. сухого вещества), 8 – 9 % приходится на азот, фосфор, сера,
магний, кальций и калий. Остальные элементы составляют не более 1 – 2 %.
Необходимо отметить жизненно важные элементы – бор, железо, медь, марганец и
ряд других [22, 23].
Огромное значение в питании растений играют азот, фосфор и калий. От этих
трех химических элементов зависят обмен веществ и рост в растениях. Азот
является составным элементом белков, хлорофилла, участвует в фотосинтезе.
Соединения фосфора важны при дыхании, размножении растений потому, что они
участвуют в процессе превращения углеводов, азотсодержащих веществ. Роль калия
– регуляция жизненных процессов, идущих в растениях: улучшение водного
режима, способствует обмену веществ, синтез углеводов в тканях и др.
Основная масса кислорода, углерода, водорода берется растением из воздуха и
воды, все остальные химические элементы растения получают из почвы. При все
возрастающих масштабах сельского хозяйства и уровня развития промышленности
естественный кругооборот химических, в том числе и питательных элементов в
природе нарушается, поскольку они выносятся с урожаем и уже не возвращается в
почву. Часть питательных элементов может вымываться из почвы дождями, талыми
водами, могут переходить в недеятельную форму (иммобилизуется).
Постоянный вынос и расход химических элементов диктует необходимость
компенсировать вынужденные потери питательных веществ в почве. Достигается
это внесением в почву веществ, которые содержат в своем составе эти питательные
элементы, которые и представляют собой минеральные удобрения. Это
способствует улучшению плодородия почв и обеспечивает более высокие и
стабильные урожаи растительных культур. Например, если вносят в почву полное
удобрение (в состав которого входит азот, фосфор и калий), то урожайность может
повыситься в 1,5 – 3 раза, что определяется видом культур.
Использование минеральных удобрений кроме увеличения урожайности,
165
повышает производительность труда, снижает себестоимость сельскохозяйственной
продукции, делает лучше ее качество. Так, в свекле повышается содержание сахара,
в картофеле – крахмала, в хлопковых и льняных волокнах увеличивается прочность,
морозо- и засухоустойчивость растений также повышается.
Существуют классификации минеральных удобрений по ряду признаков,
поскольку виды минеральных удобрений, которые поставляются на рынок
промышленностью, очень многообразны. Минеральные удобрения принято
классифицировать:
– по природе питательного элемента;
– по содержанию и числу питательных элементов;
– по способам получения;
– по свойствам.
По природе питательных элементов минеральные удобрения подразделяют на
азотные, фосфорные или фосфатные, калиевые или калийные, магниевые или
магнезиальные, борные и другие. Ведущее место по масштабам производства
принадлежит первым трем видам указанных выше минеральным удобрениям
минеральных удобрений.
По числу питательных элементов минеральные удобрения подразделяют на
простые, их еще называют однокомпонентными, это те, которые содержат лишь
один питательный элемент, и комплексные, это те, которые содержат два (двойные
типа NP, РК, NK) либо три (тройные типа NPK или полные) элемента.
Комплексные минеральные удобрения подразделяются на сложные,
полученные в результате химической реакции, смешанные, представляющие
механические смеси, образованные механическим смешением различных простых
минеральных удобрений, и сложно-смешанные, представляющие комбинацию
первых двух типов.
По содержанию питательных элементов минеральные удобрения делят на
концентрированные удобрения (больше 33 % элемента) и
высококонцентрированные (больше 60 % элемента) удобрения [22, 23].
По свойствам минеральные удобрения подразделятся на твердые, жидкие.
166
Твердые удобрения различают порошкообразные, кристаллические,
гранулированные, растворимые, нерастворимые.
Усвоение минеральных веществ удобрения различными
сельскохозяйственными культурами зависит от их растворимости, свойств и
вещественного состава почвы, важное значение придается рН почвы. Азотные
удобрения, а также комплексные минеральные удобрения растворяются в воде.
Фосфорные удобрения по растворимости в воде подразделяются на
водорастворимые (рН = 7), цитратно- или лимоннорастворимые, эти удобрения
растворяются в органических слабых кислотах (рН < 7) и труднорастворимые, это те
удобрения, которые растворяются в сильных неорганических кислотах (рН > 7).
По составу минеральные удобрения подразделяются по содержанию в них
действующих элементов. Так азотные удобрения характеризуются содержанием
азота, фосфорные и калийные удобрения – условно в пересчете на соответствующие
оксиды.
Эффективность использования минеральных удобрений определяется
правильным сочетанием питательных элементов, которые планируется вносить с
ними в почву. Соотношение питательных элементов выражается следующим
образом:
N : К2О : Р2О
=1:1:2; N : К
5
О : Р2О
2
= 0,5 : 0 : 1 и т.п.
5
Уравновешенные минеральные удобрения – это те удобрения, в которых
соотношение питательных элементов отвечает требованиям агротехники. От
правильного применения минеральных удобрений зависит урожайность зерновых и
других растительных культур.
В настоящее время ассортимент и масштабы производства минеральных
удобрений продолжают расти.
Так, например, в 2000 г мировое потребление минеральных удобрений
достигло около 300 млн. тонн (в расчете на 100 % - е действующие вещества). В
современной промышленности только в Российской Федерации получают
167
удобрения всех видов, а это порядка 30 наименований минеральных удобрений.
Причем из них: азотных выпускают 8 видов, фосфорных – 6 видов, калийных – 3
вида и комплексных – 12 видов.
Доля нашей страны в мировом балансе производства минеральных удобрений
составила в 1992-93 гг примерно 11 %.
Структура потребления сельским хозяйством минеральных удобрений в
нашей стране такова:
– азотные удобрения составляют 46,6 %;
– фосфорные удобрения составляют 30,3 %;
– и калийные удобрения составляют 23,1 %.
При производстве минеральных удобрений используют самое разнообразное
сырье. Причем разнообразные продукты можно получать из различного сырья,
применяя различные технологические процессы. Применяемое для получения
минеральных удобрений сырье классифицируют следующим образом:
– природное минеральное сырье – это апатиты, фосфориты, сильвинит,
карналлит;
– атмосфера – это азот воздуха;
– продукты, полупродукты химической и других отраслей промышленности.
Сюда входят минеральные кислоты, щелочи, сода и др.;
– отходы других производств, например, фосфатные шлаки.
Как правило, сырье для производства минеральных удобрений включает в
себя несколько ценных компонентов, следовательно, такое производство является
комплексным, в нем используются все составные компоненты сырья. Чаще всего
производство минеральных удобрений сочетают с другими производствами,
которые вырабатывают продукцию, используемую в качестве сырья для
производства минеральных удобрений. Это позволяет снизить нерентабельные
перевозки. Так, заводы по производству суперфосфата размещают около с
сернокислотных комбинатов, цехи по получению нитрата аммония объединяют с
цехами по синтезу аммиака, азотной кислоты; производство карбамида размещают
вблизи с производством аммиака и др. Например, головные предприятия по
168
производству фосфорных удобрений находятся в Воскресенске, Санкт-Петербурге,
Кингисеппе. Они базируются на апатитовых рудах Хибинского месторождения.
Производства калийных минеральных удобрений создаются недалеко от залежей
калийных солей, например в Соликамске, Березняках.
Применение минеральных удобрений основывается на базе научного
землепользования. Эту базу заложили Ж.Б. Буссенго, Ю. Либих, А.Н. Энгельгарт,
Д.И. Менделеев, В.В. Докучаев, Д.Н. Прянишников и другие ученые.
Так, Ю. Либих (1840) предложил теорию минерального питания растений,
разработал научное обоснование плодородия почвы и на основываясь на анализах
золы, обосновал потребность растительности в следующих элементах: калий,
фосфор, сера и др. Сам получил калийные, растворимые фосфорные минеральные
удобрения, используя сернокислотное разложение природных фосфатов.
Д.Н. Прянишников (1916) обосновал теорию азотного питания растений, а
также сформулировал теоретические основы процессов фосфорилирования,
известкования, гипсования почв с целью улучшения их свойств.
Отечественная промышленность минеральных удобрений была создана в 30-е
годы на базе разведанных запасов фосфорного в 1932 году и калийного в 1925 году
сырья. Также было организовано производство синтетического аммиака в 1927 году.
До этого времени азотные и калийные минеральные удобрения в нашей стране
практически не получались. Производство сульфата аммония из аммиака
коксохимического производства было незначительным и не превышало 13000 тонн,
суперфосфата из импортного фосфорита получали до 65000 тонн. В 1913 году было
выработано в общем порядка 17000 тонн различных минеральных удобрений (в
пересчете на 100 % питательных веществ), а потребление их было гораздо больше и
составляло 42500 тонн.
Азотные удобрения получают с использованием, как правило, аммиака.
Первые установки по производству нитрата аммония появились в Березняках в 1932
году, а в Горловке и Бобриках в 1933 году. Они были очень громоздкими с низкой
производительностью. Еще не использовали теплоту реакции нейтрализации
аммиака, а это требовало большого расхода охлаждающей воды, затем упаривания
169
раствора нитрата аммония. Получение нитрата аммония (1937) составляло 270 тыс.
тонн.
Калийные удобрения получают на основе залежей калийных солей.
Возникновение отечественной промышленности калийных минеральных удобрений
связывают с обнаружением залежей калийных солей в Соликамске в 1925 году,
Предкарпатье в 1946 году и Старообнинске в 1954 году. Первой была фабрика по
производству карналита методом горячего выщелачивания (1937). Производство
хлорида калия галургическим способом впервые было поставлено в нашей стране
(1933) в г. Соликамске. Уже в 1954 году введен в эксплуатацию Березняковский
комбинат калийных солей. В 1963 году запущена первая очередь комбината в
Солигорске.
Однако потребность в безхлоридных калийных удобрениях оставалась все еще
высокой из-за культивации хлопчатника. Это вынудило организовать производство
сульфата калия из полиминеральных руд (полигалитов) Калуш-Толынского
месторождения. На основе этого месторождения (1975) вводится в строй Калушская
фабрика, в составе продукции которой до 20 % приходилось на сульфат калия.
Изучение флотационного метода производства хлорида калия из сильвинита
начато в 1952 – 1953 гг. В результате в 1963 – 1964 гг. вводятся в эксплуатацию
фабрики на Урале и в Солигорске. При изучении физико-химических
закономерностей флотации сложных солевых смесей удалось найти оптимальные
условия, подобрать флотореагенты, разработать технологические схемы
производства получения хлорида калия из сильвинита. Таким образом уже в 1966 –
1973 гг вводятся в строй новые флотационные фабрики в городах Солигорске,
Березняках, Соликамске. Технологическая схема с трехстадийным удалением шлама
позволила обеспечить потребность сельского хозяйства в калийных минеральных
удобрениях [22, 23].
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]