Производство серной кислоты из серы

Процесс производства серной кислоты из элементарной серы состоит из следующих основных стадий:

-подготовка сырья: а) очистка и плавление серы; б) очистка, сушка и дозировка воздуха;

-сжигание серы: S+О2= SO2 (1). Процесс ведут с избытком воздуха;

-контактное окисление SO2 в SO3: SO2 + 0,5 О2  SO3 (2).

Процесс ведут на ванадиевом катализаторе при температуре 420–550°С; -абсорбция SO3: SO3 + H2O = Н2SО4 (З). Абсорбционная колонна орошается 98,3% Н2SО4. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~ 93% Н2SО4.

Получение серной кислоты.

Серу подают в циклонную печь 1, пропуская через плавитель, где она плавится и проходит через сетчатые фильтры для очистки от возможных механических примесей. В циклонную печь 1 (рис.15) в качестве окислителя подают воздух, предварительно осушенный продукционной серной кислотой (93 %) в сушильной башне 9. Воздух предварительно нагревается в теплообменниках - 8 затем в топке 4, в теплообменниках 5 и 6 и поступает в контактный аппарат.

Выходящий из циклонной печи обжиговый газ (SO₂) поступает в котел-утилизатор 2, где он охлаждается с 1100-1200 ⁰С до 440-450 ⁰С (температура зажигания ванадиевого катализатора)

Затем его направляют на первый слой контактного аппарата 7. В контактном аппарате размещены пять слоев катализатора.

Температурный режим, необходимый для приближения рабочей линии процесса к ЛОТ, регулируется пропусканием потоков контактного газа через теплообменники 8, где происходит его охлаждение нагреваемыми потоками газа после абсорбции (или осушенного воздуха).

После третьей ступени контактирования контактный газ охлаждают в теплообменниках 8 и направляют в первый моногидратный абсорбер 10, орошаемый циркулирующей через сборник кислоты 12 серной кислотой с концентрацией, близкой к 98,3 %.

После извлечения в абсорбере 10 триоксида серы контактный газ вновь нагревают до температуры зажигания катализатора в теплообменниках 8 и направляют на четвертый катализаторный слой контактного аппарата 7

В данной схеме для охлаждения газа после четвертой ступени контактирования и дополнительного смещения равновесия к нему добавляют часть осушенного воздуха.

Прореагировавшие в контактном аппарате газы пропускают для охлаждения через экономайзер (водоподогреватель) 3 и направляют во второй моногидратный абсорбер 11, из которого практически не содержавшие оксидов серы газы выбрасывают через выхлопную трубу 13 в атмосферу.

Товарная серная кислота – 92,5% постоянно выводится из сушильной башни 9.

Рис.15. Технологическая схема получения серной кислоты из серы методом ДК-ДА:.

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.

Рис. 16. Циклонная печь для сжигания серы:1 – форкамера; 2, 3 – камеры досжигания; 4 – воздушный короб; 5,6 – пережимные кольца; 7,9 – сопла для подачи воздуха; 8, 10 – форсунки для подачи серы.

Циклонная печь для сжигания серы состоит из двух горизонтальных цилиндров – форкамеры 1 и двух камер дожигания 2 и 3. Печь имеет воздушный короб (рубашку) 4 для снижения температуры наружней обшивки печи и предупреждения утечки диоксида серы.

В форкамеру через две группы сопл 7 тангенциально подают воздух, через форсунку механического типа 8 также тангенциально поступает расплавленная сера.

Образующийся при сжигании жидкой серы обжиглвый газ вместе с парами серы поступает через пережимное кольцо 6 из форкамеры в первую камеру дожигания 2, в которой также расположены воздушные сопла 9 и форсунки для подачи серы 10.

Из первой камеры дожигания газ через пережимное кольцо 5 поступает во вторую камеру дожигания 3, где сгорают остатки серы (в пространстве между пережимными кольцами 5 к газу добавляют воздух).

Из печи обжиговый газ поступает в котел-утилизатор (рис. 17) и далее в последующие аппараты.

Рис.17. Котел-утилизатор:

1─ входная камера, 2 ─ лазы, 3 ─ выходная камера, 4 ─ испарительные трубки, 5 ─ предохранительный клапан, 6 ─ паросборник, 7 ─ трубки насыщенного пара, 8 ─ пароперегреватель.

Производство серной кислоты.

Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это тем, что она самая дешевая из всех кислот, а также ее свойствами. Серна кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот.

Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны. Она применяется при получении минеральных удобрений, кислот, солей, взрывчатых веществ, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т.д.

Химическая промышленность выпускает три вида товарной кислоты:

- башенная кислота - 75%

-контактная кислота - 92,5%

• Олеум - 20% свободного SO₃

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы (IV).

Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов или сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля. Природного и попутного газов.

Таким образом, сырьевые источники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырья используют элементарную серу и железный колчедан. Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы тепловых электростанций и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (IV). Причем доля колчедана в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.

Основные этапы получения серной кислоты.

Получение серной кислоты из самородной серы состоит из трех стадий: 1- получение диоксида серы обжигом элементарной серы, 2- окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI), 3- абсорбция триоксида серы.