2.1.2 Очистка от тумана серной кислоты

Охлаждение технологического газа происходит в двух промывных башнях (первой и второй). Туман, образующийся при охлаждении газа, лишь частично (на 30 –50 %) поглощается в промывных башнях. Полностью он выделяется только в электрофильтрах мокрой очистки.

В электрофильтре имеются электроды двух типов: коронирующие и осадительные. Осадительные электроды представляют собой круглые или шестигранные трубы, выполненные из титана и полипропилена. Коронирующие электроды выполнены из титановых и полипропиленовых звездочек, насаженных на титановые пластины и титановую проволоку соответственно.

Осадительные электроды присоединяются к положительному полюсу выпрямителя и заземляются, коронирующие – изолируются от земли и к ним присоединен провод от отрицательного полюса выпрямителя.

Проходя через электрофильтр, капли тумана, воспринимая ионы, заряжаются и под действием электрического поля движутся к осадительным электродам. При столкновении с осадительным электродом заряженные частицы (капли тумана) осаждаются на нем, превращаясь в жидкость.

Чтобы улучшить выделение тумана в электрофильтрах понижают температуру газа и концентрацию орошающей кислоты во второй промывной и увлажнительной башнях. При этом относительное содержание влаги в газе повышается, а это приводит к конденсации паров воды на частицах тумана и увеличению размеров этих частиц. Кроме того, в мокрых электрофильтрах температуру газа дополнительно понижают на 3 - 5 ⁰С, благодаря чему также происходит увеличение содержания влаги и укрупнение частиц тумана. С увеличением размера частицы воспринимают в электрофильтре больший заряд и, соответственно, с большей силой притягиваются к осадительным электродам.

В электрофильтрах и увлажнительной башне туман серной кислоты осаждается вместе с соединениями мышьяка, селена, остатками пыли и другими примесями.

Технологический газ из газового коллектора поступает в первую промывную башню, в которой охлаждение и очистка газа осуществляется за счет промывки кислотой, кислота с уловленной пылью поступает в сборник.

Из сборника промывная кислота насосом подается на два гидроциклона, где происходит очистка от взвешенных частиц шлама. Осветленная часть кислоты подается на орошение первой промывной башни, а часть кислоты с твердыми примесями в виде шлама поступает в такой же сборник, откуда насосом передается в отделение очистки промстоков от мышьяка для последующей очистки и нейтрализации.

В первой промывной башне протекают следующие процессы:

-за счет соприкосновения холодной кислоты с горячими газами происходит упарка орошающей кислоты, обильное парообразование;

-пары воды и кислоты конденсируются в объеме с образованием тумана серной кислоты, в котором растворяются соединения мышьяка и селена;

-под действием инерции смоченные частицы пыли улавливаются поверхностью кислоты.

Технологический газ из первой промывной башни направляется во вторую промывную башню.

Во второй промывной башне протекают следующие процессы: охлаждение газа с температуры 90 ⁰ С до 45 ⁰С; улавливание основного количества пыли, остающегося в газе после первой промывной башни, конденсация тумана серной кислоты с растворенными в нем примесями. Очищаемый газ поступает в нижнюю часть башни, в верхнюю часть башни из сборника насосом подается кислота. Кислота, проходя противотоком газу, омывает насадку и выходит через кислотный затвор, исключающий подсос воздуха в башню, затем по кислотопроводу поступает в сборник, откуда насосом подается через холодильник в оросительный коллектор башни.

Около 1/3 от общего количества мышьяка и селена вымывается из газов на первой, второй ступенях промывки, где одновременно газы насыщаются туманом серной кислоты. Содержание мышьяка, селена, тумана серной кислоты после промывки зависит от температурного режима работы скрубберов-газопромывателей, плотности орошения и концентрации орошающих кислот, а также от содержания мышьяка и селена в перерабатываемом сырье.

Газ из второй промывной башни направляется на первую ступень электроочистки в электрофильтрах типа ЭТМ, где производится очистка газа от окислов мышьяка, селена и тумана серной кислоты. Необходимость очистки газов от этих примесей определяется тем, что наличие их в газе приводит к преждевременному выводу из строя катализатора, к снижению качества товарной продукции. Сернокислотный туман наносит дополнительный вред аппаратуре, способствуя коррозии теплообменников (со стороны межтрубного пространства) и влияет на увеличение потерь серы в связи с его выбросом с выхлопными газами.

Первая ступень электроочистки состоит из двух, параллельно работающих, односекционных электрофильтров ЭТМ, каждый из которых в нижней части имеет самостоятельный ввод газа с дросселем, а в верхней части – выход, чем достигается независимая работа электрофильтров. Каждый из электрофильтров рассчитан на очистку 38000 нм³/час.

Газ, содержащий туман серной кислоты, проходит через неоднородное электрическое поле, образующееся между коронирующими и осадительными электродами фильтра. Коронирующие электроды изолированы от земли и к ним подведен постоянный ток отрицательной полярности 80-120 мА. Осадительные электроды заземлены и являются положительным полюсом. При этих условиях возникает отрицательный ионный поток, направленный от коронирующих к осадительным электродам.

Газовый поток при помощи распределительной решетки равномерно распределяется по всему сечению фильтра, попадает в активную часть электрофильтра, где под действием электрического поля частицы жидкости, находящиеся в потоке газа во взвешенном состоянии, приобретают отрицательный заряд, а затем движутся к положительному по знаку электроду и осаждаются на нем. Таким образом, происходит очистка газа от тумана серной кислоты и растворенных в нем окислов мышьяка и селена.

При осаждении тумана жидкость стекает с электродов и из нижней части электрофильтра перетекает через гидрозатвор в сборник предыдущей башни.

Во избежание конденсации паров серной кислоты и пробоя проходных изоляторов, не допускается работа электрофильтров под давлением.

В первой ступени электрофильтров осаждаются наиболее крупные капли тумана. Для выделения оставшихся мелких капель тумана, газ, перед поступлением во вторую ступень мокрых электрофильтров, увлажняется холодной подкисленной водой (0-5% H₂SO₄) в увлажнительной башне. При этом повышается относительное содержание влаги в газе, и увеличиваются размеры капель тумана в результате поглощения ими паров воды. С увеличением размера капель они приобретают больший заряд, и повышается скорость движения в электрическом поле.

Увлажнительная башня имеет такое же устройство, как и вторая промывная башня и работает аналогично. Кислота на орошение башни подается насосами из сборника увлажнительной башни, проходит насадку противотоком потоку газа и стекает через гидрозатвор назад в сборник, откуда насосом подается через холодильник в коллектор на орошение скруббера.

Газ после увлажнителя по газоходу направляется во вторую ступень мокрых электрофильтров для окончательной очистки. Из второй ступени мокрой электроочистки газ поступает в сушильное отделение.

Кислота, орошающая первую промывную башню, за счет абсорбции малых количеств серного ангидрида и упарки закрепляется. Для поддержания ее концентрации подается слабая кислота из цикла орошения второй промывной башни, а в цикл орошения второй башни подается кислота из цикла орошения увлажнительной башни; в цикл орошения увлажнительной башни подается вода из системы водоснабжения сернокислотного цеха.

Основным показателем нормальной работы мокрых электрофильтров является отсутствие после них сернокислотного тумана [5].

Основные параметры электроочистки газов:

Электрофильтр первой ступени:

Температура газа на входе - не более 45⁰ С.

Сопротивление - не более 50 мм.вод.ст.

Токовая нагрузка - не менее 100 мА.

Скруббер-увлажнитель:

Концентрация кислоты - 0 – 5%H₂SO₄.

Температура газа на входе - не более 40⁰С.

Температура газа на выходе - не более 30⁰ С.

Температура кислоты на входе - не более 25⁰ С.

Температура кислоты на выходе - не более 28⁰ С.

Сопротивление скруббера - не более 135 мм.вод.ст.

Электрофильтр второй ступени:

Температура газа на входе - не более 30 С.

Сопротивление - не более 30 мм.вод.ст.

Токовая нагрузка - не менее 125 мА.

Содержание мышьяка в газе после промывного отделения - не более 0,002г/м³.

Таблица 2.2 - Технологические параметры работы промывного отделения[5]

Наименование параметров	Единицы измерения	1-я промывная башня (ПБ1)	2-я промывная башня (ПБ2)	Увлажнительная башня (УБ)
1 Температура газа вход выход	ºС	180 – 300 60 - 61	60 – 61 45	45 35
2 Концентрация орошающей промывной кислоты	% H2SO4	15	3 - 4	«кислая вода»
3 Количество орошения	м3/ч	240 -300	540 - 600	540 - 600
4 Плотность орошения	м3/м2×ч	8 - 10	18 - 20	18 - 20
5 Температура орошающей кислоты вход выход	ºС	57 – 60 57 - 60	40 49 - 48	34 37
6 Температура оборотной воды в теплообменниках вход выход	ºС	- -	28 35,5	28 33
7 Коэффициент теплопередачи теплообменников	Вт/м2·°С	-	250	800