2 Описание технологического процесса производства контактной серной кислоты

Для переработки отходящих металлургических газов принята полная классическая схема производства серной кислоты контактным методом, включающая промывное, сушильное, контактно-компрессорное и абсорбционное отделения.

Процесс получения серной кислоты методом контактного окисления диоксида серы состоит из следующих основных стадий:

-специальная очистка газа в орошаемых газопромывных агрегатах (башнях) с улавливанием пыли, мышьяка и тумана серной кислоты в мокрых электрофильтрах;

-осушка газа в башнях с насадкой, орошаемых крепкой серной кислотой:

-окисление диоксида серы до триоксида на поверхности ванадиевого катализатора в контактных аппаратах:

-поглощение триоксида серы в абсорберах, орошаемых крепкой серной кислотой.

Отходящие газы металлургического цеха, направляемые на производство серной кислоты, содержат пыль, окислы мышьяка и селена, незначительное количество серного ангидрида, и извлекаемый компонент – диоксид серы.

Таблица 2.1 - Характеристика отходящих газов медеплавильного производства[5]

Наименование параметров	Единицы измерения	Показатели
Отходящие газы медеплавильного производства (газы плавильного агрегата «Победа» и конвертеров)
Объем газа	нм3/ч	100 000
Состав газа	% об.
SO2		4,8 – 7,5
SO3		0,1 – 0,3
O2		16,2 – 13,1
H2O		3,0 – 4,2
Пыль	г/м3	0,2 – 0,4
Соединения мышьяка (в пересчете на мышьяк)	мг/м3	4 – 123
Соединения фтора	мг/м3	1 - 40
Температура газа на входе в сернокислотное производство	°С	180 -300
Разрежение газа на входе в сернокислотное производство	мм. вод. ст.	50
Серы с газами	т/год	67 089

2.1 Специальная очистка газа

2.1.1 Основы очистки газа в промывном отделении

Для производства серной кислоты контактным способом газ должен быть охлажден и очищен полностью от пыли, окислов мышьяка, селена и тумана серной кислоты, так как эти примеси являются ядами для применяемых ванадиевых катализаторов.

Выходящий с электрофильтров сухой очистки МПЦ технологический газ содержит в себе до 0,4 г/м³ пыли. Большая часть этой пыли вымывается из газа серной кислотой в первой промывной башне, поэтому её делают полой, без насадки, так как иначе насадка будет быстро забиваться пылью (шламом).

В поступающем газе кроме сернистого ангидрида содержится небольшое количество серного ангидрида и паров воды. При охлаждении серный ангидрид соединяется с водой и образует туман серной кислоты. В первой промывной башне происходит очень резкое охлаждение газа, и пары серной кислоты конденсируются в объеме в виде мелких взвешенных в газе капель, т.е. в виде тумана. Наличие такого тумана в газе вызывает серьезные осложнения в технологическом процессе. При прохождении газа через аппаратуру, капли тумана серной кислоты осаждаются на стенках аппаратов и вызывают их коррозию. Особенно большое количество тумана выделяется в турбокомпрессорах (газодувках), где из-за большой окружной скорости создаются условия благоприятные для выделения мелких капель тумана. В контактном отделении продукты коррозии аппаратов повышают гидравлическое сопротивление аппаратов, теплообменников и подогревателей, уменьшают коэффициенты теплопередачи, способствуют образованию твердых корок на слоях контактной массы.

Кроме того, в поступающем газе содержится мышьяк, снижающий активность катализатора. Мышьяк входит в состав газа в виде газообразной трехокиси мышьяка, образующейся при окислении мышьяка кислородом в процессе плавки.

При охлаждении технологического газа в промывных башнях часть мышьяка абсорбируется орошающей серной кислотой. Охлаждение газа в первой промывной башне происходит очень быстро, поэтому большая часть мышьяка образует мелкие, взвешенные в потоке газа крупинки, которые растворяются в каплях тумана серной кислоты. В газе, выходящем из промывных башен, практически весь мышьяк находится в туманообразном состоянии, так как давление паров As₂O₃ при температуре ниже 75 ⁰С очень мало.

Наряду с As₂O₃ в газе содержатся пары двуокиси селена SeO₂. Двуокись селена полностью извлекается из газа и растворяется в каплях конденсирующегося тумана серной кислоты и в кислоте, орошающей башни. Растворимость его в кислоте высока и увеличивается с увеличением температуры. Сернистый ангидрид, растворенный в серной кислоте, восстанавливает двуокись селена по реакции:

SeO₂ + 2SO₂ + 2H₂O = Se↓ + 2H₂SO₄ (2.1.1)

Металлический селен может осаждаться в сборниках и оборудовании, на насадках башен и в мокрых электрофильтрах, где выделяется основное количество сернокислотного тумана.

В производстве серной кислоты возникают серьезные трудности из-за присутствия в газе соединений фтора, который находится в газе в виде фтористого водорода (HF) и четырехфтористого кремния (SiF₄).

В присутствии фтористого водорода, обладающего высокой коррозионной активностью, происходит интенсивное разрушение футеровки аппаратов и газоходов, керамической насадки башен:

4HF + SiO₂ = SiF₄↑ + 2H₂O (2.1.2)

Действие HF на контактную массу выражается в разрушении её кремнийсодержащей основы и пористой структуры катализатора по вышеприведенной реакции.

Четырехфтористый кремний может быть причиной засорения аппаратуры в результате осаждения кремнегеля (SiO₂), образующегося при гидролизе SiF₄ в слабой серной кислоте:

SiF₄ + 2H₂O = SiO₂↓ + 4HF (2.1.3)

Осуществляемый режим промывки технологического газа почти исключает проскок HF и SiF₄, так как их растворимость в воде и в слабой (H₂SO₄ до 50 %) кислоте одинаково велика. Растворимость SiF₄ начинает снижаться при температурах порядка 80 – 100 ⁰С и при концентрации кислоты выше 50 – 55 %; растворимость фтористого водорода при этих условиях еще достаточно велика.

Таким образом, очистку от соединений фтора можно вести, используя водную или низкоконцентрированную (H₂SO₄ до 25 %) промывку, не допуская накапливания в промывной кислоте опасных для оборудования концентраций фтора (менее 1,0 – 1,5 г/л).