4. Сучасні технологічні схеми виробництва

Схема ПК — ПА (подвійний контакт і подвійна абсорбція)

Єство методу подвійного контакту — подвійної абсорбції полягає в тому, що після 1-го рівня окислення SО₂ в SО₃ (міра конверсії приблизно 92—95%) газ поступає на 1-й рівень абсорбції триоксиду сірки. Не окислений діоксид сірки, пройшовши фільтр, де відділяються бризки сірчаної кислоти та туман, нагрівається в теплообмінниках до температури запалення каталізатора першого шару 2-ої ступені контактного апарату і проходять два шари контактної маси. При цьому сумарна міра контакту складає 99,7—99,8%. Після 2-го рівня контакту газ поступає на абсорбцію, після якої вміст SО₂ у вихлопних газах складає 0,03—0,04 об’єм. %, що відповідає ГДК.

Технологічна схема отримання сірчаної кислоти методом ПК—ПА показана на рис. 1. Колчедан через дозатор поступает в піч КШ. Отриманий сірчистий газ, що містить 13% SО₂, при температурі ~ 700 °С подають в казані-утилізаторі 3, де він охолоджується до температури 420 °С. При цьому отримується енергетична пара тиском 4 МПа і з температурою 450 °С, а також відбувається часткове очищення газу від огаркового пилу. Подальше очищення газу відбувається в циклонах 4 і в сухих електрофільтрах 5 марки УГТ-3-30. Очищення газу від миш'яку, селену і інших домішок проводиться в промивному відділенні, що складається з двох промивних башт 6 і 7, двох пар мокрих електрофільтрів 8 і 9 та сушильної 10 башти.

Перша порожниста промивна башта 6 працює в випарювальному режимі: циркулююча кислота охолоджує газ, при цьому тепло витрачається на випарювання води з кислоти, поступаючої на зрошування. Концентрація зрошувальної кислоти в першій башті, дорівнює 35—45 мас. % Н₂SО₄, підтримується на цьому рівні за рахунок передачі 5—10%-ної Н₂SО₄ з другої промивній башти 7. Кислота з другої башти 7 поступає в збірку 18 і після охолоджування повертається на зрошування.

Після другої промивної башти газ проходить послідовно дві пари електрофільтрів 8 і 9, потім сушильну башту 10, зрошувану 93—94%-ной Н₂SО₄ при 28—30 °С. За рахунок поглинання пари води з газу зрошувальна кислота розбавляється і нагрівається, тому для зниження температури, її охолоджують в повітряному холодильнику 20. Для підтримки концентрації кислоти до неї додають кислоту з моногідрату башти і знов подають на зрошування.

Перед сушильною баштою сірчистий газ розбавляють повітрям до вмісту в нім 9 об’єм. % SО₂ відповідно до технологічним режимом роботи контактного апарату.

Для охолоджування сушильної кислоти застосовуються холодильники зрошувального типа або типа труба в трубі та холодильники повітряно-охолоджувані. Після сушильної башти сірчистий газ при 28—30 °С проходить бризгоуловлювач 12 і потрапляє в турбогазодувку 11. Потім газ нагрівається в трьох трубчастих теплообмінниках 13 і при температурі 420—440 °С поступає на перший шар контактного апарату, де окислюється на 73,8—74%; його температура підвищується до 600 °С.

Рис. 1. Схема виробництва сірчаної кислоти з колчедану:

1 – піч; 2 – система гідравлічного видалення огарку; 3 – казан-утилізатор; 4 – циклон з пересипним пристроєм; 5 – сухий електрофільтр; 6 – перша промивна башта; 7 – друга промивна башта; 8 – перший мокрий електрофільтр; 9 – другий мокрий електрофільтр; 10 – сушильна башта; 11 – газодувка; 12 – фільтр бризгоуловлювач; 13 – теплообмінники контактного вузлу; 14 – контактний апарат; 15 – олеумний абсорбер; 16 – перший моногідратний абсорбер; 17 – другий моногідратний абсорбер; 18 – збірники кислоти; 19 – холодильники; 20 – холодильник повітряного охолодження кислоти; 21 – пусковий підігрівач.

Після теплообмінника 13, газ поступає на другий шар каталізатора, де міра контакту досягає 86%, а температура газу зростає від 465 до 514 °С. У теплообміннику 13 температура газу знов знижується до 450 °С і він йде на третій шар контактного апарату. Тут міра окислення SО₂ в SО₃ досягає 94—94,5%, а температура підвищується до 469—470 °С.

Пройшовши теплообмінники 13, газ при температурі 100 °С потрапляє на абсорбцію 1-го рівня: спочатку в олеумний абсорбер 15, потім моногідрат 16. Після моногідратного абсорберу і фільтра-бризговловлювача 12 газ підігрівається до 430 °С у системі теплообмінників і поступає на четвертий шар каталізатору, причому концентрація SО₂ в нім складає 0,77— 0,84 об’єм. %. Тут міра окислення SО₂ дорівнює 80%. У теплообміннику 13. температура газу знижується від 449 до 409 °С На п'ятому шарі окислення SО₂ досягає 87%. Загальна міра контакту при цьому дорівнює 99,8%. Після п'ятого шару контактного апарату газ при температурі 409 ⁰С, пройшовши теплообмінники 13, віддає своє тепло і поступає на абсорбцію 2-го рівня в абсорбер моногідрату 17. Частина кислоти передається в збірник кислоти 18. Не поглинений газ, що містить 0,02—0,03 об’єм. % SО₃, викидають в атмосферу через вихлопну трубу.

Технологічна схема отримання сірчаної кислоти методом ПК—ПА на сірці. Повітря, що подається нагнітачем очищається від пилу в трубі Вєнтурі, зрошуваної 92—94%-ної Н₂SО₄, і поступає в сушильну башту, зрошувану 94%-ной Н₂SО₄. Потім, пройшовши теплообмінники, він при температурі 120 °С поступає в піч спалювання рідкої сірки. Сірчистий газ, що утворюється, при температурі ~1000 ⁰С проходить казан-утилізатор і поступає в перший шар 1-го рівня контактного апарату. Тут при температурі газу 440 °С відбувається окислення SО₂ до SО₃, міра конверсії складає 93,5%. Для охолоджування газу після кожного шару контактної маси служить система теплообмінників, в яких гази рухаються протитечією.

Після виходу з третього шару каталізатора SО₃ поглинається в проміжному абсорбері на 99,9%, газ, що виходить з абсорбційної зони, містить 0,8 об’єм. % SО₂ і 0,3 — 0,5 об’єм. % туману і бризок Н₂SО₄. Після очищення газу від бризок і туману у волокнистому фільтрі газ поступає на 2-й рівень контакту з концентрацією SО₂ 0,77—0,8 про. % і при температурі 405—410 °С; на виході з четвертого шару температура газу складає 415—425 °С, а після п'ятого шару — 420—430 °С.

Далі газ йде на 2-й рівень абсорбції, заздалегідь пройшовши економайзер. Для охолоджування циркулюючих кислот застосовуються спіральні холодильники. Продукційна кислота видається після сушильної башти.

Витратні коефіцієнти для виробництва 1 т сірчаної кислоти з чистої сірки методом ПК—ПА:

Елементарна сірка, т ............ 0,334

Електроенергія, кВт-год….…… 40

Технологічна вода, м³...................... 0,36

Циркуляційна вода, що охолоджує, м³.. 52

Контактна маса, кг ……........ 0,1.

Переваги та недоліки системи ПК — ПА. Міра окислення SО₂ досягає в системі ПК — ПА 99,5—99,7% порівняно з 97,5—98,0% — в системі з одинарним контактуванням.

Газ, що виходить з проміжного, — моногідрату абсорбера, містить значну кількість туману і бризок сірчаної кислоти. Волокнисті фільтри, вживані для уловлення туману та бризок, але не забезпечують повноту їх поглинання, що наводить до осадження туману на поверхні стінок труб теплообмінників і швидкої їх корозії. Порушення герметичності теплообмінників, у свою чергу, призводить до зниження міри окислення SО₂ в SО₃, що є великим недоліком системи ПК — ПА.

Крім того, у зв'язку з необхідністю додаткового охолоджування і нагрівання газу для виключення втрат тепла потребується високоефективна теплообмінна апаратура.

Другий недолік — велика металоємність системи за рахунок збільшення габаритів апаратури, жорсткості опор, перекриттів, збільшення числа змішувачів і розподільників газових потоків в контактних апаратах поличного типа.

Невисока корозійна стійкість сталей і низька жароміцність наводить до провисання полиць з каталізатором. Для захисту від корозії внутрішні поверхні контактного апарату, труби теплообмінників і газоходи покривають шаром алюмінію товщиною 0,25 мм.

Використання тепла у виробництві сірчаної кислоти

Відомо, що 52—65% загальної кількості тепла, виділяється у виробництві сірчаної кислоти, доводиться на випалення сірковмісної сировини. Для утилізації цього тепла використовуються казани-утилізатори. У сірчанокислотній промисловості застосовуються водотрубні казани в основному з примусовою циркуляцією води. Так, за рахунок використання тепла реакції горіння в печах КШ отримують до 1,5 т пара на 1 т спалюваного FeS₂.

Тепло, що виділяється при окисленні SО₂, отримуваного обжигом колчедану, використовується для нагрівання холодного газу, що поступає на перший шар контактного апарату.

Тепло, що виділяється у великій кількості в процесі абсорбції SО₃ в баштах насадок, відводиться із зрошувальною кислотою, яка потім охолоджується в холодильниках. Адіабатичний характер процесу абсорбції SО₃ обумовлений неможливістю відводити тепло по ходу процесу в башті насадки, тому підтримка температури витікаючого олеуму і кислоти на рівні 60—70 °С здійснюється зміною кількості кислоти, що подається на зрошування, і визначається тепловим балансом.

При вживанні абсорберів барботажного типа тепло процесу абсорбції можна використовувати в холодильниках, розташованих в шарі кислоти.

Автоматизація виробництва сірчаної кислоти

Виробництво сірчаної кислоти, є великою кількістю апаратів, зв'язаних між собою єдиним технологічним процесом, характеризується високою корозійною активністю, що може наводити до зупинок всієї системи, окремих вузлів або апаратів. Для забезпечення нормальної роботи системи, особливо систем великої одиничної потужності, застосовують контрольно-вимірювальні та реєструючи прилади, свідчення яких винесені на центральний пульт управління (ЦПУ). Показуючи прилади встановлюють на апаратах. Для регулювання температури, витрат і тиску застосовуються автоматична система управління (АСУ) або система автоматичного регулювання (САР).

Необхідне автоматичне регулювання постійності концентрації SО₂ в газі, що виходить з пічного відділення, а також стабілізація температури.

Від організації роботи контактного апарату залежить нормальна робота всього виробництва. При серйозних порушеннях процесу контакту зупиняється робота всього цеху.

Автоматизація печі КШ. Повітря через регулюючу заслінку і діафрагму поступає в нижню частину печі КШ Імпульс від діафрагми впливає на заслонку. Від міри її відкриття залежить кількість повітря, що поступає. Концентрацію SО₂ в обпалювальному газі регулюють шляхом зміни швидкості обертання тарілчастого живильника, за допомогою якого колчедан подають в піч. Імпульс від газоаналізатора, встановленого після казана-утилізатора, впливає на швидкість обертання тарілчастого живильника через регулятор. Регулювальником підтримується необхідне розрідження: регулювальник сполучений із заслонкою на газопроводі. Концентрація SО₂ в пічному газі на виході підтримується з точністю ±0,5 об’єм. %.

Автоматизація пічного відділення, що працює на колчедані із застосуванням печей КШ, пов'язана з підтримкою стабільної концентрації SО₂ в газі. Така концентрація SО₂ в газі підтримується шляхом зміни концентрації газу по сигналу від газоаналізатора через регулювальника, діючого на зміну подачі повітря в піч. Цей метод є біліше швидкодіючим в порівнянні з дією імпульсу від газоаналізатора, що змінює швидкість обертання живильника печі колчеданом.

Автоматизація контактного відділення. Метою управління процесом окислення SО₂ в контактному апараті є досягнення максимального виходу SО₃, тобто досягнення максимальної міри контактування. Міра контакту залежить від активності каталізатора, складу газу і початкової температури газу, що поступає на перший шар контактного апарату. Стабілізація концентрації SО₂ на вході забезпечує в першу чергу за рахунок підсосу повітря перед сушильною баштою. Імпульс від газоаналізатора, що вимірює вміст SО₂ в пічному газі, поступає на регулювальника, який управляє регулюючим клапаном перед сушильню баштою. Одночасно з підтримкою концентрації газу регулюється його температура на вході в апарат, яка визначається температурою запалювання контактної маси.

Сірчистий газ після сушильної башти і бризгоуловлювача подають турбогазодувкою в теплообмінник, проміжні теплообмінники третього, другого і першого шарів, де нагрівається до температури запалення каталізатора, і потім на перший шар каталізатора в контактний апарат. При цьому одночасно відбувається охолоджування газу, нагрітого за рахунок окислення SО₂ в SО₃.

Постійність температури газу на вході в апарат підтримується за допомогою клапана, який регулює подачу холодного газу після першого шару контактної маси окрім зовнішнього теплообмінника. Датчиком служить термопара, пов'язана з регулюючими клапанами.

Автоматизація процесу окислення SО₂ дозволяє регулювати температуру газу з точністю ± 0,5 °С і концентрацію SО₂ з точністю ± 0,3 %, що забезпечує збільшення міри окислення на 0,75% в порівнянні з ручним управлінням. Автоматизація процесу окислення SО₂ в апаратах великої потужності пов'язана з необхідністю тоншого регулювання температури по шарах, що змінюється унаслідок нерівномірного розподілу по шару каталізатора.