Файл: Амелин, А. Г. Производство серной кислоты учебник.pdf

Г Л А В А 7.

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ к и с л о т ы КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ ИЗ КОЛЧЕДАНА

В процессе производства серной кислоты контактным способом газообразный сернистый ангидрид в смеси с воздухом проходит через катализатор (контактную массу) и окисляется при этом до серного ангидрида:

502 + J*09 = S08.

Серный ангидрид далее поглощается водой, содержащейся в раз­ бавленной серной кислоте; происходит образование серной кислоты:

503Н20 = H2S04.

Взависимости от количества воды, поступившей в процесс, по­ дучается раствор сернбй кислоты в воде или олеум.

§28. Технологическая схема производства

контактной серной кислоты из колчедана

Наиболее полно производство контактной серной кислоты отра­ жает технологическая схема, в которой исходным сырьем служит колчедан (рис. 44). Эта схема включает четыре основные стадии: 1) получение сернистого ангидрида, 2) очистка газа, содержащего сернистый ангидрид, от примесей, 3) окисление (на катализаторе) сернистого ангидрида до серного, 4) абсорбция серного ангидрида.

К аппаратам первой стадии процесса относится обжиговая печь 2, в которой получают сернистый газ, и сухой электрофильтр 5, в котором обжиговый газ очищается от пыли. На вторую стадию процесса — очистку обжигового газа от примесей, ядовитых по от­ ношению к катализатору, газ поступает при 300—400° С. Газ очи­ щают, промывая его более холодной, чем сам газ, серной кисло­ той. Для этого газ последовательно пропускают через такие аппа­ раты: промывные башни 6 и 7, первый мокрый электрофильтр 8, увлажнительную башню 9 и второй мокрый электрофильтр 8. В этих аппаратах газ очищается от мышьяковистого, серного и се­ ленистого ангидридов, а также от остатков пыли. Далее газ осво­ бождается от влаги в сушильной башне 10 и брызг серной кислоты в брызгоуловителе 11. Обе промывные 6 и 7, увлажнительная 9 и су­ шильная башни 10 орошаются циркулирующей серной кислотой. В цикле орошения имеются сборники 20, из которых серная кисло­ та насосами подается на орошение башен. При этом кислота пред­ варительно охлаждается в холодильниках 18, где из промывных башен отводится в основном физическое тепло обжигового газа, а из сушильной — тепло разбавления сушильной серной кислоты во­ дой.

Нагнетатель 12 в этой схеме помещен примерно в середине си­ стемы; все аппараты, расположенные перед ним, находятся под раз­ режением, после него — под давлением. Таким образом, под давле-

нием работают аппараты, обеспечивающие окисление сернистого ангидрида до серного и абсорбцию серного ангидрида.

При окислении сернистого ангидрида до серного выделяется большое количество тепла, которое используют для нагревания очи­ щенного обжигового газа, поступающего в контактный аппарат 14. Горячий серный ангидрид через стенки труб, по которым он прохо­ дит в теплообменнике 13, передает тепло более холодному серни­ стому ангидриду, проходящему в межтрубном пространстве тепло­ обменника 13 и поступающему в контактный аппарат 14. Дальней­ шее охлаждение серного ангидрида перед абсорбцией в олеумном 16 и моногидратном 17 абсорберах происходит в ангидридном холо­ дильнике (экономайзере) 15.

При поглощении серного ангидрида в абсорбционном отделении выделяется большое количество тепла, которое передается циркули­ рующей кислоте, орошающей олеумный 16 и моногидратный 17 аб­ сорберы, и отводится в холодильниках 19 и 18.

Концентрация олеума и моногидрата повышается благодаря поглощению все новых и новых порций серного ангидрида. Сушиль­ ная же кислота все время разбавляется из-за поглощения паров воды из обжигового газа. Поэтому для поддержания стабильных концентраций этих кислот существуют циклы разбавления олеума моногидратом, моногидрата — сушильной кислотой и цикл повыше­ ния концентрации сушильной кислоты моногидратом. Так как воды, поступающей в моногидратный абсорбер с сушильной кислотой, практически всегда недостаточно, чтобы получить нужную концент­ рацию кислоты, в сборник моногидратного абсорбера добавляют воду.

В первой промывной башне 6 концентрация кислоты возрастает благодаря поглощению из газа небольшого количества серного ан­ гидрида, образующегося при обжиге колчедана в печах. Для под­ держания стабильной концентрации промывной кислоты в первой промывной башне в ее сборник передается кислота из второй про­ мывной башни. Для поддержания необходимой концентрации кис­ лоты во второй промывной башне в нее передается кислота из ув­ лажнительной башни. Если при этом для получения стандартной концентрации кислоты в первой промывной башне не хватает воды, то ее вводят в сборник либо увлажнительной либо второй промыв­ ной башни.

На контактных сернокислотных заводах обычно получают два вида продукции: олеум и разбавленную серную кислоту из первой промывной башни (после выделения из кислоты селена).

На некоторых заводах промывную кислоту после очистки от примесей используют для разбавления моногидрата или для приго­ товления концентрированной серной кислоты путем разбавления олеума. Иногда олеум просто разбавляют водой.

По схеме, приведенной на рис. 44, перерабатывается газ, содер­ жащий 4—7,5% S 02. При более низкой концентрации S 02 тепла, выделяющегося в контактном отделении, не хватает для подогрева газа, поступающего на контактирование (т. е. не обеспечивается

автотермичность процесса). При более высокой концентрации SO2 понижается степень контактирования.

В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию схе­ мы производства контактной серной кислоты путем нового оформ­ ления отдельных стадий этого процесса и применения более простых и экономичных технологических узлов и аппаратов. Например, ре­ зультаты лабораторных и полузаводских опытов показали, что при повышении температуры кислоты, орошающей промывные башни, можно обеспечить необходимую очистку газа от остатков пыли, мышьяка и селена без образования тумана. При этом схема произ­ водства значительно упрощается, так как из нее исключаются мок­ рые электрофильтры, часть сушильных башен и ряд вспомогатель­ ных аппаратов.

При сжигании колчедана в печах КС в состав обжигового газа поступает незначительное количество мышьяка. Поэтому в некото­ рых новых схемах производства серной кислоты предусматривается более простая мокрая очистка газа из печей КС или вообще исклю­ чается этот процесс.

На многих заводах брызгоуловители после сушильных башен и моногидратных абсорберов отсутствуют, так как применяются распределители кислоты, в которых не образуется брызг Кроме того, непосредственно в башнях предусмотрены устройства для от­ деления капель и брызг. На ряде заводов из технологической схемы исключена увлажнительная башня; ее отсутствие компенсируется либо увеличением мощности мокрых электрофильтров либо некото­ рым изменением режима работы промывных башен для более ин­ тенсивного увлажнения газа во второй промывной башне, что даег возможность сократить затраты электроэнергии на мокрую очистку.

Всернокислотной промышленности начинают широко приме­ нять интенсивные и более совершенные аппараты, заменяющие на­ садочные башни, оросительные холодильники, центробежные насо­ сы и пр. Например, для выделения S 02 из отходящих газов в про­ изводстве серной кислоты контактным способом применяют интен­ сивные аппараты распыливающего типа (APT), в которых жидкость распыляется потоком газа. Испытываются барботажные аппараты для осушки газа и абсорбции серного ангидрида. В таких аппаратах кислотные холодильники погружены в кислоту, через которую барботируют газ, что повышает интенсивность процессов абсорбции и теплопередачи.

Врезультате применения кислородного дутья при обжиге сырья

вцветной металлургии повышается концентрация S 02 в отходящих газах, что создает возможность интенсификации сернокислотных систем, работающих на этих газах. Использование кислотостойких материалов при изготовлении аппаратуры для производства серной кислоты контактным способом позволяет значительно улучшить ка­ чество продукции и увеличить выпуск реактивной серной кислоты.

Положительные результаты опытов по извлечению селена из продукционной кислоты башенных систем открывают широкие воз­ можности для увеличения его выработки на сернокислотных за­ водах.

84

§ 29. О чи стка об ж и гового г а за

Физико-химические основы процесса очистки. Перед подачей об­ жигового газа в контактный аппарат необходимо отделить приме­ си, являющиеся ядами для контактной массы (мышьяк, фтор), или примеси, присутствие которых при контактировании нежелательно (пыль, пары воды), а также извлечь ценные металлы (селен, теллур и др.).

Наличие пыли в газе приводит к повышению гидравлического сопротивления аппаратов, а также снижает качество выпускаемой кислоты. Пары воды не являются ядом для контактной массы, од­ нако, соединяясь с некоторым количеством серного ангидрида, всег­ да содержащегося в обжиговом газе, они образуют пары серной кислоты. Пары серной кислоты при понижении температуры газо­ вой смеси из-за соприкосновения с более холодной промывной кис­ лотой в башне 6 (см. рис. 44) конденсируются в объеме, образуя взвесь мельчайших капелек серной кислоты в газе (туман серной кислоты). Этот туман при прохождении газа через аппараты мед­ ленно осаждается на их стенках, вызывая коррозию, повышая гид­ равлическое сопротивление и снижая коэффициенты теплопере­ дачи.

В результате коррозии получается сульфат железа, который га­ зовым потоком уносится в контактный аппарат. Под действием сульфата железа на верхних слоях контактной массы образуются твердые корки, изолирующие большую часть поверхности контакт­ ной массы и повышающие сопротивление слоя. Поэтому образую­ щийся туман серной кислоты перед подачей газа в контактный ап­ парат должен быть тщательно отделен от газовой смеси.

Мышьяковистый AS2O3 и селенистый Se02 ангидриды присут­ ствуют в обжиговом газе в виде паров. При понижении температу­ ры газовой смеси в промывных башнях пары мышьяковистого и селенистого ангидридов тумана не образуют. Они частично конден­ сируются на поверхности орошающей кислоты и растворяются в ней. Если же газовая смесь содержит еще и пары серной кислоты, то, как указывалось выше, в промывных башнях образуется туман сер­ ной кислоты. Капли этого тумана обладают громадной поверх­ ностью, на которой конденсируется оставшаяся часть паров AS2O3 и Se02. Таким образом, туман серной кислоты, подлежащий выделе­ нию перед контактным аппаратом, содержит мышьяк и селен. Осаж­ дая этот туман в электрофильтрах, газ очищают от вредных при­ месей.

Огарковая пыль почти полностью Осаждается из обжигового га­ за при очистке газа в очистной аппаратуре. Количество пыли в про­ мывной кислоте зависит от содержания пыли в газе после сухих электрофильтров, количества образующейся промывной кислоты и степени отстоя ее в соответствующей аппаратуре.

Присутствующие в обжиговом газе фтористый водород HF и четырехфтористый кремний SiF4 по-разному отмываются серной кислотой. HF плохо растворяется в кислоте. Лишь при концентра­ ции H2SO4 более 95% и температуре ниже 80° С растворимость

85