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

Скорость абсорбции нитрозой S 0 2 увеличивается с повышением температуры, а также с повышением содержания N20 3 в нитрозе

(рис. 82).

В нитрозном процессе концентрации S 0 2 и 0 2 изменяются в уз­ ких пределах, поэтому изменение содержания сернистого ангидрида и кислорода существенного влияния на скорость абсорбции S 0 2 нитрозой не оказывает.

Денитрация. Денитрацией называют удаление окислов азота из нитрозы. При высоком содержании окислов азота в серной кислоте ухудшается ее качество и повышается потеря окислов азота.

Денитрация серной кислоты проводится в денитрационной баш­ не. Скорость денитрации уменьшается с повышением ее концентра­ ции и увеличивается с возрастанием температуры. С увеличением содержания S 0 2 в газе скорость денитрации повышается вследст­ вие возрастания скорости окисления S 0 2 и образования N0, плохо растворимой в серной кислоте. Повышение содержания кислорода в газе несколько замедляет процесс, так как N0 окисляется до

Считается, что при образовании серной кислоты процессы протека­ ют в жидкой фазе.

Схематически образование серной кислоты в нитрозном башен­ ном процессе можно представить следующим образом.

Содержащаяся в нитрозе нитрозилсерная кислота N 0H S04, по­ данная вместе с водой на орошение первых по ходу сернистого газа башен, подвергается гидролизу с образованием серной и азотистой кислот:

I. n o h s o 4+ Н20 = H2S 0 4 +- h n o 2.

Сернистый ангидрид, поступивший в башни из печного отделе­ ния, при взаимодействии с водой образует сернистую кислоту:

II. S0 2+ Н20 = H2SOg.

Образовавшиеся по реакциям I и II азотистая и сернистая кис­ лоты, взаимодействуя между собой, дают серную кислоту, окись азота и воду:

III. 2HN02+ H2S0 3 = H2S 0 4+ 2N0 + Н20 .

Таким образом сернистый ангидрид печного газа перерабаты­ вается в серную кислоту. Чтобы возвратить окись азота, выделяю­ щуюся по реакции III, обратно в процесс окисления сернистого ан­ гидрида, необходимо половину всего количества окиси азота окис­ лить до N 02, т . е. получить эквимолекулярную смесь N0 и N 02. Окисление N0 до N 02 идет по реакции

150

4)освобождение нитрозы от окислов азота (денитрация),

5)окисление выделившихся окислов азота кислородом в газо­ вой фазе,

6) поглощение окислов азота серной кислотой (образование нит­ розы).

В башне 1, называемой

денитрационной, протека­ ют практически три про­ цесса. В соответствии с этим башню можно разде­ лить по высоте на три зо­ ны. В нижней зоне проис­ ходит упаривание серной кислоты, в средней — раз­ бавление кислоты, испа­ рившейся из нижней зо­

в нитрозе S 0 2 и образует­

ся серная кислота. Около */з кислоты, вытекающей из первой башни, выдается в виде продукции, а остальная кислота поступает на баш­ ню 4 для поглощения окислов азота.

Продукционная кислота загрязнена мышьяком, селеном и Огар­ ковой пылью, поступающими в первую башню с обжиговым газом.

Несмотря на то что продукция отводится только из первой баш­ ни, основное ее количество (70—80%) образуется в башне 2, на­ зываемой продукционной. Здесь протекают процессы абсорбции сернистого ангидрида нитрозой, окисления его до серного ангидри­ да и получения серной кислоты.

Основная часть окислов азота, выделившихся при окислении S02, поступает в окислительную башню 3 (часть окислов погло­ щается нитрозой в верхней части башни 2). Процесс ведут таким образом, чтобы соотношение между N0 и ГТО2 было наиболее бла­ гоприятным для их поглощения в башне 4. Регулируют процесс при помощи обводного газопровода (байпаса).

Так как при охлаждении обжигового газа и образовании серной кислоты выделяется большое количество тепла, кислота, вытекаю­ щая из башен 1 и 2, охлаждается в холодильниках 5.

Окислы азота, уходящие с выхлопными газами, возмещаются подачей азотной кислоты в продукционную башню. Вода, необхо­ димая для образования серной кислоты, подается в денитрационную и продукционную башни.

153

§ 44. Технологический режим работы башенной системы

При окислении сернистого ангидрида в башенном процессе про­ текают многие химические реакции, осложняющие этот процесс. Оптимальный режим определяется наиболее выгодным соотноше­ нием всех протекающих реакций.

Важным условием в башенном процессе является постоянство объема газовой смеси и концентрации в ней сернистого ангидрида, для поддержания которого должны быть устранены подсосы возду­ ха и соблюдена герметичность аппаратуры.

Количество башен и схема орошения. Процесс переработки сер­ нистого ангидрида башенным способом включает две основные стадии: окисление S 0 2 и получение серной кислоты и абсорбция окислов азота из отходящих газов.

Каждая из стадий нитрозного способа состоит из ряда процес­ сов, осуществляемых в нескольких башнях. Строго разграничить процессы в башнях нельзя, так как в каждой из них наряду с ос­ новными процессами протекают побочные. Например, в первой башне вместе с денитрацией серной кислоты возможно частичное окисление сернистого ангидрида. Во второй башне одновременно с окислением S 0 2 и окислов азота происходит абсорбция последних орошающей кислотой. В абсорбционных башнях поглощение окис­ лов азота сопровождается их окислением.

Теоретически возможна такая башенная система, в которой все процессы протекали бы в одной башне. Однако это может быть осуществлено только при автоматическом регулировании процесса, иначе отдельные нарушения будут оказывать сильное влияние на технологический режим такой системы.

С увеличением количества башен технологический режим ста­ новится более устойчивым. Это особенно важно при повышении интенсивности системы, т. е. количества кислоты (в кг в пересчете на 100% H2SO*), получаемой в сутки с единицы (м3) суммарного объема всех башен.

Башенная система может состоять из пяти, шести, семи и даже восьми башен. Наиболее распространена семибашенная система (рис. 84). Она отличается от системы, показанной на рис. 83, нали­ чием двух продукционных и трех абсорбционных башен. Установка второй продукционной башни позволяет получить кислоту с мини­

окислов азота), подаваемая на орошение в башню 7. Такое отно­ сительно высокое содержание окислов азота не влияет существенно на их абсорбцию. Концентрация серной кислоты во второй продук­

с большой скоростью, так как эта башня орошается концентриро­ ванной нитрозой.

154

Схема орошения зависит от технологического режима и количе­ ства башен в системе. Схема орошения семибашенной системы (см. рис. 84) характеризуется тем, что концентрированная и денитрированная серная кислота из башни-концентратора 2 подается на орошение последней абсорбционной башни 7, благодаря чему до­ стигается высокая степень поглощения окислов азота. Из башни 5 кислота с максимальным содержанием окислов азота орошает про­ дукционные башни 2 и 3, что способствует высокой скорости окис­ ления сернистого ангидрида.

Плотность орошения и концентрация орошающей кислоты.

Плотность орошения 1 должна быть такой, чтобы при минимальном расходе электроэнергии обеспечивалась достаточная смачиваемость насадки. В производственных условиях плотность орошения обычно составляет 10—15 м3/(м 2-ч), что несколько выше оптимального значения, но по сечению башни позволяет уменьшить неравномер­ ность распределения кислоты.

Рис. 84. Схема современной семибашенной системы:

1 — деннтрационная башня (денитратор); 2 — первая продукционная башня (концент­ ратор); 3 — вторая продукционная башня; 4 — полая окислительная башня (окисли­ тельный объем); 5—7 — абсорбционные башни (абсорберы); 8 — электрофильтр; 9 — хвостовой вентилятор

Кроме плотности орошения, процесс характеризуют также крат­ ностью орошения, т. е. отношением общего количества кислоты, по­ даваемой на все башни, к количеству готовой продукции. Крат­ ность орошения обычно составляет 30—50.

Кислота, орошающая башни, циркулирует в едином общем цик­ ле: из абсорбционных башен она поступает на орошение продук­ ционных башен, затем часть кислоты поступает на орошение пос­

1 Количество кислоты, орошающей единицу площади поперечного сечения баш­ ни в единицу времени, м3/(м2-ч).

155

ледней абсорбционной башни, а накапливающийся в системе избы­ ток кислоты перекачивают на склад готовой продукции. Согласно

ных башнях уменьшается скорость окисления S 0 2. При понижении же концентрации кислоты ухудшаются условия абсорбции окислов азота и усиливается коррозия аппаратуры.

Для получения более концентрированной продукции денитрациюнную башню следует орошать небольшим количеством кислоты. При соприкосновении с горячим обжиговым газом кислота нагре­ бается и упаривается до 90—91 % H2S 04, но это усложняет процесс.

Температура и нитрозность кислоты. Чем выше температура

® нитрозность кислоты, тем больше скорость абсорбции сернистого ангидрида нитрозой. Однако продукционные башни орошаются кис- -лотой, поступающей из абсорбционных башен, в которых анало­ гичное изменение условий (повышение температуры и нитрозности кислоты) ухудшает процесс. Поэтому следует подбирать оптималь­ ные температуру и нитрозность орошающих кислот.

(45—55°С). На выходе из башни (в результате выделения тепла при абсорбции окислов азота и конденсации паров воды) кислота разо­ гревается до 60—75° С и поступает на орошение денитрационной

.и продукционных башен. Температура кислоты, вытекающей из де­ нитрационной башни, возрастает с повышением температуры обжи­ гового газа и концентрации продукционной кислоты.

Нитрозность кислоты, орошающей продукционные башни,

.должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить переработку поступающего сернистого газа до остаточного содержания S 0 2 в газе, выходящем из последней продукционной башни, не более 0,2%. В современных башенных системах нитрозность кислоты со­ ставляет 15—16% в пересчете на HN03. Белее высокая нитрозность приводит к потерям окислов азота с отходящими газами, более низ­ кая снижает степень окисления S 02.

Оборот кислоты в системе (количество орошающей кислоты), а также температура и нитрозность орошающей кислоты опреде­ ляют оборот азота в системе, т. е. количество окислов азота (в кг на 1 т продукции), выделяющихся в газовую фазу в продукционной зоне. В башенных системах интенсивностью 200—250 кг/м3 в сутки

.азотооборот составляет 700—900 кг/т. Увеличение азотооборота, т. е. чрезмерное повышение температуры или нитрозности кислоты, приводит к ухудшению работы абсорбционных башен.

П56