Абсорбция. Очистка отходящих газов. Производство серной кислоты из сероводорода

ВОПРОСЫ

  1. Абсорбция триоксида серы.
  2. Очистка отходящих газов.
  3. Производство серной кислоты из сероводорода.
  4. Основные направления совершенствования сернокислотного производства.

 Абсорбция триоксида серы

Третья стадия получения серной кислоты – это взаимодействие  SО3 с водой:

3 + Н2О = Н24;         ∆H<0. 

Анализ этого уравнения. Реакция взаимодействия триоксида серы с водой – это реакция:

  • практически необратимая,
  • быстрая,
  • экзотермическая,
  • протекающая одновременно в жидкой и паровой фазах.

Особенность этой реакции заключается в том, что реакция протекает одновременно в жидкой  и в газовой фазе. Поэтому в газовой фазе образуется  устойчивый туман

3(г.) + Н2О(пар) = Н24(туман),

который плохо поддаётся улавливанию.

Следовательно, вода не может быть использована в качестве поглотителя.

Более подходящим поглотителем является 98,3%-я серная кислота, так как данной концентрации отвечает самое низкое давление паров воды над раствором. Поэтому степень поглощения триоксида серы в жидкой фазе при этой концентрации будет максимальной. Конечный продукт образуется не в виде тумана, а в виде моногидрата.

В промышленности моногидратом называют серную кислоту с концентрацией несколько меньшей 100% (98 %).

Дальнейшим насыщением получают олеум:

nSО3 + Н24 = Н24∙nSО3

Образующийся олеум – один из товарных продуктов производства серной кислоты. Разбавлением олеума получают серную кислоту необходимой концентрации.

Главное требование к процессу абсорбции – обеспечить возможно более полное поглощение триоксида серы, что должно снизить потери сырья и обеспечить снижение затрат на очистку отходящих газов.

Итак, оптимальная концентрация абсорбента – 98,3%-я серная кислота.

На полноту и скорость процесса абсорбции влияют и другие факторы.

Влияние температуры. Абсорбция сопровождается выделением тепла, а повышение температуры может существенно снизить эффективность абсорбции. Поэтому выделяющееся тепло необходимо отводить. Для этого абсорбционные башни снабжены охлаждающими элементами. Кроме того, для охлаждения орошение берут в избытке.

Скорость абсорбции увеличивается с увеличением давления и увеличением площади соприкосновения. Поэтому процесс ведут при повышенных давлениях в башнях с насадкой.

Очевидно, что после контактирования перед абсорбцией газ должен охлаждаться. В промышленных условиях газ охлаждают до температуры 65 – 80ºС, используя избыток орошения. Кроме того, для охлаждения, как уже было сказано, применяют охлаждающие элементы.

На рисунке (Рис.24) представлена упрощенная схема абсорбции триоксида серы и получения серной кислоты.

Схема процесса абсорбции в производстве серной кислоты
Схема процесса абсорбции в производстве серной кислоты

1 – абсорбер; 2 – сборник; 3 – холодильник; 4 – насос.

В абсорбционном отделении поглощение газа проходит в двух последовательно соединённых башнях:

  • первая орошается 20%–м олеумом (олеумный абсорбер)
  • вторая орошается 98,3%–й серной кислотой (моногидратный абсорбер).

Выделяющееся тепло абсорбции отводят в теплообменниках.

Поглотители берутся в большом избытке для лучшего отвода тепла.

Насыщение поглотителя триоксидом серы допускается не более 1%.

По мере заданного насыщения поглотители (олеум и моногидрат) разбавляются в соответствующих сборниках (олеумном и моногидратном) до исходной концентрации и вновь поступают на орошение в поглотительные башни. Предварительно часть олеума или моногидрата отводится на склад.

Очистка отходящих газов

После абсорбции газ содержит некоторое количество SO2 (0,23% об.). Так как ПДК выбросов в атмосферу по SO2 составляет 0,05% (об.) и объёмы отходящих газов большие, то необходимо предусмотреть утилизацию отходов.

Методы очистки, как указывалось в первой части курса, зависят от свойств улавливаемого компонента и матрицы.

Вспомним, что диоксид серы растворяется в воде с образованием сернистой кислоты, НО растворяется в воде плохо.

Как кислотный оксид диоксид серы взаимодействует со щелочами и растворами аммиака с образованием соответствующих солей. На этих свойствах может быть основано улавливание диоксида серы из отходящих газов.

В производственной практике широко использовался сульфит-бисульфитный метод, суть которого заключается в следующем.

Диоксид серы поглощается раствором сульфит-бисульфита аммония, которые образуются при пропускании газа, содержащего SO2, через водный раствор аммиака:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3  (cульфит)

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3 (бисульфит).

Из бисульфита (гидросульфита) получают сульфит

2NH4HSO3 + NH3 + H2O = (NH4)2SO3,

который вновь поглощает SO2.

Полученный сульфит-бисульфитный раствор можно утилизировать следующим образом:

  • cжигать

(NH4)2SO3→2NH3 + SO2 + H2O;

  • отгружать потребителю;
  • получать SO2 при взаимодействии с серной кислотой

(NH4)2SO3 +  H2SO4 → (NH4)2SO4 +  H2O +SO2.

Двойное контактирование (ДК-ДА)

 Снизить выбросы диоксида серы более чем в 50 раз позволяет система ДК-ДА. Суть этого приема заключается в том, что после абсорбции газ возвращается на повторное контактирование. Степень окисления SO2 в SO3 на таких установках достигает 99,995%.

Производство серной кислоты из сероводорода

Сущность и особенности метода. Авторы этого метода И.А Ададуров и Д. Гернст, 1931г. Способ состоит в том, что смесь SO2 и H2O в соотношении 1:1, полученная сжиганием сероводорода в токе воздуха, поступает на контактирование без разделения, где SO2 окисляется на твёрдом катализаторе до SO3. затем газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где пары образующейся серной кислоты превращаются в жидкость. Этот метод ещё называют «методом мокрого катализа».

Отличие от метода производства серной кислоты из колчедана или из серы заключается в том, что здесь отсутствует специальная стадия абсорбции SO2.

Весь процесс получения серной кислоты включает только три следующие последовательные стадии:

– сжигание сероводорода с образованием смеси SO2 и паров воды эквимолекулярного состава (1:1)

H2S + 1,5O2 = SO2 + H2O           ∆H<0

– охлаждение печного газа в котлах-утилизаторах;

– окисление SO2 до SO3 на ванадиевом катализаторе с сохранением эквимолекулярного состава SO3 и Н2О (1:1)

SO2+ 0,5O2 = SO3             ∆H<0

– конденсация паров с образованием серной кислоты

SO3 + H2O = H2SO4        ∆H<0

Таким образом, процесс мокрого катализа описывается суммарным уравнением

H2S + 2O2 = H2SO4        ∆H<0

В качестве сырья используется высококонцентрированный сероводородный газ, содержащий до 90% H2S. Обычно это отходы некоторых производств. Так как при выделении сероводорода из отходов производств газ подвергается промывке, то он уже не нуждается в особой очистке, а продукты его сжигания не содержат вредных для катализатора примесей и также не требуют очистки.

Таким образом, отсутствие стадии абсорбции и стадии очистки существенно упрощают технологическую схему.

На рисунке (Рис.25) представлена схема производства серной кислоты из сероводорода. 

Технологическая схема производства серной кислоты
Технологическая схема производства серной кислоты

1 – печь с огнеупорной насадкой, 2 – котел-утилизатор, 3 – контактный аппарат, 4 – башня-конденсатор, 5 – холодильник, 6 – электрофильтр.

Схема включает следующие операции:

  • сжигание сероводородного газа при большом избытке воздуха для исключения перегрева вследствие выделения большого количества тепла
  • охлаждение газо-паровой смеси от 1000ºС до 400ºС в котле-утилизаторе
  • разбавление газовой смеси воздухом до оптимального состава для контактиравания
  • контактирование в контактных аппаратах, термостатируемых введением воздуха между слоями катализатора
  • охлаждение конвертированного газа в башнях, орошаемых серной кислотой, с образованием продукционной серной кислоты и сернокислотного тумана, который улавливается в электрофильтрах.

Описание схемы.

Сероводород поступает в печь 1, где смешивается с воздухом. В процессе реакции температура повышается до 1000ºС, поэтому сразу после печи, полученные SO2 и H2O направляются в котёл-утилизатор 2, где температура смеси снижается до 400ºС. Охлаждённая смесь поступает в контактный аппарат 3, где происходит окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI). Полученный конвертированный газ охлаждается в конденсаторе 4 путём орошения охлаждённой в холодильнике 5 серной кислотой. В процессе образуется продукционная кислота и сернокислотный туман, который улавливается на электрофильтре 6.

Теоретически, при абсолютно сухих сероводородном газе и воздухе должна получаться 100%-я серная кислота. На практике, концентрация серной кислоты не превышает 96%, так как присутствует в воздухе влага.

Одновременно побочно получается водяной пар высоких параметров (температура и давление).

Производительность существующих установок, работающих по методу мокрого катализа, достигает 300 т/сут. По моногидрату.

Основные направления совершенствования сернокислотного производства 

Совершенствование сернокислотного производства возможно проводить в следующих направлениях:

  • расширение сырьевой базы за счёт использования отходящих газов котельных теплоэлектроцентралей и различных производств;
  • повышение единичной мощности установок, так как увеличение мощности в 2 –3 раза снижает себестоимость продукции на  25 –30 %;
  • интенсификация процесса обжига путём использования кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, что уменьшает объём газа, проходящего через аппаратуру, и повышает её производительность;
  • повышение давления способствует интенсификации  процесса и увеличивает производительность аппаратуры;
  • применение новых катализаторов с повышенной активностью и более низкой температурой зажигания;
  • повышение концентрации диоксида серы в печном газе, подаваемом на контактирование до 8 – 11%;
  • внедрение в производство реакторов кипящего слоя на стадиях обжига и контактирования;
  • использование тепловых эффектов химических реакций на всех стадиях производства и для выработки энергетического пара.
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector