Краткое описание технологической схемы производства продукции.

Контактное производство серной кислоты – это крупномасштабное непрерывное, механизированное производство. В настоящее время проводится комплексная автоматизация контактных цехов. Расходные коэффициенты при производстве серной кислоты из колчедана на 1 т моногидрата H₂SO₄ составляет примерно: условного (45 %) колчедана – 0,82 т, электроэнергии – 82 кВт-ч, воды – 50 м³. Стоимость колчедана составляет около 50 % от себестоимости кислоты. Уровень механизации таков, что зарплата основных рабочих составляет лишь около 5 % себестоимости кислоты. При применении контактных аппаратов с взвешенным слоем катализатора целесообразно производить и перерабатывать газ концентрацией 11-12 % SO₂ и 9-10 % О₂, что сильно уменьшает объём аппаратуры и даёт экономию электроэнергии на работу турбокомпрессора и насосов.

Важнейшие тенденции развития производства серной кислоты типичны для многих химических производств:

1. увеличение мощности аппаратуры при одновременной комплексной автоматизации производства;

2. интенсификация процессов путём применения реакторов кипящего слоя (печи и контактные аппараты КС) и активных катализаторов, производства и переработки концентрированной двуокиси серы с использованием кислорода;

3. разработка энерготехнологических схем с максимальным использованием тепла экзотермических реакций, в том числе циклических и схем под давлением;

4. увеличение степеней превращения на всех стадиях производства для снижения расходных коэффициентов по сырью и уменьшению вредных выбросов;

5. использование сернистых соединений (S, SO₂, SO₃, H₂S) из технологических и отходящих газов, а также жидких отходов других производств;

6. обезвреживание отходящих газов и сточных вод.

Лучшим сырьем для производства сернистого газа служит сера, которая выплавляется из природных пород, содержащих серу, а также получается как побочный продукт при производстве меди, при очистке газов и т.п. Сера плавится при температуре 113^оС, легко воспламеняется и сгорает в простых по устройству печах. Получается газ высокой концентрации, с маленьким содержанием вредных примесей. На рисунке 1 изображена технологическая схема производства серной кислоты из элементарной серы.

Воздух, осушенный в сушильной башне 1, подаётся в печь 7, куда одновременно распыляется через форсунки расплавленная в плавилке с отстойником 4 и отфильтрованная в фильтре 5 жидкая сера.

Сжигание серы происходит по реакции S + O₂ = SO₂ + 296 кДж. Фактически сера перед горением плавится и испаряется (t_кип. ~444^оС) и сгорает в газовой фазе. Таким образом, сам процесс горения гомогенный.

Продолжением серной печи служит котёл-утилизатор (испаритель) 8 и пароперегреватель 9. Температура сернистого газа после печи снижается в котле-утилизаторе с 1100-1200 до 440-450^оС. Затем газ поступает в первый слой контактной массы (второй снизу), охлаждение газа, выходящего после первого слоя, производится в пароперегревателе 9, после второго слоя (он расположен внизу контактного аппарата) газ охлаждается в теплообменнике 11, после третьего и четвёртого слоёв – поддувом холодного осушенного воздуха. В абсорбционное отделение газ поступает через ангидридный холодильник 12.

При содержании в элементарной сере битумов и керосина (остаток флотоагента) они сгорают в печи с образованием паров воды. Так как осушки газа в короткой схеме нет, в абсорбционном отделении образуется туман серной кислоты. Для уменьшения его количества проводят абсорбцию при “горячем” режиме. При этом абсорбер орошается 98,3 %-ной кислотой при температуре её на входе 80-90, на выходе – 100-120^оС. Повышение температуры ведёт к снижению возникающего перенасыщения, и туман или не образуется вообще, или количество его значительно уменьшается. С этой же целью на некоторых заводах в ангидридных холодильниках (экономайзерах) поддерживают температуру воды 120^оС при 392×10⁴ Па (40 атм.), что приводит к конденсации поров серной кислоты, образующихся из H₂O и SO₃ до абсорбции и позволяет использовать тепло газа после контактного аппарата.

Для получения химически чистой кислоты отводится часть газа после олеумного абсорбера. Для этого монтируют специальную установку, оборудованную абсорберами 16 и фильтрами для выделения из газа твёрдых примесей. При этом стараются устранить попадание брызг из олеумного абсорбера, в кислоте которого содержатся окислы азота. Снижение примесей мышьяка достигается строгим соблюдением норм технологического режима очистного отделения, обеспечивающего достаточно полную очистку газа от тумана. Кроме того для очистки газа от вредных примесей путём сорбции их твёрдыми поглотителями газ при 350-400^оС пропускают через пористые сорбенты 17, поглощающие мышьяковистый ангидрид. Хорошими сорбентами являются силикагель, а также цеолиты (10SiO₂×0.5Al₂O₃). В установке используется дистиллированная вода, а аппараты изготавливают из эмалированного чугуна или кварца.

Для систематического выпуска высококачественной аккумуляторной кислоты на контактных заводах монтируют специальные установки из особо кислотоустойчивых материалов, в которые также отводится часть серного ангидрида из газохода после олеумного абсорбера. В олеумном абсорбере газ освобождается от некоторых примесей и охлаждается.

1 – серная печь; 2 –котел-утилизатор; 3 –экономайзер; 4 –пусковая топка; 5,6 – теплообменники пусковой топки; 7 –контактный аппорат; 8 –теплообменники; 9 –сушильная башня; 10 – абсорбер технической серной кислоты; 11 – абсорбер для реактивной серной кислоты; 12 –сборники кислоты; 13 –выхлопная труба.