ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Очистка обжигового газа

Физико-химические основы процесса очистки. Перед подачей обжигового газа в контактный аппарат необхо­димо отделить примеси, 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, но, соединяясь с некото­рым количеством серного ангидрида, всегда содержаще­гося в обжиговом газе, образуют пары серной кислоты. Пары серной кислоты при понижении температуры газо­вой смеси из-за соприкосновения с более холодной про­мывной кислотой в башне 6 (см. рис. 34) конденсируют­ся в объеме, образуя взвесь мельчайших капелек серной кислоты в газе (туман серной кислоты). Этот туман при прохождении газа через аппараты медленно осаждается на их стенках, вызывая коррозию, повышая гидравличе­ское сопротивление и снижая коэффициенты теплопере­дачи.

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

Мышьяковистый AS2O3 и селенистый Se02 ангидриды присутствуют в обжиговом газе в виде паров. При пони­жении температуры газовой смеси в промывных башнях пары мышьяковистого и селенистого ангидридов тумана не образуют. Они частично конденсируются 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 серной кислоты. Капли этого тумана обладают громадной поверхностью, на которой конденсируется оставшаяся часть паров As203 и Se02. Таким образом, туман серной кислоты, подлежащий выделению перед контактным аппаратом, содержит мышьяк и селен. Осаждая этот туман в электрофильтрах, газ очищают от вредных примесей.

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

Присутствующие в обжиговом газе фтористый водо­род HF и четырсхфтористый кремний SiF4 по-разному отмываются серной кислотой. I IP плохо растворяется в кислоте. Лишь при концентрации H2S04 более 95% и температуре ниже 80° С растворимость HF возрастает настолько, что очистка газа возможна до содержания в нем HF 3 мг/м3. SiF4 хорошо растворяется в серной кис­лоте при концентрации менее 60% H2S04.

Если в газе присутствует большое количество фтори­стого водорода, разрушаются футеровка и насадка про­мывных башен в результате взаимодействия HF с крем­
неземом Si02, входящим в состав футеровочных материа­лов и насадки:

4HF+Si02 = SiF4+2H20 (42)

Поэтому лрн ислользовании серного сырья, содержащего много фтора, футеровка н насадка промывных башен должны быть выполнены из графитовых материалов, иначе фтор необходимо вы­водить из системы каким-ли­бо способом.

В кислоте, вытекающей из первой промывной башни, содержится до 1% (20 г/л) As203. При охлаждении этой кислоты часть мышьяка вы­падает в осадок, так как ра­створимость As203 с пони­жением температуры умень­шается. На рис. 35 приведе­ны кривые растворимости мышьяковистого ангидрида в серной кислоте.

Выпадающий в осадок мышьяковистый ангидрид засоряет холодильники, оседает на стенках сборников и кислотопроводов. При большом содержании As203 в газе может быть нарушена ритмичность всего процесса полу­чения серной кислоты. Содержание мышьяка в газе за­висит от типа сырья и способа его обжига. Оно состав­ляет 300—400 мг/м3, а в отдельных случаях достигает 1000 мг/м3. Содержание мышьяка в промывной кислоте доходит до 2 %.

Двуокись селена почти полностью извлекается из газа и растворяется в каплях тумана серной кислоты и в про­мывной кислоте. Растворяющийся в серной кислоте сер­нистый газ восстанавливает двуокись селена до элемент­ного селена:

Se02-f 2S02+2H20=Se + 2H2S04 (43)

Осушка обжигового газа — это очистка его от паров воды. Несмотря на то что пары воды безвредны для кон­тактной массы, присутствие их в газе, поступающем на
абсорбцию серного ангидрида, приводит к образованию тумана в абсорбционном отделении. При этом уменьша­ется коэффициент использования серы, значительное количество ее оказывается в выбросах, что создает анти­санитарное состояние на территории, прилегающей к сернокислотному заводу. Поэтому газ перед абсорбцией очищают от паров воды. Для этого газ направляют в су­шильную башню с керамической насадкой, орошаемой концентрированной серной кислотой.

Содержание паров воды в газе, поступающем в су­шильную башню, определяется температурой газа после увлажнительной башни (перед входом в мокрый элек­трофильтр). Практически газ насыщен парами воды.

На выходе из сушильной башни содержание влаги не должно превышать 0,08 г/м3 (0,01 об. доли, выраженной в %). Температуру газа перед сушильными башнями поддерживают такой, чтобы содержание влаги в газе не превышало количества воды, необходимого для образо­вания в абсорберах серной кислоты заданной концентра­ции. При получении улучшенной серной кислоты всю во­ду, необходимую для абсорбции S03, желательно вво­дить в систему в виде водяных паров, поглощаемых из сернистого газа в сушильных башнях. При этом насы­щение газа водяными парами производят в увлажнитель - нон башне, а при конденсации этих паров получается чистая дистиллированная вода. Эта вода с сушильной кислотой передается в абсорбционное отделение, в кото­ром из нее и серного ангидрида образуется серная кис­лота.

При осушке газа концентрированной серной кислотой происходит процесс абсорбции паров воды. В процессе участвуют две фазы: газовая и жидкая, и газовая фаза переходит в жидкую.

Выходящая из сушильной башни серная кислота со­держит растворенный сернистый ангидрид, который де - сорбируется при разбавлении кислоты в моногидратном абсорбере сушильной кислотой, что увеличивает потери серы с отходящими газами. Эти потери больше, чем вы­ше концентрация кислоты, орошающей сушильную башню, и ниже ее температура. Для поддержания вы­сокой концентрации сушильной кислоты требуется пода­вать больше моногидрата в сушильную башню, а следо­вательно, возвращать больше кислоты в моногидратный абсорбер. Поэтому весьма важно поддерживать оп-
гимальную концентрацию сушильной (продукционной) кислоты.

Ниже приведены значения потерь сернистого ангид­рида при различных концентрациях и температурах су­шильной кислоты:

Концентрация сушильной кислоты,

% H2SO,................................................. 93 95 97

40° С 50° С. 60° С

Потери SO2, % от выработки, при температуре кислоты:

0,55 1,00 3,30 \ 0,51 0,92 2,92Д 0,37 0,64 2,22

Количество H2SO4, передаваемое в сушильные башни, кг/т продукцион­ной кислоты 2 140 3 550 10 880

Отсюда следует, что с повышением концентрации су­шильной кислоты от 93 до 97% H2SO4 потери сернистого ангидрида увеличиваются в 6 раз, а при понижении тем­пературы от 60 до 40° С — примерно в 1,5 раза.

Для уменьшения потерь S02 с сушильной кислотой целесообразно устанавливать дополнительную (отдувоч - ную) башню, в которую поступает сушильная кислота, передаваемая в моногидратный абсорбер. Через башню пропускают атмосферный воздух, выдувающий S02 из сушильной кислоты, т. е. происходит десорбция S02. Воздух, содержащий десорбированный сернистый ангид­рид, поступает в газоход перед первой сушильной баш­ней; таким образом, S02 возвращается в систему. При этом концентрация S02 в сернистом газе несколько по­нижается, но это не вызывает последующих осложнений, так как содержание S02 в газе перед сушильными баш­нями всегда выше, чем требуется для оптимального про­цесса контактирования.

Образование и осаждение из газа тумана серной кис­лоты. Туманом называется взвесь капель жидкости в газе; туман (как дым и пыль) называют также аэрозолем. Свойства аэрозолей определяются главным образом дис­персностью (размером) частиц.

Туман образуется в результате механического дроб­ления жидкости или в результате конденсации паров в объеме. При дроблении жидкости образуются в основном крупные капли, легко осаждающиеся в циклонах и брыз - гоуловителях. Наибольшие затруднения вызывает ту­ман, образующийся в первой промывной башне, — так называемый конденсационный туман. Такой же туман

Образуется и в последующих стадиях контактного про­цесса: при осушке газа, в теплообменниках и ангидрид­ных холодильниках, в олеумном и моногндратном абсор­берах и др. Более 30% H2SO2 превращается в туман в башне-конденсаторе при получении серной кислоты ме­тодом мокрого катализа. Сернокислотный туман образу­ется также в денитрацнонной и первой продукционной башнях нитрозного процесса; для выделения этого тума­на в башенных системах устанавливают специальные фильтры. Большое количество тумана выделяется при концентрировании серной кислоты.

Превращение пара в жидкость (конденсация) может происходить на поверхности и в объеме. Если пропускать над серной кислотой газовую смесь, содержащую пары серной кислоты и имеющую более высокую температуру, чем поверхность кислоты, то «а поверхности кислоты бу­дут конденсироваться из газа ее пары. При определенном соотношении давления паров H2S04 в газе и температуры кислоты произойдет конденсация паров H2S04 в объеме (образование тумана).

Для образования тумана необходимо наличие пересы­щенного пара. Пар называется пересыщенным, если дав­ление его в газовой фазе больше, чем давление насыщен­ного пара над жидкостью при температуре, соответствую­щей температуре газа. Пересыщение пара S выражается

Соотношением S = ——• где р — давление пара в газо-

Ри

Вой фазе, рн — давление насыщенного пара над жидко­стью при температуре газовой фазы.

Однако наличие пересыщенного пара является необхо­димым, но недостаточным условием образования тумана. Для образования тумана возникающее в данлых услови­ях пересыщение должно превышать значение критическо­го пересыщения. Критическое пересыщение определяют по формулам или находят в справочной литературе.

Существуют уравнения, дающие возможность рассчи­тать количество паров, конденсирующихся на поверх­ности без образования тумана, возникающее пересыще­ние, вероятность образования тумана в данных условиях и количество образующегося тумана. Эти расчеты помо­гают определить параметры процесса, предотвращаю­щие образование тумана. Приводимый ниже элементар­ный пример в некоторой степени иллюстрирует, как про­водятся такие расчеты.

Пусть газ, содержащий 22,8 г/м3 паров серной кислоты и имею­щий температуру 200° С, проходит через 95%-ную кислоту, имею­щую температуру 120° С. Предположим, что газ при этом охлаж­дается до 160° С. В результате такого охлаждения газа 9,2 г/м3 пара конденсируется на поверхности кислоты. На выходе из аппарата, в котором происходил контакт газа с кислотой, в газе будет содер­жаться 22,8—9,2 = 13,6 г/м3 (2,37 мм рт. ст.) паров серной кислоты. Возникающее пересыщение, вычисляемое по формуле S=p:pB, рав но 2,37: 0,824 и составляет 2,87, где 0,824 — давление насыщенного пара H2S04 над 95%-ной серной кислотой при 160° С [рассчитано по уравнению (11)].

Критическое пересыщение, соответствующее 160° С, составляет 2,8, т. е. возникающее пересыщение превышает критическое значение, а следовательно, на выходе из аппарата образуется туман серной кислоты.

Если температуру газа понизить не до 160, а до 180° С, то при jtom 5,64 г/м3 (0,98 мм рт. ст.) паров H2S04 конденсируется на поверхности кислоты. На выходе газ будет содержать 22,8—5,64 = = 17,16 г/м3 (2,98 мм рт. ст.) паров H2S04. При этом возникающее пересыщение 5=2,98:1,977=1,5, где 1,977 — давление насыщенного пара H2S04 над 95%-ной серной кислотой при 180° С, мм рт. ст.

Критическое пересыщение при 180° С составляет 2,45, следова­тельно, возникающее пересыщение ниже критического значения и ту­ман не образуется.

Обжиговый газ охлаждается в двух промывных баш­нях, из которых первая орошается серной кислотой око­ло 60% H2S04, а вторая около 20% H2S04. Образующий­ся при этом туман лишь частично (на 30—50%) погло­щается в промывных башнях, полностью же он отделя­ется только в мокрых электрофильтрах.

Механизм отделения частиц тумана в мокрых элек­трофильтрах такой же, как и твердых примесей, удаляе­мых в сухих электрофильтрах. Капли тумана адсорбиру­ют ионы, заряжаются и под действием электрического поля движутся к осадительным электродам. При столкно­вении с осадительным электродом заряженные капли тумана отдают ему свой заряд и осаждаются на элек­троде, превращаясь в жидкость. Чтобы улучшить условия выделения тумана в электрофильтрах, понижают темпе­ратуру газа и уменьшают концентрацию орошающей кислоты во второй промывной и увлажнительной башнях. Относительная влажность газа при этом повышается, что приводит к поглощению паров воды каплями тумана и увеличению размеров капель. В мокрых электрофильт­рах температура газа еще более снижается в результате отдачи тепла в окружающую среду, вследствие этого возрастает относительная влажность газа и происходит дальнейшее укрупнение капель тумана. С увеличением
размера капель (частиц) они принимают в электрофильт­ре больший заряд и соответственно с большей силой притягиваются к осадительным электродам. Так, если принять концентрацию серной кислоты в первой промыв­ной башие Сі = 75% H2S04, а в увлажнительной башне Со = 5% H2S04, то в результате увлажнения газа объем капли тумана увеличится от первоначального объема Vf до объема У2- Содержание H2S04 в капле при этом не ИЗМеНИТСЯ, Т. Є. V|p|C] = V2p2C2, где и pi и р2 — плотность 75-и 5%-ной серной кислоты.

Из этого равенства можно найти соотношение диа­метров частиц:

—=і/ \/ 751,67 —2,9. (44)

Di У С2Р2 V 5-1,032

Следовательно, при понижении концентрации кисло­ты скорость движения капли в электрическом поле воз­растет пропорционально увеличению ее размера почти в 3 раза.

Высокодисперсный туман, образующийся в первой промывной башне, может быть достаточно полно выде­лен из газа и без укрупнения взвешенных в нем капель в увлажнительной башне. Это достигается установкой до­полнительной ступени мокрых электрофильтров или уменьшением в них скорости газа.

В электрофильтрах и увлажнительной башне вместе с туманом серной кислоты из газа осаждаются мышьяк, селен, огарковая пыль и другие примеси.

Разогрев сушильной кислоты за счет поглощения во­ды может привести к образованию тумана в сушильной башие. Это объясняется тем, что одновременно с абсорб­цией паров воды выделяются пары серной кислоты, кото­рые в сушильной башие практически полностью конден­сируются в объеме с образованием тумана.

Так как с повышением концентрации кислоты и ее температуры давление паров серной кислоты над ней по­вышается, то количество образующегося тумана увели­чивается. В табл. 9 показано содержание тумана H2S04 после сушильных башен в зависимости от температуры и концентрации серной кислоты.

Концентрацию кислоты, орошающей первую сушиль­ную башню, принято поддерживать в пределах 90—93%, вторую сушильную башню — 93—95%- Чтобы избежать

Таблица 9. Содержание сернокислотного тумана в газе после сушильных башен (в мг/м3) [2]

Температура, "С

Очистное отделение контактного завода. Схемы очистки обжигового газа могут существенно отличаться друг от друга. Это определяется применением различных видов сырья, методами его обжига, необходимостью по­лучить или устранить побочные продукты и т. д. Дейст­вительно, наличие в сырье мышьяка, фтора, селена и других примесей требует тщательной очистки обжигово­го газа. Если сырье (например, чистая сера) не содер­жит этих примесей, то очистка газа упрощается, так как газ необходимо освободить только от паров воды.

Обжиг сырья, содержащего мышьяк, фтор и селен, в печах кипящего слоя при определенном режиме позво­ляет упростить схему очистки (что в свою очередь упро­щает и всю схему).

Все существующие методы очистки газа можно раз­делить на две группы. Первая основана на переводе всех примесей обжигового газа (или какой-то доли их) в ту­ман и дальнейшем выделении из газа этого тумана. В основу второй группы положены методы конденсации парообразных примесей без образования тумана.

Очистное отделение для газов, получаемых в печах для обжига серного колчедана, наиболее полно охваты­вает всевозможные варианты, поэтому его следует рас­смотреть наиболее подробно.

Очищенный от пыли обжиговый газ поступает в пер­вую промывную башню 1 (рис. 36), орошаемую пример­но 60%-ной серной кислотой. При этом газ охлаждается и основные примеси (серный, мышьяковистый и селени­стый ангидриды) переводятся в туман, который в некото­ром количестве осаждается в этой же башне. Вторая промывная башня 2 орошается кислотой около 20%. В ней происходит дальнейшее охлаждение газа и осаж­дение частиц тумана. Однако основная часть тумана осаждается в первой ступени мокрых электрофильт­ров 3.

В увлажнительной башне 4 газ орошается 5%-ной кислотой и влажность его увеличивается; при этом кап­ли тумана растут вследствие поглощения ими паров во­ды из газа. Это способствует увеличению их заряда, а следовательно, увеличению скорости движения в элек­трическом поле электрофильтра второй ступени 5.

Существуют старые системы, в которых орошение первой промывной башни производится кислотой кон­центрацией около 75%. а второй — 35—40% H2SO4. Это

J3

• s •

Га

(- -&я

А о а

О. е-3

Я Ё®

С QJ

S

К 3 г; tj

¥ &ss s

Ю о а О

Очистка обжигового газа

Го

Га

Было вызвано необходимостью замены свинцовых холо­дильников чугунными. Теперь таких систем не проекти­руют.

Осушка газа производится в сушильной башие 6, орошаемой 93—95%-ной серной кислотой. Брызги оро­шающей кислоты улавливаются брызгоуловителем 7. Физическое тепло обжигового газа, отнимаемое кислотой, орошающей промывные башни, а также тепло реакции поглощения паров воды сушильной кислотой отводится от соответствующих кислот в холодильниках 8.

В первой промывной башне осаждается основное ко­личество селена и остатков пыли после сухих электро­фильтров. Вместе они образуют селеновый шлам. Часть кислоты после первой промывной башни направляют на извлечение селена. Концентрация серной кислоты, оро­шающей промывные башни, повышается благодаря по­глощению серного ангидрида, присутствующего в обжи­говом газе. Поэтому для поддержания заданной концен­трации H2SO4 в сборник 9 при увлажнительной башие непрерывно поступает вода. Образующийся при этом из­быток кислоты перетекает в сборник 9 кислоты при вто­рой промывной башне, и концентрация кислоты, ороша­ющей эту башню, понижается до нужного предела. Из цикла кислоты второй промывной башни избыток пере­текает їв сборник 9 при первой промывной башне; в ре­зультате сохраняется требуемая концентрация кислоты, орошающей башню 1. Описанная схема обеспечивает полное связывание серного ангидрида, поступающего с обжиговым газом, а также получение в промывных баш­нях продукционной (60%-ной) серной кислоты.

Количество кислоты, образующейся в промывных - башнях, зависит от работы печного отделения и состав­ляет в среднем 5—8% общей производительности систе­мы с механическими печами и около 1 % при обжиге сырья в печах КС. Концентрация промывной кислоты зависит от содержания серного ангидрида и паров воды в обжиговом газе, а таїкже от режима работы очистного отделения.

Конденсат из мокрых электрофильтров 3 и 5 присое­диняется к кислоте, орошающей башни 2 и 4.

Избыток кислоты, накапливающийся в цикле первой промывной башни, передают на склад готовой продук­ции, где ее концентрацию повышают до 75 или 92,5% H2SO4 добавлением олеума или моногидрата и отправ­ляют потребителю как кислоту башенную или кислоту контактную техническую (см. табл.2).

Газ, направляемый в первую промывную башню, со­держит фтор. Соединение фтора в виде HF реагирует с Si02 футеровки и насадки (см. с. 95), а образующийся при этом SiF4 растворяется в серной кислоте первой промывной башни и выводится вместе с ней из системы.

При работе на печах КС содержание S03 в обжиго­вом газе значительно меньше, чем в газе после полочных печей; следовательно, кислоты, откачиваемой из промыв­ного отделения, образуется мало. Поэтому концентрация SiF4 в кислоте велика и давление паров SiF4 над этой кислотой значительно. Эти пары с газом поступают в контактный аппарат и отравляют контактную массу. Для снижения содержания фтористых соединений в кис­лоту промывного отделения вводят кислоту из абсорбци­онного отделения, с тем чтобы общее количество кисло­ты, выводимой из промывного отделения, составляло 3—5% общей производительности установки.

Аппаратура очистного отделения. В первой промывной башне улавливается основное количество пыли после су­хих электрофильтров, часть мышьяка, селена и серного ангидрида. При этом газ охлаждается от 350—400 до 80—90° С.

Первая промывная башня (рис. 37) представляет со­бой полый (без насадки) стальной цилиндр — корпус /, выложенный изнутри листовым свинцом толщиной 3— 5 мм или другим кислотостойким материалом (полиизо­бутилен, фаолит и пр.). Башня футерована также кисло­тоупорной керамикой. Башня установлена на фундамен­те, покрытом кислотостойким материалом. Для равномер­ного распределения газа по сечению башни, а также для лучшего соприкосновения газа с орошающей кисло­той в нижней части башни есть свод с центральным отверстием.

Орошающую кислоту подают насосом в кольцевые коллекторы, расположенные на крышке башни. Из кол­лекторов она поступает в распылители 2 (число распы­лителей от 12 до 20). В некоторых случаях распылители размешают также на боковой поверхности башни. Они бывают различных типов (центробежные, ударные).

Во второй промывной башне происходит дальнейшее охлаждение газа (до 35—40° С), осаждение укрупнив­шихся благодаря увлажнению капель тумана и дальней­шее улавливание мышьяка и селена.

Вторая промывная башня (рис. 38) всегда насажена керамическими (или фарфоровыми) кольцами. Сталь­ной корпус 1 этой башни также выложен свинцом или другим кислотостойким материалом и футерован кисло­тоупорной керамикой 2. Для лучшего соприкосновения

Газ

Очистка обжигового газа

Рис. 37. Первая (полая) промывная башня:

1 — корпус, 2 — распылители кислоты, 3 — коробка со шту­цером для отвода кислоты, 4 — футеровка, 5 — смотровое стекло

Газа с орошающей кислотой башня заполнена насадкой 3. В нижней части башни уложены крупные кольца (раз­мером 80—120 мм), в верхней — более мелкие (размером 50 мм). Обычно кольца укладывают правильными ряда­ми в шахматном порядке. Вверху оставляют незаполнен­ное насадкой пространство высотой около 1 м, где раз­мещают распылители 6 кислоты. Насадка опирается «а колосниковую решетку 4 из керамических или андезито - вых плит, установленных на столбиках 5. Газ поступает в башню через нижнюю входную коробку, проходит че­рез свободное сечение колосников, поднимается вверх противотоком орошающей кислоте, омывая насадку, и выходит через штуцер в крышке башнн.

Для равномерного распределения кислоты по сечению башни на ее крышке установлены распределительные

Очистка обжигового газа

Рис. 38. Вюрая промывная башня:

/—корпус башнн, 2 —футеровка, 3 — насадка (кольца), 4 — решетка, 5 — столбнки. 6 — распылители, 7 — оросительный холодильник, 8 — сборник

Кислоты

Турбинки или распылители такого же устройства, как и в первой промывной или в сушильной башне. Кислота собирается внизу башии и вытекает из нее через нижний штуцер.

На большинстве заводов кислоту, вытекающую из башии, охлаждают до 40—50° С в холодильнике и вновь
подают насосом на орошение той же башни. Для перека чивання циркулирующей кислоты устанавливают два насоса с самостоятельными кислотонроводамн, один иа- сос работает, второй находится в резерве.

Во вторую промывную башню поступает газ, поч­ти полностью освобож­денный от пыли, поэтому из этой башни обычно вы­текает чистая орошаю­щая кислота, слегка окра­шенная селеном в крас­ный цвет. Насадка второй промывной башии и рас­пределители кислоты в те­чение многих лет эксплуа­тации не засоряются и не нуждаются в промывке.

Плотность орошения промывных башен 15— 18 м3/ч на 1 м2 сечения башни.

Очистка обжигового газа

І ПрояыВная ' жидкость

Рис. 39. Аппарат Свемко:

I — корпус, 2 — смотровой люк. 3 — брызгали, 4 — тарелка, 5 — отбойник брызг, 6 — люки для осмотра и выем­ки тарелок

В настоящее время в США и некоторых евро­пейских странах в качест­ве промывного аппарата в очистном отделении ши­роко распространен аппа­рат Свемко. Он состоит из изолированных друг от друга помещенных в од­ном корпусе 1 (рис. 39) верхней и нижней частей. Нижняя часть полая, оро­шается с помощью брыз­гал 3. Верхняя имеет та­релки 4 с отбойниками. Газ поступает снизу вверх, промывная жидкость дви­жется противотоком. Высокая интенсивность этого аппа­рата достигается вследствие хорошего соприкосновения газа и жидкости, которое обеспечивается устройством та­релки (рис. 40). Тарелка 1 имеет отверстия 2, над каж­дым из которых расположен отражательный отбойник 3. Газ движется снизу вверх, встречаясь в отверстиях
с промывной жидкостью, стекающей с отбойников. При ударе газового потока о смоченные промывной жидко­стью отбойники жидкость дробится и образуется газо- жпдкостиый (пенный) слой 5.

Проныдная жидкость

Очистка обжигового газа

Рис. 41. Скруббер

Вентури: I — скруббер, 2 — фильтр брызг

І

Промыбнаа жидкость

Аппараты Свемко могут работать па запыленном га­зе (без очистки его от пыли в сухих электрофильтрах), а режим работы аппарата, при котором происходит нн-

Очистка обжигового газа

Рис. 40. Схемы устройства (вверху) и работы (внизу) та­релки в аппарате Свемко: / — тарелка, 2 — отверстие в тарел­ке, 3 — отбойник тарелки, 4 —ход газа, 5 — пенный слой

Тенсивное увлажнение газа, дает возможность очищать газ от тумана в одной ступени электрофильтров без ув- влажнительной башни. Практически аппарат Свемко объединяет в одном агрегате первую и вторую промыв­ные башни. При этом роль первой башни выполняет ниж­няя (полая) часть аппарата, а роль второй — верхняя часть (с тарелками).

Другим очень распространенным аппаратом для про­мывки газа служит скруббер Вентури (рис. 41). В осно­ву его устройства заложен принцип трубы Вентури. Для аппарата характерна высокая интенсивность, также обес-
у

Печиваемая благодаря хорошему соприкосновению газа с жидкостью. Этот промывной аппарат применяют в ос­новном в ФРГ.

Очистка обжигового газа

В ФРГ и Японин для дальнейшего охлаждения газа после первой промывной башни вместо второй башни применяют холодильни­ки. Газ в них перемеща - _ ц ется по трубам, охлажда­емым в межтрубном про­странстве водой. Один из них змеевиковый (трубча­тый) (рис. 42, а), второй звездчатый (рис. 42,6), получивший такое назва-

Рис. 42. Газовые холо­дильники:

А — змеевиковый, б — зиезц - чатый; 1 — корпус, 2 — от­верстия для входа газа, 3 — змеевиковая секция, 4 — звездчатая труба, 5 — отвер­стие для ввода воды

Рис. 43. Сотовый электрофильтр:

/ — распределительная решетка, 2 — осадительный электрод, 3 — кварцевая труба, 4 — опорный изолятор, 5 — верх­няя рама, 6 — коронирующнй электрод, 7 — нижняя рама

Ние из-за формы ребристой трубы, имеющей в попереч­ном сечении форму звездочки.

Кислота из первой промывной башни отстаивается перед подачей ее в холодильник. Отстойники представля­ют собой резервуары большого диаметра, скорость дви­жения кислоты в которых мала, поэтому примеси успева­ют осаждаться.

Охлаждение кислоты происходит в погружных, ороси­тельных или кожухотрубных холодильниках. В погруж­ных холодильниках охлаждаемая кислота находится в резервуаре, а охлаждающая вода движется по трубам, погруженным в охлаждаемую кислоту. Так как промыв­ные кислоты (концентрация менее 75% H2S04) облада­ют высокой коррозионной активностью, теплообменную поверхность холодильников делают обычно из свинца или графитопласта АТМ-1 (аитегмита).

На некоторых сернокислотных производствах для ох­лаждения промывных кислот применяют антегмитовые оросительные холодильники. По устройству они одина­ковы с оросительными холодильниками абсорбционных башен. Коэффициент теплопередачи в холодильниках этого типа выше, чем в погружных примерно в 1,5 раза.

Оросительные холодильники, изготовленные из чугу­на, служат для охлаждения концентрированной промыв­ной кислоты (75% H2S04).

Для мощных сернокислотных систем в промывном от­делении применяют кожухотрубные графитовые холо­дильники. В многоходовых холодильниках такого типа (холодильниках Сигри) скорость кислоты достигает 1 м/с, коэффициент теплопередачи равен 580—700 Вт/(м2-°С) (500—600 ккал/(м2-ч-°С). О холодильниках сушильной кислоты см. с. 155.

В промывном отделении устанавливают две ступени мокрых электрофильтров с увлажнительной башней меж­ду ними. На рис. 43 показан сотовый мокрый электро­фильтр. Это свинцовая камера, укрепленная на стальном каркасе, все внутренние части которой также выполнены из свинца или из тщательно освинцованной стали. Газ входит в камеры снизу и распределяется по всему их се­чению при помощи специальной распределительной ре­шетки 1. Осадительные электроды 2 представляют собой шестигранные трубы из листового свинца. Коронирую - щие электроды 6 выполнены из стальной освинцованной проволоки диаметром 1,8—2 мм и также имеют форму шестигранника. Эти электроды подвешены к верхней ра­ме 5 (нижняя рама 7 является направляющей и натяж­ной). Рама 5, в свою очередь, подвешена на опорных изоляторах 4 к кварцевой трубе 3, обогреваемой электри­ческим током. В последнее время свинец частично или полностью заменяют другими кислотостойкими материа­лами.

В первой ступени мокрых электрофильтров осажда­ются наиболее крупные капли тумана. Для выделения оставшихся мелких "капель газовую смесь перед поступ­лением во вторую ступень мокрых электрофильтров увлажняют разбавленной серной кислотой в увлажни­тельной башие. Выходящая из электрофильтров кислота поступает по трубам в общий сборник, который футеро­ван изнутри кислотоупорным материалом. Шлам, осаж­дающийся в мокрых электрофильтрах, содержит до 50% селена, поэтому его тщательно собирают.

Основной показатель нормальной работы мокрых электрофильтров—отсутствие сернокислотного тумана в газе, выходящем из них. Точный анализ газа на содер­жание тумана и мышьяка требует много времени и про­водится один раз в смену. Чтобы своевременно обнару­жить появление в газе тумана, аппаратчик очистного отделения постоянно проверяет прозрачность газа после мокрых электрофильтров. Для этого в торцах прямого участка газохода (от мокрых электрофильтров до су­шильных башен) устанавливают стекла. Возле одного из них горит электрическая лампа. Если газ чистый, то лампу видно через стекло на противоположном торце прямого газохода. При появлении в газе тумана лампа видна плохо или совсем ие видна.

В настоящее время разработаны и внедряются в прак­тику туманомеры, которые автоматически по прозрачно­сти газа определяют содержание в нем тумана и регист­рируют его концентрацию, сигнализируя о превышении нормы.

Увлажнительная башня устроена так же, как вторая промывная башня, но она не футерована; иногда ее де­лают полой. Орошается она 5%-ной серной кислотой. Температура газа в увлажнительной башие снижается иа 3—5° С.

Иногда увлажнение газа производят в полой свин­цовой башне водой, разбрызгиваемой при помощи спе­циальных устройств. При этом кислая вода сбра­сывается в канализацию, загрязняя водоемы и унося с собой растворенной SO2, который безвозвратно те­ряется.

Увлажнительная башня может быть исключена из схемы при обычном режиме работы промывных башен, но при этом требуется увеличить мощность второй сту­пени электрофильтров.

Газ очищают от паров воды в сушильной башне (рис. 44).

Сушильную башню изготовляют из стали и футеруют кислотоупорной керамикой. В верхней части башни есть штуцера для выхода газа и входа кислоты, люк 4 для загрузки и выгрузки насадки башни и два смотровых стекла, рас­положенных друг про­тив друга (одно для осмотра башни, другое для освещения). Баш­ня заполнена насад­кой — керамическими или фарфоровыми кольцами; в нижней части находится не­сколько рядов колец размером 150X150, 120X120, 100X100 и 80X80 мм, основная же масса колец имеет раз­мер 50X50 мм.

Очистка обжигового газа

Рис. 44. Сушильная башня:

I — корпус, 2 — футеровка, 3 — колоснико­вая решетка, 4 — люк для загрузки и вы - менены ДРУГИМИ пае- грузки насадки, 5 — распределительная ' г ц плита, 6 — брызгоуловнтель

Пределяющими устрой­ствами.

Распылители обычно дают большое количество мел­ких брызг жидкости, увлекаемых газовым потоком, по­этому в сушильных башнях на многих заводах установ­лены распределительные плиты (рис. 45), которые не разбрызгивают жидкость, а сливают ее на насадку. Од­нако и эти плиты не устраняют образование брызг, так

Кспьца

В сушильных баш­нях небольшого диа­метра (4—5 м) раньше устанавливали распре­делительные желоба' для подачи орошающей кислоты. Однако они не обеспечивали равно­мерного распределения орошающей серной кис­лоты по насадке башни и постепенно были за-
/

Как при таком распределении кислоты на насадку газо­вый поток, встречаясь со струями кислоты, подхватывает мелкие брызги и уносит их из башни.

Чтобы этого не происходило, ход газа и жидкости «разделяют». Это обеспечивается в напорно-сливной плите НИУИФ, схематически изображенной на рис. 46. Кислота 3 вытекает на насадку 4 через прорези 2 в слив­ных трубах 1. Газ не встречает на своем пути свободно падающую кислоту. Это обеспечивает минимальное ко­личество брызг (10—20 мг/нм3) в газе, покидающем башню. Плотность орошения в сушильных башнях со­ставляет 18—25 м3/ч на 1 м2 сечения башни.

Для улавливания брызг кислоты за сушильной баш­ней устанавливают иногда брызгоуловитель, представля­ющий собой насаженную башню, но не орошаемую сер­ной кислотой. Однако на современных мощных системах их заменили более компактные устройства с фильтрую­щим слоем в виде объемных сеток, расположенных гори­зонтально и помещенных на верху башни, или брызго - уловители с вертикально расположенным фильтрующим слоем, выполненным из кислотостойких волокон. Такие брызгоуловители обладают невысоким сопротивлением и дают высокую степень очистки таза. О брызгоуловите- лях после сушильных башен см. с. 163—165.

Технологический режим очистки и осушки газа. Ко­личество выпускаемой промывной кислоты определяется работой печного отделения и составляет в среднем 5—8% общей производительности системы с механическими печами и 1—3% при оборудовании печного отделения печами КС.

Продукционная кислота вытекает из первой промыв­ной башни, поэтому концентрация ее в башне должна соответствовать определенному уровню (обычно около 60% H2SO4). Это достигается путем изменения количе­ства воды, добавляемой в увлажнительную (или вторую промывную) башню. Регулирование другим образом не­возможно, так как аппаратурное оформление (опреде­ляющее брызгоунос), состав газа, и его температура — величины переменные.

Концентрация кислоты во второй промывной и увлаж­нительных башнях устанавливается самопроизвольно в зависимости от концентрации кислоты в первой промыв­ной башие и переменных параметров (состав обжигового газа, его температура, брызгоунос и др.).

Очистка обжигового газа

Рис. 45. Распределительная плита: / — щели для прохода газа, 2 —трубки, распределяющие кислоту

Очистка обжигового газа

Рис. 46. Плита НИУИФ (напорно-сливная): о-вид сверху 6 —элемент плиты; /-сливные трубы 2- парези В трубах, 3 - кислота, 4 - иасадка. 5 - «под­сыпка^ Риз более мелких колец, б-отверстия для хода газа

Уже упоминалось, что даже при наличии в системе отстойника при большом содержании в газе пыли про­мывная кислота содержит много твердых нримсссй. Если же при этом в газе содержится много мышьяка, то это затрудняет работу холодильников на первой промывной башие.

Путем выбора поверхности холодильников и регули­рования подачи охлаждающей воды можно осуществить охлаждение газа таким образом, что в первой башие будет происходить испарение воды из орошающей кисло­ты, а во второй — конденсация водяных паров. В этом случае газ в первой башие охлаждается за счет испаре­ния из кислоты воды, и необходимость в применении холодильников к этой башне отпадает.

Во второй башне происходит обильная конденсация паров воды, поэтому там выделяется больше тепла, чем при обычной схеме; следовательно, поверхность холо­дильников к этой башне должна быть увеличена.

Вследствие повышенной растворимости мышьяка при более высокой температуре кислоты в первой промывной башне опасность выпадения его в осадок уменьшается.

Достоинством подобной системы является также воз­можность лучшей подготовки газа к осаждению тумана в мокрых электрофильтрах, так как при интенсивной конденсации паров воды во второй башне капли тумана укрупняются и хорошо осаждаются не только в электро­фильтрах, но и в самой башие. Необходимость в увлаж­нительной башне при этом отпадает. Такой режим рабо­ты называется испарительным. Аппарат Свемко как раз и является аппаратом, работающим на испарительном режиме. Нижняя его часть (заменяющая первую промыв­ную башню) работает при испарительном режиме (без охлаждения орошающей кислоты), а верхняя часть (вы­полняющая роль второй промывной Лашни) работает при режиме конденсации, и орошающая кислота перед пода­чей на башню охлаждается. Такой режим работы позво­ляет, с одной стороны, избежать необходимости тонкой очистки газа от пыли (в сухих электрофильтрах), с дру­гой — вследствие хорошей подготовки тумана к осажде­нию обойтись только одной ступенью мокрой электро­очистки. Это упрощает схему промывного отделения.

Основным показателем работы сушильного отделения является степень осушки газа, которая определяется со­держанием влаги в единице его объема. Для достижения хорошей осушки газа необходимо непрерывное и равно­мерное орошение сушильных башен кислотой требуемой концентрации. л

Для повышения концентрации орошающей кислоты в сборник сушильной кислоты непрерывно вводится мо­ногидрат, одновременно избыток сушильной кислоты так­же непрерывно передается в абсорбционное отделение. Очень важно, чтобы добавление моногидрата и перекачи­вание сушильной кислоты проводилось непрерывно, так как при этом процесс осушки более устойчив и легче регулируется.

Ниже приводятся нормы технологического режима очистки газа:

Содержание пыли в газе после сухих электро­

Фильтров, г/м3.............................................................. 0,05—0,1

Концентрация S02 в газе, %:

После сухих электрофильтров......................................... не ниже 8,5

Перед сушильными башнями (после разбавле­ния) ............. 7,5 ±0,2

Температура газа иа выходе из промывных ба­шен, °С:

TOC \o "1-3" \h \z из первой башни. . ■........................................................... 60—80

Из второй башни....................................................... не выше 40

Температура газа, °С, не выше:

После мокрых электрофильтров.............................................. 32

На выходе из сушильной башни.............................................. 50

Концентрация орошающей серной кислоты, %:

В первой промывной башне................................................ 55—60[3]

В сушильной башне.............................................................. 93—95

Содержание примесей в газе перед контактным отделением, мг/м3:

Мышьяк..................................................................... 0

фтор................................................................................... не более 3

Брызги и туман серной кислоты....................................... не более 5

Влажность газа перед контактированием, доли

Объема, %.................................................................... не более 0,01 жет быть засорение пылью газоходов от сухих электро­фильтров до промывной башни. При повышении сверх установленной нормы содержания пыли во входящем в отделении очистки газе следует принимать меры для устранения неполадок в работе сухих электрофильтров.

Непременным условием нормальной работы отделе­ния очистки является строгое наблюдение за концентра­цией, температурой и плотностью орошения башен кис­лотами. Необходимо следить за правильным разбавле­нием промывных кислот. Температура циркулирующих кислот может повыситься в результате загрязнения хо­лодильников и недостаточной подачи воды на охлажде­ние. При нарушении плотности орошения следует про­верить исправность насосов и орошающих устройств.

Таким образом, для нормальной работы отделения очистки и обеспечения технологического режима очистки и сушки газов необходимо:

Следить за непрерывной и равномерной подачей кис­лот для орошения башен;

Проверять и поддерживать концентрацию кислот на уровне, установленном технологическим режимом;

Проверять температуру кислоты в аппаратах отделе­ния очистки;

Следить за температурой газа и разрежением в аппа­ратах;

Следить за работой насосов, распределителей кислот, за состоянием аппаратуры и коммуникаций (кислотопро - воды, газопроводы, канализация), поддерживать их в исправности и чистоте;

При работе мокрых электрофильтроз поддерживать заданные напряжение и силу тока и следить за состоя­нием и чистотой электродов, изоляторов, работой выпря­мителей;

Строго выполнять правила техники безопасности при работе в отделении очистки газов.

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Печи для обжига серного колчедана

Общие сведения. Для обжига колчедана существу­ют печи различных конструкций: механические полоч­ные (многоподовые), вращающиеся цилиндрические, печи пылевидного обжига, печи для обжига в кипящем слое. В механических полочных печах обжиг колчедана ведут …

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Амелин А. Г., Яшке Е. В. Как уже упоминалось, основная часть серной кислоты потребляется для изготовления удобрений. Для питания растений особенно нужны фосфор и азот. Природные фосфорные соединения (апатиты и …

Окисление сернистого ангидрида до серного

Физико-химические основы процесса. Процесс окисле­ния сернистого ангидрида до серного протекает по реак­ции 2S02+02^S03 + A^, (45) Где АН — тепловой эффект реакции. Процентное отношение количества S02, окисленного до S03, к …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.