Переработка промышленных отходов

Регенерация отработанной серной кислоты

Серная кислота является важнейшим продуктом химической промышленности как по объему производства, так и по раз­нообразию областей применения. Крупными потребителями серной кислоты являются химическая и нефтехимическая про­мышленность, металлургия, машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли.

Ежегодно в стране образуется 2 млн. т отработанной серной кислоты, что составляет 10 % от общего ее производства. Такие объемы свидетельствуют о необходимости утилизации отработан­ной кислоты с целью экономного ресурсопользования и защиты окружающей среды.

Отходы, образующиеся при использовании серной кислоты, включают кроме отработанной серной кислоты травильные растворы, кислые гудроны и сточные воды, содержащие кислоту менее 10 % (по массе). В России насчитывается более 200 видов отработанной серной кислоты, содержащих около ста видов примесей, в том числе аккумуляторная кислота из отработанных свинцовых аккумуляторов.

Обезвреживание и утилизацию отработанной серной кислоты производят следующими способами:

♦ нейтрализацией растворов или их огневым обезвреживанием без использования образующихся продуктов;

« использованием (возможно после предварительного упари­вания) загрязненных растворов в других технологических про­цессах;

♦ регенерацией отходов с получением товарной серной кислоты.

Сточные воды с низкой концентрацией серной кислоты обычно нейтрализуют щелочами. При содержании в сточных водах примесей нейтрализацию совмещают с огневым методом. Метод нейтрализации применяют при небольших количествах отходов и отсутствии в них органических примесей.

Непосредственное использование отходов кислоты в других процессах ограничено из-за наличия в них примесей. Отрабо­танную кислоту применяют после очистки и концентрирования в производстве сульфатных минеральных удобрений.

Основная масса отработанной серной кислоты и кислых гудронов подвергается регенерации (кислые гудроны — это вы­соковязкие смолообразные жидкости, содержащие серную кислоту и большое количество органических веществ. Содержание кислоты в них составляет 24—89 %).

В зависимости от состава отработанной кислоты применяют различные методы регенерации: термическое расщепление, экстрагирование органических примесей, адсорбцию, каталити­ческое окисление пероксидом водорода, коагулирование, вы­паривание и др. Наибольшее распространение у нас в стране получила регенерация серной кислоты огневым методом, при котором происходит высокотемпературное расщепление кислоты. Метод универсален и высокоэффективен. При огневом методе используется концентрированная серная кислота, поэтому при необходимости предварительно проводят упаривание отрабо­танной кислоты до необходимой концентрации.

Процесс термического расщепления кислоты и окисление органических. примесей проводят при 950—1200 °С, для чего в огневом реакторе сжигают топливо (рис. 13.6).

Сернокислотные растворы с помощью форсунок распыляют в потоке продуктов сгорания топлива в огневом реакторе 1. Туда же с помощью воздуходувки 2 подается воздух, предварительно пропущенный через воздухоподогреватель 4. Органические примеси при этом окисляются с образованием С02 и Н20, а серная кислота расщепляется с образованием БОг Сернистый газ из огневого реактора поступает в котел-утилизатор 5, а из

Него — в систему очистки 6, где очищается от пыли, сернокислотного тумана и подвергается осушке, после чего с помощью газодувки 7 подается в узел получения кислоты 8. Насыщенный пар из котла - утилизатора 5 подается на пароперегреватель 3, а оттуда — потребителям. Очищенные дымовые газы с помощью дымососа 9 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 10.

Огневая регенерация серной кислоты из отходов позволяет одновременно с их обезвреживанием получать товарную про­дукцию высокого качества. Это приводит к сокращению расходов природного сырья и снижению затрат на производство серной кислоты на 25—30 % по сравнению с ее производством из первичного сырья (элементарной серы).

Для рентабельной регенерации серной кислоты из рас­сматриваемых отходов необходимо их предварительное обез­воживание (концентрирование). В связи с отсутствием в отходах летучих веществ концентрирование можно осуществить методом упаривания в контактных теплообменниках за счет теплоты отходящего из огневого реактора сернистого газа. При этом одновременно происходит закалка газа.

Содержание воды в упаренном растворе зависит от тем­пературы отходящих из огневого реактора газов и от содержания воды в исходном растворе. Если в исходном растворе имеется 60—70 % воды, то после упаривания его отходящими газами с температурой 950—1000 °С содержание воды снижается до 35— 40 %. При огневой переработке таких растворов концентрация 802 в сухом сернистом газе — не менее 7 %. Сильно разбавленные растворы, содержащие более 80 % воды, после упаривания содержат ее не более 60 %. При огневой переработке таких растворов с целью получения сернистого газа с содержанием 802 не менее 6 % в качестве топлива используют серу или сероводород, а также обогащают кислородом дутьевой воздух.

Для более полного превращения 803 в 802 в огневом реакторе целесообразно двухступенчатое сжигание топлива.

В первой ступени термическое расщепление серной кислоты и сульфатов осуществляется в восстановительной газовой среде (в продуктах неполного горения топлива), а во второй ступени происходит дожигание продуктов неполного горения за счет подачи вторичного воздуха.

При огневой утилизации отработанных травильных растворов и гидролизной серной кислоты получают побочный продукт — порошкообразный оксид железа. В том случае, если травильные растворы не загрязнены различными примесями, получаемый оксид железа применяется в производстве красителей, активных катодных масс, ферритных порошков, полирующих паст и т. д. Загрязненный оксид железа используется как металлургическое сырье. В процессе регенерации травильных сернокислотных растворов образуется сульфат железа, который можно использовать непосредственно без дополнительной обработки как ядохимикат, а также для мелиорации почв и очистки сточных вод. Кроме того, этот продукт может использоваться после соответствующей переработки как сырье для получения серы и оксида железа.

Существуют методы переработки сульфата железа в сернистый газ (а следовательно, в серную кислоту). В частности, разработа­на технология получения серной кислоты путем одновремен­ного сжигания сульфата железа и серы в реакторе с “кипящим” слоем. Процесс проводят при температуре 900—1000 °С. Обра­зующиеся в процессе сжигания пульпы, состоящей из сульфата железа и серы, продукты сгорания (сернистый газ и вода) подвергаются очистке от пыли, охлаждаются до 290—300 °С и направляются на получение серной кислоты по классической схеме.