Обґрунтувати компоновку апаратів в енерго-технологічних схемах виробництва сірчаної кислоти під тиском і за циклічним способом.

Применение повышенного давления на всех стадиях производства серной кислоты является наиболее перспективным направлением развития сернокислотной промышленности, так как при этом обеспечиваются следующие положительные факторы улучшения технологических показателей сернокислотных систем:

в соответствии с принципом Ле-Шателье увеличивается выход 50₃ при взаимодействии S0₂ и 0₂ на катализаторе (реакция в газовой фазе идет с уменьшением объема). Возрастает степень использования сырья, уменьшаются выбросы вредных веществ (S0₂) в атмосферу. Может быть достигнута степень конверсии диоксида серы 99,95—99,99%. Становится возможным создание практически безотходного производства серной кислоты;объемы перерабатываемого газа уменьшаются пропорционально давлению, что позволяет создавать мощные системы с малыми размерами аппаратов.

 

РИС. 85. Технологическая схема получения серной кислоты из серы с при­менением повышенного давления, разработанная фирмой «Южин — Кюльман». (Франция):

/ — воздушный фильтр; 2 — сушильная башня; 3 — компрессор; 4 — печь для сжигания серы; 5 — котел-утилизатор; 6 — газовый фильтр; 7 — контактный аппарат I ступени контактирования; 8 — теплообменники; 9 — промежуточный абсорбер; 10 — контактный аппарат II ступени; 11 —экономайзеры; 12 — конечный абсорбер; 13 — паровая турбина; 14 — газовая турбина.

 

резко снижается расход катализатора, увеличивается скорость горения серы, окисления диоксида серы, абсорбции триоксида серы

Важным преимуществом сернокислотных систем, работающих под повышенным давлением, является возможность получать непосредственно в производстве серной кислоты триоксид: серы и высококонцентрированный олеум с содержанием до 65%. свободного S0₃, получение которых в настоящее время возможно лишь на специальных производствах олеума.

 

Воздух сжимается компрессором до 5,5 (0,55 МПа), проходит сушильную башню и поступает в печь, куда также подается расплавленная сера. В процессе сжигания серы образуется газ концентрацией 12% S02. Из печи газ направляется в котел-утилизатор, проходит газовый фильтр и затем при температуре 430 °С направляется в контактный аппарат. На первой стадии конверсии в процессе ДК работают три слоя катализатора, на второй стадии — один. Необходимые температурные режимы в слоях поддерживаются при помощи соответствующих теплообменников. Общая степень конверсии на двух стадиях составляет 99,85—99,9%.

Выходящий из конечного абсорбера газ при 80 °С проходит через два теплообменника, нагреваясь до 500 С, а затем поступает на турбину для сброса давления с получением энергии и в экономайзер для рекуперации тепла. Выхлопной газ при 150 °С через трубу выбрасывается в атмосферу. Турбина находится на одном валу с компрессором и покрывает две трети энергии, требуемой для работы компрессора, а одну треть — паровая турбина.

Загрузка ванадиевого катализатора в контактный аппарат -42 тыс. л (70 л на 1 т суточной производительности, против 200 л в обычной системе), съем пара (440 °С, 4,0 МПа)—0,975 т на 1 т выпускаемой кислоты, расход электроэнергии 55 кВт ч/т.

Максимальные резервы интенсификации открываются при реализации циркуляционных схем производства серной кислоты под давлением с применением кислорода. В циркуляционной системе комплексно используются все факторы повышения интенсивности и приближения к безотходной технологии: концентрированные газы, оптимальные температуры, активные и устойчивые в работе катализаторы, повышенное давление, интенсивные аппараты с кипящим слоем и с пенным слоем и, наконец, наиболее прогрессивная схема с рециклом по газу, обеспечивающая энергетически и экологически совершенное производство.

В случае сжигания серы в кислороде при любых концентрациях 50₂, вплоть до 60%, можно сохранить постоянное (необходимое) соотношение 0₂: 50₂. Применение изотермических реакторов кипящего слоя способствует проведению процесса при температуре, приближающейся к оптимальной, с полным использованием внутренней поверхности катализатора и достижению высокой степени превращения за один цикл. При этом рецикл по газу позволяет создать практически безотходное производство. Становится возможным уменьшить число слоев в контактном аппарате до одного, число ступеней контактирования и абсорбции — до одной. Полностью исключаются из системы промежуточные теплообменники. При сочетании перечисленных преимуществ циркуляционных схем с известными достоинствами реакторов КС для переработки высококонцентрированных газов под давлением стало возможным создание высокоинтенсивной сернокислотной системы большой единичной мощности с высокими технологическими, энергетическими и экономическими показателями.

Описание технологической схкмы: газификацию серы проводят при температуре 600—700 С и давлении 1,5 МПа в испарителе, куда подается кислород (5—7% от общего расхода его в системе). Пары серы сжигают в печи с кипящим слоем инертного зернистого материала при 700—800 С. Сюда же подают и весь кислород, необходимый для образования диоксида серы, а впоследствии — и триоксида серы. Общий избыток кислорода составляет 0,5—2,0% от стехиометрического. Температура в печи поддерживается в результате размещения в кипящем слое теплообменных элементов котла-утилизатора. Газовая смесь, содержащая 65—66% 50₂ поступает в циркуляционный контур, включающий теплообменник, однополочный контактный аппарат КС-7 и пенный абсорбер, которые работают под давлением 1,0 МПа. Циркуляцию газовой смеси осуществляют при помощи инжектора, использующего энергию газовой смеси, выходящей из печи. Тешюобменные насадки, расположенные в аппаратах, выполняют функции пароперегревателя и испарителя котла-утилизатора.

В контактном аппарате КС при 1,0 МПа 500—550 °С степень превращения S0з в S0₃ составляет 92—95%. Из контактного аппарата газовая смесь, пройдя теплообменник, поступает в абсорбер, где улавливается S0₃. Затем газовая смесь, содержащая S0₂, О2, N2, засасывается инжектором и возвращается в цикл. Около 0,5% газовой смеси для исключения накопления инертов направляется в малогабаритную установку очистки хвостовых газов, состоящую из контактного аппарата и абсорбера, после чего выбрасывается в атмосферу. Кроме того, в установку очистки поступает газ из десорбера, где производится отдувка воздухом диоксида серы, растворенного в продукционной кислоте.

Степень использования диоксида серы в системе составляет 99,995—99,999%, выбросы диоксида серы не превышают 0,02— 0,03 кг на 1 т 100%-ной кислоты (мнг), т. е. система является практически безотходной. Система энергетически совершенна. Практически полное использование тепла реакции обеспечивает производство 1,25—1,3 т пара на 1 т мнг.

Удельная загрузка катализатора составляет около 4,5 кг на 1 т мнг суточной выработки. Диаметр всех аппаратов циркуляционной системы мощностью 700 тыс. т/год близок к 3,5 м, т. е. они все транспортабельны по железной дороге, что позволяет полностью их изготавливать на машиностроительных заводах и поставлять на строительные площадки.

 

Кисло1па на склад

Конденсат

 

 

РИС. 88. Схема производства серной кислоты из серы под давлением 1,5-1.0 Мпа (по циклической схеме и с использованием кислорода):

1 — печь дожита серы; 2 — котел-утилизатор; 3 — инжектор; 4 — контактный аппарат КС; 5 — теплообменник; 6 — экономайзер; 7, 10 — тумано-брызтоуловители; 8 — абсорбер; 9 — холодильник кислоты; 11—труба; 12 — контактный аппарат очистки; 13 — десорбер; 14 — абсорбер(конечный);15,18 — насосы кислотные; 16, 19 — сборники

 

кислоты; 17, 20 — воздуходувки; 21— топка подогревателя; 22 — подогреватель пусковой; 23 — шламонакопитель; 24 — плавилка серы; 25 — испаритель-окисли-тель серы; 26 — воздухоразделительная установка.