Способы получения серной кислоты. Очистка и осушка обжигового газа. Контактное окисление диоксида серы

Лекция №6

Способы получения серной кислоты. Очистка и осушка обжигового газа. Контактное окисление диоксида серы. Выбор оптимального режима окисления. Технологический режим процесса.

Очистка и осушка H₂SO_4.

Выходящий из печей обжиговый газ содержит частицы пыли . Пыль должна быть тщательно удалена из обжигового газа, так как она засоряет аппарат, повышает гидравлическое сопротивление аппаратов и трубопроводов, загрязняет продукционную кислоту и создает ряд других затруднений в производственном процессе.

На различных стадиях производства H₂SO₄ образуется серно-кислотный туман вызывающий коррозию аппаратуры, ухудшается качество продукции и так далее.

Туман образуется в результате двух процессов.

1.механическое дробление жидкости

2.конденсация пара в объеме из его смеси с конденсирующимся газом (конденсационный туман)

Механическую очистку от пыли и брызг жидкости проводят циклонами (центробежный пылеуловитель).

Рекомендуемые материалы

Электрическая очистка газа состоит в том, что газ пропускают между двумя электродами один из которых заземлен (осадительный электрод), а другой соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока высокого напряжения (коронирующий электрод). Между электродами происходит ионизация газа, ионы присоединяются к  взвешенным  частицами пыли и тумана и заряжают их. Заряженные частицы притягиваются в соответствии  с зарядом к одному из электродов.

Применяются электрофильтры различной конструкции: трубчатые фильтры (в виде труб) и пластинчатые.

              Классическая схема с использованием колчедана.

1-обжиг сырья                                                    

2- очистка газа от пыли

3-очистка газа от растворимых примесей

4-осушка газа

5-теплообменник

6-окисление SO₂ до SO₃

7-абсорбция SO₃

Очистка обжигового газа.

После обжига колчедана сернистый газ содержит наряду с SO₂ примеси вредные для стадии контактного окисления  (As, HF, SiF₄, SO₃).

Кроме того содержится ценная примесь SeO₂, TeO_2,  огарковая пыль до (300г/м³).

Температура в электрических фильтрах должна быть не менее 300ºС.

 После очистки от пыли, газ необходимо очистить от растворимых примесей.

Растворенные примеси можно выделить из газа путем повышения температуры или с помощью какого либо абсорбента (растворы H₂SO₄ 50-90ºС).

Из-за резкой разницы температур между газом и абсорбентом скорость теплопередачи выше, чем скорость массопередачи, поэтому газообразные примеси конденсируются не только жидкостью, но и в объеме абсорбера, то есть в газовой фазе, таким образом образуется туман, который состоит из H₂SO₄, As₂O₃, SeO₂, F-соединений и так далее.

Часть примесей переходит в состав раствора, но большая часть остается в составе сернокислотного тумана, который улавливают в мокрых электрофильтрах.

Выделение туманообразных примесей.

Обжиговый газ охлаждается в двух промывных башнях, температура газа на входе в промывное отделение 300-350ºС на выходе 30-40ºС, концентрация растворов серной кислоты

в первой промывной башне орошается 50-75% H₂SO₄,   Т=60-80ºС

во второй промывной башне орошается 5-20% H₂SO₄, Т=25-35ºС.

В промывных башнях газ охлаждается, кислота нагревается, на выходе из башни температура кислоты на 10-20ºС выше, чем на входе.

Осушка газа.

Осушка газа производится в насадочных башнях, где пары воды абсорбируются серной кислотой орошающие сушильные башни, содержание влаги в газе не более 0,01% (об).

По закону абсорбции                Q=K* F* _∆P

Q- количество поглощающего вещества

К- коэффициент абсорбции

 F   - поверхность соприкосновения фаз (м²)

_∆Р- движущая сила абсорбции мм. рт. ст.

  K=Ko*ω^m ,  где

Ко- константа зависящая от температуры и концентрации (H₂SO₄)

ω-скорость газа в башне м/с,

m – коэффициент зависящий от движения потока :

Для ламинарного: 0,5

Для турбулентного: 0,8

Чем выше концентрация H₂SO_{4 ,} тем выше Ко , чем ниже температура, тем выше Ко,  чем выше с (H₂SO₄ ) и ниже температура H₂SO₄, тем выше движущая сила абсорбции (_∆Р)

Температура орошающей кислоты 40-50ºС.

С увеличением С(H₂SO₄) растет туманообразование, т.е. чем выше С(H₂SO₄)   тем больше образуется сернокислотного тумана, чем больше в газе паров воды, поэтому концентрация орошающей кислоты в первой СБ -92,5 - 94% H₂SO₄,   во второй СБ – 95-96% H₂SO₄    Т= 45-55ºС.

Извлечение селена из обжигового газа.

В колчедане содержится  0,002-0,02%Se

Отходы перерабатываемого колчедана  служат основным источником получения селена.

            Х _{извлеч.} =30-60%

Процесс выделения Se состоит из трех стадий:

1) поглощение диоксида селена (SeO₂) из обжигового газа H₂SO₄  ,

2)  Восстановление SeO₂ до Se.

3) Выделение частиц Sе из H₂SO_4.

Контактное окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид.

Основная реакция                   SO₂ +1/2O₂ ↔SO₃ +Q

Равновесная степень превращения достигаемая на катализаторе, зависит от активности катализатора, состава газа, продолжительность контакта газа с катализатором ,давление и так далее.

Равновесная степень превращения зависит от температуры.

Скорость окисления  SO₂ характеризуется константой скорости реакции уравнение Аррениуса:

K=k_◦ e^E/RT

В присутствии твёрдых катализаторов энергия активация понижается, применяется ванадиевая контактная масса (V₂O₅)

Е акт =267 кДж/моль (без катализатора)

Е акт = 60 кДж/моль   (c катализатором)

SO₂(адс) +V₂O₅↔ SO₃(адс) +V₂O₄

V₂O₄ +1/2O₂(адс)↔ V₂O₅

Катализатор изготавливают специальным образом с более высокой удельной поверхностью, в качестве носителя используют SiO₂, V₂O₅ – 6-9%, остальное носитель, активатор, соединения калия К₂О-1-6%

Контактная масса БАВ  (Ва, АI, V) имеет состав 

V₂O₅ *12SiO₂ *0,5AI₂O₃ *2K₂O*3BaO*2KCl

Важность БАВ ≈ 15%

ρ нас =480 г/л

выпускаемые формы контактной массы: гранулы, таблетки, кольца, шарики.

Т заж –нижний придел процесса окисления SO₂ в SO₃

Вам также может быть полезна лекция "Модернизм в МО".

Тзаж – (БАВ) =390-430ºС.

Рабочая температура для V₂O₅ -390-600ºС , срок годности 3-5 лет.

Мышьяк поглощается контактной массой или находится в виде Аs₂О₅ и КАs₂О_3.

Фтор находится в виде HF,  SiF₄  поэтому фтор регулируется (до 3мг/м³)

Контрольные вопросы:

1. Очистка и осушка обжигового газа.
2. Выделение туманообразных примесей.
3. Контактное окисление диоксида серы.
4. Выбор оптимального режима окисления. Технологический режим процесса.