Производство серной кислоты: оборудование + технология изготовления 2020

Производство серной кислоты

Серная кислота H2SO4 — это сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). В обычных условиях концентрированная серная кислота является тяжёлой маслянистой жидкостью без цвета и запаха, с кислым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3.

Содержание

• 1 Области применения
• 2 Технология производства серной кислоты и оборудование

Области применения

Серную кислоту применяют:

• в производстве минеральных удобрений;
• как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• для получения различных минеральных кислот и солей;
• в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
• в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
• в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);
• в промышленном органическом синтезе в реакциях:
  • дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
  • гидратации (этанол из этилена);
  • сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
  • алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.
  • Для восстановления смол в фильтрах на производстве дистилированной воды.

Технология производства серной кислоты и оборудование

Для того чтобы получить серную кислоту нужно провести несколько этапов, о которых мы сейчас и поговорим. К первому этапу относят получение диоксида методом окисления или обжига серосодержащего сырья.

Необходимо следующее оборудование для производства серной кислоты: котел – утилизатор, пусковая топка, контактный        аппарат, сушильная башня, выхлопная труба, сборник кислоты.

А также, теплообменник, теплообменник пусковой топки, экономайзер и серная печь.

Производство серной кислоты начинается с того, что серу отправляют в плавитель, где происходит нагрев сырья до температуры 120 градусов по Цельсию.

В сушильной бане происходит осушение воздуха, а после того как проходит подогрев в теплообменнике, а именно в межтрубном пространстве идет направление в печь.

Видео:

После того как первый слой газа проходит через теплообменник, он по трубам проходит обратно к контактному аппарату. После того как второй слой газа проходит, он поступает в теплообменник по трубам и также поступает в контактный аппарат.

Третий слой газа поступает на абсорбцию по трубам теплообменника и попадет к первому моногидратному абсорберу. Затем, после абсорбции сверху будет выходить газ через теплообменник, и будет направляться на четвертый слой контактного аппарата.

Здесь следует учитывать то, что перед четвертым слоем нужно ввести дополнительное количество воздуха. Уже после пятого слоя, газ применяют для того чтобы подогреть воду в экономайзере. После этого ведет направление на второй многогидратный абсорбер. Здесь происходит завершающий этап поглощения и выдачи сырья H2SO4.

Как видите процесс довольно сложный, но если иметь в наличии все необходимое оборудование, знание и опыт, тогда такая задача будет намного легче, и вы сможете без особых усилий получить серную кислоту.

Источник: /inask.ru/proizvodstvo-sernoy-kisloty/

Перспективные направления развития технологии получения серной кислоты из серы методом ДК-ДА — Химическая Техника

Серная кислота является стратегическим химическим продуктом, объемы производства которого определяют состояние химической промышленности и развитие экономики государства в целом. В настоящее время Россия по выпуску серной кислоты по-прежнему замыкает четверку стран-лидеров, располагаясь после Китая, США и Марокко.

В АО «НИУИФ» в 2001 г. была разработана и запатентована перспективная технология производства серной кислоты из серы методом ДК-ДА, обладающая повышенной технологической надежностью при эксплуатации [1, 2].

Достоинство разработанной технологии заключалось в том, что она могла быть применима как для реконструкции действующих, морально и физичес-ки изношенных сернокислотных систем, так и для строительства новых.Принципиальная технологическая схема разработанной технологии представлена на рис. 1.Рис. 1.

Принципиальная технологическая система ДК-ДА:1 – котел-утилизатор с циклонными серными топками; 2 – барабан-сепаратор; 3 – контактный аппарат; 4 – пароперегреватель 2-й ступени; 5, 6, 8 – газовые теплообменники; 7 – экономайзер 2-й ступени; 9 –экономайзер + пароперегреватель 1-й ступени; 10 – блок подготовки деминерализованной воды; 11 – нагнетатель; 12 – воздушный фильтр; 13 – сушильная башня; 14 – 1-й моногидратный абсорбер; 15 – 2-й моногидратный абсорбер; 16, 18а, 18б, 19 – циркуляционные сборники;17 – кожухотрубные холодильники; 20 – выхлопная труба; 21, 22 – паровая турбина с генератором, конденсатором;23 – деаэратор; 24 – питательный насос высокого давления; 25 – кислотные насосы; 26 – блок пускового подогревателяОсновные показатели эксплуатации разработанной технологии (расход серы, потребление электроэнергии, достигаемые степень конверсии диоксида серы и абсорбции, выработка энергетического пара и др.) отвечают уровню современных достижений в этой области.
Основные удельные показатели
эксплуатации сернокислотной системы (на 1 т H2SO4)

Сера техническая (сорт 9995, ДСТУ 2181–93), т                              0,328 (от форсунок)

Вспомогательные материалы, кг:

известь (ТУ110-05031531-378–94)                                                                            0,03

Электроэнергия на технологию

(220/380 В, 6…10 кВт, 50 Гц), кВт∙ч                                                                       51…52

Вода на технологию (на разбавление H2SO4), т                                                            0,2

Вода оборотная (t = 28°С; Dt = 10°С), м3                                                                     47

Вода питательная (конденсат + ХОВ; t = 105°С, м3          1,300 ((в том числе ХОВ–0,20)

Пар на технологию (t = 158°С; р = 0,6 МПа), т                                                          0,27

Сжатый воздух для КИПиА (р = 0,8 МПа), м3                                                                1,5

Выход пара (р = 4 МПа; t = 440°С), т                                                               1,24…1,25
Экологические показатели работы сернокислотной системы

Объем выхлопного газа, м3/ч                                                                                135 000

SO3 (0,0001% об.), кг/ч                                                                                              0,50

Туман и брызги H2SO4 (30 мг/м3), кг/ч                                                                        4,05

Серный шлам, кг/т моногидрата                                                                                  0,10

Отработанный катализатор, кг/т моногидрата                                                             0,07

Продувочные воды от КУ, м3/ч                                                                                   ~3,5

Промышленные кислые стоки                                                                         Отсутствуют
Разработанная в АО «НИУИФ» технологическая схема производства серной кислоты позволяет получать высококачественную серную кислоту, полностью соответствующую требованиям ГОСТ 2184–77.

Кроме технических сортов кислоты, по данной технологии можно получать улучшенные сорта серной кислоты, в частности, кислоту марки К по ТУ 113-08-617–87.Кислоту марки К производят в БФ АО «Апатит» в количестве до 60000 т в год.

670 тыс. т H2SO4 /год, что составляет около 60% всего количества серной кислоты, производимой на предприятиях химической отрасли России.
Запроектирована, построена и запущена в эксплуатацию в 2013 г. сернокислотная система ДК-ДА на сере мощностью 600 тыс.

т моногидрата в год с электрогенерацией для ТОО «Казфосфат», Республика Казахстан.

Перспективные направления совершенствования сернокислотных системМожно выделить три основных направления совершенствования сернокислотных систем:

• повышение энергоэффективности;
• улучшение экологических показателей (снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду);
• повышение безопасности ведения технологического процесса.

Повышение энергоэффективности сернокислотных производств

Современные сернокислотные системы на сере, кроме технологического назначения – производства серной кислоты, выполняют не менее важную функцию – энергетическую. Они снабжают предприятие энергетическим паром, который используется для различных производственных нужд и выработки электроэнергии. В последнее время сернокислотные системы разработки АО «НИУИФ», как правило, оснащаются блоком электрогенерации, в котором энергия пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе сернокислотной системы, преобразуется в электроэнергию.Наиболее эффективным является применение паровой турбины конденсационного типа. В сернокислотной системе мощностью 650 тыс. т моногидрата в год устанавливается паровая турбина мощностью 25 МВт, которая может вырабатывать до 175 млн. кВт.ч электроэнергии в год. Принципиальная схема конденсационной турбины представлена на рис. 2Рис. 2. Принципиальная схема конденсационной турбины П-25-3,4/0,6 и деаэратораПовышение энергоэффективности сернокислотных производств связано, в первую очередь, с разработкой современных способов увеличения доли полезной утилизации тепла, выделяющегося на всех стадиях производства серной кислоты, в том числе с реализацией современной технологии утилизации низкопотенциального тепла абсорбции с получением подогретой воды или водяного пара.В мировой практике применяется два варианта утилизации тепла абсорбции, которые в настоящее время используются в сернокислотных производствах:

• подогрев теплофикационной воды, используемой для отопления зданий производственных комплексов, а также зданий жилых массивов;
• получение насыщенного пара давлением 1 МПа для различных промышленных целей, в том числе и для получения электроэнергии.

В первом варианте для этой цели в цикле моногидратного абсорбера устанавливаются холодильник, кислотопроводы из специальной стали и специальные кислотные насосы, которые выдерживают высокие температуры, затем повышается температура серной кислоты в циркуляционном сборнике до 120…125 °С.
Теплосъем осуществляется в холодильнике из специальной стали обессоленной водой, которая нагревается до 95°С и далее направляется в теплофикационный контур для подогрева теплофикационной воды. Обессоленная вода в данном случае является промежуточным теплоносителем, обеспечивающем дополнительную безопасность работы теплофикационного контура в случаях разгерметизации специального кислотного холодильника. На рис. 3 представлена принципиальная технологическая схема подогрева теплофикационной воды за счет использования тепла абсорбции.
Недостатком варианта с подогревом теплофикационной воды является сезонность ее использования.В теплое время года теплофикационный контур переключается на охлаждение серной кислоты в существующем традиционном водооборотном контуре.
Разработанная утилизация тепла абсорбции с подогревом теплофикационной воды была введена в эксплуатацию в 1999 г. в АО «Лифоса». Подогретая теплофикационная вода использовалась для отопления зданий жилого массива. В настоящее время схема утилизации низкопотенциального тепла абсорбции на предприятии уже изменена с получением насыщенного пара давлением 1 МПа. В этом варианте схема сушильно-абсорбционного отделения усложняется введением дополнительного «горячего» контура в моногидратный абсорбер, в котором температура серной кислоты повышается
до 220…230 °С.Рис. 3. Схема утилизации тепла абсорбции с подогревом теплофикационной водыРис. 4. Принципиальная технологическая схема с использованием двухступенчатого абсорбера HRSНа рис. 4 представлена принципиальная технологическая схема включения блока утилизации тепла абсорбции в существующее сернокислотное производство.
В «горячем» цикле двухступенчатого моногидратного абсорбера данного блока также используются холодильник, кислотопроводы и кислотные насосы из дорогостоящих коррозионно-стойких сплавов. Этот процесс основывается на установленном факте достаточно низкой коррозионной активности серной кислоты при температуре 200…230°С в очень узком диапазоне ее концентрации (99,1–99,6%).Увеличение концентрации серной кислоты за пределы этого диапазона приводит к значительному увеличению скорости коррозии материалов и быстрому выходу из строя оборудования с созданием аварийной ситуации. Для точного регулирования концентрации серной кислоты установка оборудуется дорогостоящей системой автоматизации и предотвращения аварийных ситуаций, требуется также высокая квалификация обслуживающего персонала.Улучшение экологических показателей сернокислотных производств
Современная сернокислотная система представляет собой эффективную технологическую единицу, позволяющую получать продукцию высокого качества с минимальным воздействием на окружающую среду. В процессе производства серной кислоты в атмосферу выделяется ряд загрязняющих веществ, основным из которых является диоксид серы (SO2).
По европейским нормам, отраженным в сборнике наилучших доступных технологий (НДТ) [3], выбросы SO2 с выхлопными газами от действующих сернокислотных систем не должны превышать 1,5 кг/т Н2SO4, от новых – не более 1,0 кг/т Н2SO4. В России пока действует менее жесткая норма – не более 2,0 кг/т Н2SO4. Тем не менее, уже сейчас нужно готовиться к ее ужесточению, что неизбежно в ближайшем будущем, и иметь соответствующие разработки, позволяющие ее обеспечить на современных сернокислотных системах.
Основным фактором, определяющим объемы выбросов  SO2 от сернокислотных систем, является степень конверсии  SO2 в  SO3 на катализаторе в контактном аппарате, которая в свою очередь зависит от следующих факторов:

• концентрации  SO2 в технологическом газе на выходе из печи;
• схемы реализации процесса окисления  SO2 (ОК или ДК);
• количества слоев катализатора, а также качественных характеристик используемого катализатора.

Одним из наиболее перспективных путей является подбор каталитической системы, способной стабильно работать при пониженных температурах на входе во вторую ступень конверсии. На рис. 5 представлена зависимость концентрации SO2 в выхлопных газах от температуры на входе во вторую ступень конверсии для газов с начальными концентрациями 11,5 и 11,75% об.Рис. 5 Зависимость концентрации SO2 в выхлопных газахот температуры газа на входе на вторую ступень конверсии КА:синяя кривая– при начальной концентрация 11,2%;красная кривая– при начальной концентрации 11,75%Степень конверсии на первой ступени для этих газов составляет соответственно 0,94 и 0,935. Как видно из представленных данных, концентрация SO2 в выхлопных газах около 0,01% об. достигается при температуре газа на входе во вторую ступень конверсии 390°С для 11,5% газа и 370°С для 11,75% газа.
Другим возможным вариантом снижения выбросов SO2 является химическая очистка отходящих газов с получением сульфата аммония или других продуктов. Существует большое количество химических и физических методов очистки отходящих газов от SO2, анализ которых требует отдельного рассмотрения. В промышленности хорошо отработан способ очистки отходящих газов
от SO2 с использованием сульфит-бисульфитного метода, что позволяет снизить концентрацию SO2 в выхлопных газах до уровня 100 ppm и ниже.Таким образом, при должном объеме исследований и технической проработки, эффективность сернокислотного производства в части снижения отрицательного воздействия на окружающую среду может быть существенно повышена. При этом метод снижения выбросов для каждой системы должен определяться индивидуально в зависимости от конкретных особенностей производства.Повышение безопасности ведения технологического процессаПовышение безопасности эксплуатации сернокислотных систем достигается, в частности, повышением уровня автоматизации управления технологическим процессом с введением в программный комплекс АСУТП соответствующих программ предупреждения и автоматической блокировки работы оборудования при возникновении аварийных ситуаций, грозящих разрушительными последствиями.Одной из наиболее опасных аварийных ситуаций является возникающая «течь» испарительных элементов котла-утилизатора, которая приводит к попаданию большого количества влаги в технологический газовый поток, вызывая тем самым нарушения в работе контактного аппарата, газовых теплообменников и абсорбционных башен.В сушильно-абсорбционных отделениях происходит разбавление и разогрев серной кислоты в кислотных циклах, увеличиваются выбросы SO2, SO3 и тумана серной кислоты в атмосферу с выхлопными газами.В котлах-утилизаторах, работающих в условиях высоких температур и давлений пара, течь, появляющаяся в одной трубке испарительных элементов котла-утилизатора, быстро прогрессирует за счет повреждения соседних трубок испарительных элементов от пароводяной струи, вырывающейся с большой скоростью из отверстия поврежденной трубки и режущей соседние трубки. Промедление с остановкой работы сернокислотной системы в этой ситуации вызывает большие механические повреждения испарительных элементов и корпусов котлов-утилизаторов, повышенную коррозию газовых теплообменников, холодильников серной кислоты, а также значительные выбросы вредных газов в атмосферу.Для решения данной проблемы в АО «НИУИФ» разработана и запатентована схема устройства оперативного определения течи котла-утилизатора и своевременной остановки работы сернокислотной системы [4]. В этом случае существенно минимизируются негативные последствия течи. По предварительным оценкам, своевременная остановка сернокислотной системы при возникновении течи котла-утилизатора позволит снизить продолжительность непроизводственных простоев в технологическом цикле на 10–15%, что пропорционально повысит производительность системы, а также на 5–10% уменьшит выбросы вредных газов в атмосферу.1. Патент РФ №2201393. Установка для окисления диоксида серы.
2. Igin V.V., Filatov Y.V. Production of sulfuric acid in Russia
and the main directions of its development//Sulphur 2011 International Conference. Preprints. Houston, 2011. P. 219–230.3. Best Available Technology, 2007.4. Патент№2513935. Устройство защиты от аварийной течи котла-утилизатора.

Источник: /chemtech.ru/perspektivnye-napravlenija-razvitija-tehnologii-poluchenija-sernoj-kisloty-iz-sery-metodom-dk-da/

Технология производства серной кислоты MECS® в металлургии | DuPont Россия

MECS® обеспечивает оптимальные технологические решения и оборудование для сернокислотных установок, работающих на отходящих газах металлургического производства. Наша технология для отработанных газов металлургического производства обеспечивает получение высококачественной серной кислоты, при должной производительности, надежности, рекуперации энергии и сокращении выбросов.

Наши инженеры и эксперты опираются на  двухсотлетний совместный опыт, приобретенный MECS® и DuPont при реализации более чем 1000 проектов по всему миру, а также на опыт эксплуатации 10-ти собственных установок регенрации отработанной  серной кислоты на предприятиях DuPont.  Технологические и конструктивные расчеты MECS® включают собственные ноу-хау, многие из которых произвели революцию в сернокислотной промышленности.

Описание технологии MECS® в металлургической промышленности
Отработанный газ фактически любого непрерывного или полунепрерывного металлургического процесса, который содержит SO2, пропускается через первичный скруббер MECS® DynaWave® , где он очищается и охлаждается до его температуры адиабатического насыщения путем рециркуляции слабой кислоты.

Затем газ охлаждается в высокоэффективной колонне MECS® ZeCor® до точки, когда уровень влажности снижается до показателя, необходимого для продукционной кислоты. В зависимости от уровня примесей в сырьевом газе, может использоваться финальный скруббер DynaWave®.

Заключительный этап очистки газа происходит в мокром электрофильтре MECS® (WESP), который удаляет как жидкие, так и твердые частицы для предотвращения коррозии и загрязнения сернокислотной установки. Затем газ пропускается через высокоэффективную сушильную колонну ZeCor®, где удаляются остатки водяных паров.

Туманоуловитель MECS® Brink® обеспечивает эффективное удаление кислотного тумана для защиты основной газодувки. Сухой чистый газ затем подается  в систему контактного аппарата.

В контактной секции установки газ проходит через три полки с MECS® GEAR™ и цезиевым катализатором, а также через соответствующее охлаждающее оборудование, после чего абсорбируется в 98% серной кислоте (H2SO4) в колонне промежуточной абсорбции.

Обедненный газ SO2 проходит через  Туманоуловитель Brink® для удаления мелких частиц тумана с целью защиты последующего оборудования.

Чистый газ затем подогревается и поступает на четвертую полку контактного аппарата загруженную цезиевым катализатором MECS® Super Cesium Catalyst SCX-2000 для обеспечения максимального уровня конверсии.

Приверженность инновациям и качеству

Наша цель и стремление к технологическому развитию являются главной движущей силой нашего бизнеса. Разработки MECS® и предложения технических услуг выполняются командой инженеров химиков-технологов  и механиков. MECS® обладает самыми современными научно-исследовательскими объектами и персоналом.

Мы сосредоточены на непрерывном достижении новых уровней эффективности и устранении проблем  в критических процессах предприятий. Наши инженеры-эксперты могут реконструировать  Вашу сернокислотную установку для обеспечения конкретных требований и экологических норм.

Наши инновационные решения обеспечивают неизменно высокое качество, снижение  выбросов, рекуперацию энергии и энергоэффективность, а также , уменьшают расходы на техобслуживание и стоимость жизненного цикла.

Источник: /dupont.ru/products-and-services/clean-technologies/products/mecs-sulfuric-acid-environmental-technologies/sub-products/metallurgical-sulfuric-acid.html

Производство серной кислоты (стр. 1 из 2)

.

Серную кислоту производят в больших количествах на сернокислотных заводах.

I. Сырьё, используемое для производства серной кислоты:

II. Подготовка сырья.

Разберём производство серной кислоты из пирита FeS2 .

1) Измельчение пирита.

Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

2) Очистка пирита.

После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.

III. Химизм производства.

Производство серной кислоты из пирита состоит из трёх стадий.

 

ПЕРВАЯ СТАДИЯ — обжиг пирита в печи для обжига в «кипящем слое».

Уравнение реакции первой стадии

t = 800°C

4FeS2 + 11O2 2Fe2 O3 + 8SO2 + Q

Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита.

За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.

Образовавшийся оксид железа Fe2 O3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).

Таким образом выполняется принцип химического производства — безотходность производства.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2 , O2 , пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.

Осушку печного газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2 .

ВТОРАЯ СТАДИЯ — окисление SO2 в SO3 кислородом.

Протекает в контактном аппарате.

Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O22SO3 + Q

Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3 ).

 

а) температура:

Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает.

Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO3 является температура 400-500°С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор.

Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия V2 O5 .

б) давление:

Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2 и 1V O2 ), а справа — 2V SO3 . Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении.

Прежде чем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом.

Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате.

Температура 400-500°С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3 . Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3 .

Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

ТРЕТЬЯ СТАДИЯ — поглощение SO3 серной кислотой.

Протекает в поглотительной башне.

А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO3 + H2 O H2 SO4 .

Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар).

Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды — это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2 SO4 ·nSO3 .

Уравнение реакции этого процесса nSO3 + H2 SO4 H2 SO4 ·nSO3

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Охрана окружающей среды,

Основным сырьем для производства серной кислоты, является сера. Она относится к числу наиболее распространенных числу химических элементов на нашей планете.

Производство серной кислоты происходит в три стадии на первой стадии получают SO2 , путем обжига FeS2 , затем SO3 , после чего на третьей стадии получают серную кислоту.

Источник: /MirZnanii.com/a/324535/proizvodstvo-sernoy-kisloty

Серная кислота: возвращение

Ветераны Щекинского химкомбината помнят времена, когда сырье для одного из основных продуктов – капролактама – выпускали на промплощадке самого предприятия. Цех олеума стал впоследствии одним из тех, что пришлось закрыть ради сохранения заповедной природы Ясной Поляны. Сегодня производство серной кислоты возрождается уже в новом варианте.

Производство серной кислоты

Ветераны Щекинского химкомбината помнят времена, когда сырье для одного из основных продуктов – капролактама – выпускали на промплощадке самого предприятия. Цех олеума стал впоследствии одним из тех, что пришлось закрыть ради сохранения заповедной природы Ясной Поляны.

Сегодня производство серной кислоты возрождается уже в новом варианте. В числе нескольких инвестиционных проектов, реализуемых в ОАО «Щекиноазот», – установка по производству серной кислоты мощностью 200 000 тонн в год (СК-200).

Решение о строительстве установки с инвестициями в проект 2,091 млрд рублей принято руководством ОАО «Щекиноазот» в 2015 году.

Резервуары, колонны, печи, котел, часть насосного оборудования поставляла китайская компания-лицензиар.

Здесь будет производиться 100 тысяч тонн в год серной кислоты марки «К», улучшенной, особо чистой кислоты, технической, аккумуляторной (в зависимости от потребительского спроса), 20-процентной – для цеха гидроксиламинсульфата и 100 тысяч тонн в год олеума – для нужд производства капролактама, а также – на рынок.

Кроме того, в проект заложена возможность 10-процентного увеличения мощности производства каждого вида продукта, в том числе с учетом развивающихся производств предприятия. Так, планируемое на производстве капролактама увеличение выпуска сульфата аммония будет обеспечено соответствующим дополнительным объемом серной кислоты в качестве сырья.

По мере развития промышленности работа химиков была направлена только на оптимизацию процесса: поиск более экономичного и экологичного сырья; подбор материалов для изготовления оборудования с целью повышения безопасности ведения процесса и обслуживания установки; улавливание отходящих газов для увеличения выхода продукта и снижения выбросов в атмосферу.

Китайские специалисты занимались и монтажом. На фото – работы в июле 2017 года

Новое производство использует наиболее чистое сырье, что способствует оптимизации технологического процесса, снижению эксплуатационных расходов, отсутствию твердых отходов; катализатор, поставляемый ведущим мировым лидером компанией HALDOR TOPSOE «Хальдор Топсе» с высокими технико-экономическими и экологическими показателями; энергоэффективную схему использования тепла окисления серы и конверсии диоксида серы с увеличением выработки энергетического пара; схему утилизации энергетического пара с выработкой электроэнергии на паровой турбине.

Приоритетом в выборе технологии серной кислоты стала экологическая безопасность производства. В выбранном технологическом процессе проектируется самая современная, высокоэффективная установка доочистки отходящих газов, что позволяет минимизировать воздействие выбросов с установки в окружающую среду.

Проектирование, изготовление оборудования и подготовка площадки под строительство велись в параллельном режиме. Генеральный проектировщик, ООО «Промстрой Инжиниринг» (г. Москва), «подгонял» китайский проект под российские требования, предъявляемые к техдокументации.

Колоссальные изменения произошли на площадке всего за год. На фото – июль 2017 года

Нулевой цикл строительства обеспечило ОАО «Щекиноазот». Ряд проектов для подвода коммуникаций выполнило проектно-конструкторское бюро ОАО «Щекиноазот».

К середине 2017-го проект вступил в стадию активного монтажа оборудования и производственных зданий и сооружений.

Воздуходувная машина немецкой компании Konrad Reitz, циркуляционные насосы в сушильно-абсорбционном отделении – американской компании «Льюис».

Автоматизированные системы управления – японской фирмы «Йокогава», уже испытанные на производствах предприятия.

К концу года было смонтировано основное емкостное и теплообменное оборудование.

Выполнен монтаж на позиции абсорбционных колонн, сушильной колонны, монтаж емкостей склада жидкой серы и склада готовой продукции (олеума и серной кислоты).

Подведены инженерные коммуникации, проложены трубопроводы, смонтированы металлоконструкции зданий воздуходувки, насосной водооборотных циклов, отделения приготовления растворов серной кислоты и особо чистых кислот.

В начале сентября 2018-го специалисты готовились к переводу оборудования на рабочие среды

После вынужденного перерыва на зимний период со II квартала 2018 года китайские специалисты приступили к выполнению футеровочных, изоляционных, покрасочных работ. В сотрудничестве с российскими подрядными организациями в короткие сроки были завершены здания, проложены электрические и КИПовские кабельные трассы.

В мае практически весь завод наблюдал за монтажом вытяжной трубы высотой 95 м. Это одно из немногих высотных сооружений на этой площадке. Была привлечена специализированная техника, которая сама по себе вызывала немалый интерес наблюдателей. Китайские монтажники-высотники быстро нашли общий язык с операторами крана и с поразительной точностью и оперативностью справились с задачей.

Важный этап – пусконаладка основной воздуходувной машины при участии шеф-монтажников компании Konrad Reitz.

Очень ответственным моментом была и обкатка турбогенераторного агрегата китайскими специалистами.

27 августа подошли первые железнодорожные цистерны с серой (основное сырье для производства серной кислоты), произвели ее слив в хранилища жидкой серы.

Производство серной кислоты

В начале сентября началась подготовка оборудования к переводу на рабочие среды.

За долгое время обучения определились лидеры. Из руководителей и работников цеха сложился и спортивный коллектив – хорошая футбольная команда, что еще сильнее сплотило их, создает комфортный психологический климат в цехе.

Это важно, так как первое время работа потребует полной отдачи сил.

В связи со строительством на территории предприятия производства серной кислоты грядут новшества и в технологической схеме производства капролактама. Так, например, более не потребуется скачивать кислоту из железнодорожных цистерн. А узел разбавления до концентрации, необходимой гидроксиламинсульфату, будет находиться на самой установке серной кислоты.

Все это упрощает схему работы отделения ГАС. И, конечно, заметный плюс – это прямая подача олеума в отделение капролактама. И там тоже произошли изменения: сооружены новые коммуникации, проведены трубопроводы, линии КИПиА.

А впереди у нас – новые эффективные решения и новые проекты.

Вячеслав Курганов

Вячеслав Курганов, директор технический ОАО «Щекиноазот», руководитель проекта:

– Серная кислота – второй после компактирования сульфата аммония опыт работы с китайской компанией.

Jiangsu Qingfeng является и лицензиаром, и разработчиком базового проекта, и поставщиком большей части оборудования. На площадке трудились и монтажники из Китая.

Потреблять продукцию установки в основном будет наша площадка, а особо чистые кислоты качества премиум-класса предстоит реализовывать на рынке.

Одновременно с возведением нового цеха серной кислоты шла подготовка кадров для обслуживания установки. Машинисты котлотурбинного оборудования проходили обучение на Первомайской ТЭЦ. Проведен набор аппаратчиков для СК-200 по специализациям: конверсии, абсорбции, подготовки сырья и отпуска готовой продукции. Пришли на работу опытные мастера смен, среди сотрудников – много и молодежи.

…Современные технологии производства серной кислоты далеко ушли вперед от той, что когда-то применялась на промышленной площадке химкомбината, не только по эффективности и автоматизированному управлению процессами, но и в плане экологии, что особенно радует.

Так, проектом, помимо применения катализаторов высокого класса, предусмотрена газоочистная двухступенчатая установка с электрофильтром, которая будет обеспечивать уменьшение воздействия на окружающую среду в десятки раз по сравнению со старым, закрытым здесь в 80-е годы производством.

Мы работаем по самым передовым, экологически чистым технологиям.

О ПРОЕКТЕ

Продукт: серная кислота марки «К», улучшенная, особо чистая кислота, техническая, аккумуляторная, 20-процентная кислота и олеум.

Мощность производства: 100 тысяч тонн в год серной кислоты – марки «К», улучшенной, особо чистой кислоты, технической, аккумуляторной (в зависимости от потребительского спроса), 20-процентная (для внутреннего потребления), 100 тысяч тонн в год олеума (для внутреннего потребления и сбыта на рынок).

Цель проекта: строительство установки по производству серной кислоты с учетом существующей инфраструктуры. Увеличение объемов производства серной кислоты. В проект заложена возможность 10-процентного увеличения мощности производства каждого вида продукта, в том числе – с учетом развивающихся производств.

Стадии работы над проектом: начало реализации проекта – ноябрь 2015 г. (подписание контракта на базовое проектирование и поставку оборудования). Лицензиар и поставщик технологического оборудования – компания Jiangsu Qingfeng International Environmental Protection Engineering Co., Ltd (Китай). Генеральный проектировщик – ООО «Промстройинжиниринг», Москва. Пуск производства – 2018 г.

Основные результаты реализации проекта: на новой установке будет применена улучшенная технология производства серной кислоты, более эффективная не только по автоматизированному управлению процессами, но и в плане экологии (помимо применения катализаторов высокого класса, предусмотрена газоочистная двухступенчатая установка с электрофильтром), значительное уменьшение воздействия на окружающую среду.

Источник: /snip1.ru/sernaya-kislota-vozvrashhenie/

Усовершенствование производства контактной серной кислоты и особенности некоторых зарубежных систем

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Одним из факторов, определяющих экономические показатели сернокислотного производства, является тех­нология получения серной кислоты. В связи с этим усо­вершенствованию технологии производства серной кис­лоты и аппаратурному оформлению процесса уделяется наибольшее внимание.

Классическая (из колчедана) схема производства контактной серной кислоты (см. рис. 34) дает возмож­ность достичь высокой степени очистки обжигового газа, что позволяет длительное время эксплуатировать систе­му без замены контактной массы. В абсорбционном от­делении получают олеум, а при необходимости — кисло­ту высокого качества.

Однако для систем с большой мощ­ностью, построенных по классической схеме, необходи­мо «на хвосте» предусматривать специальную установ­ку для очистки газов от S02. Тогда система становится слишком громоздкой и требует больших капитальных затрат.

Ниже приведены некоторые новые схемы, подготав­ливающиеся к внедрению или внедряемые в промышлен­ность, а также описаны особенности некоторых зарубеж­ных контактных систем.

В нашей промышленности эксплуатируются системы на колчедане производительностью 360 тыс. т/год, на се­ре — 500 тыс. т/год. Проектируются системы на колче­дане на 720 тыс. т/год, на сере — до 1 млн. т/год.

Основные направления развития производства серной кислоты: увеличение единичной мощности технологиче­ских линий, разработка новых прогрессивных технологи­ческих процессов и аппаратов; особое внимание уделяет­ся очистке отходящих газов.

В настоящее время разработаны печи кипящего слоя производительностью 450—600 т/сут, а также — сжига­ние серы в циклонных печах производительностью до 500 т/сут.

Разработаны плиты, распределяющие орошение на насадку башен без образования брызг; разрабатыва­ются и внедряются материалы и аппараты для сепарации брызг и тумана серной кислоты.

Разрабатываются новые высокоактивные термостойкие и механически прочные катализаторы для окисления S02 в S03.

На новых крупных системах на колчедане внедрен испарительный режим промывки газа.

Увеличение производительности контактных систем потребует нового оформления процесса, в связи с тем что при возрастании объемов газа, подлежащего переработ­ке, значительно увеличиваются размеры аппаратов и си­стемы становятся громоздкими. В этих условиях особое значение приобретают процессы производства серной ки­слоты с применением кислорода и под давлением.

Процесс разделения воздуха и получения кислорода связан с большим расходом электроэнергии. Кислород­ная установка тем экономичнее, чем она крупнее. Поэто­му экономический эффект от применения кислорода до­стигается в мощных сернокислотных цехах при наличии дешевой электроэнергии.

Существуют различные варианты применения кисло­рода с частичной или полной заменой им воздуха и вво­да 02 в различные участки системы (в печное или кон­тактное отделение).

Некоторые из этих вариантов могут быть внедрены без дополнительных исследований.

Для освоения других вариантов требуется предварительная разработка процессов обжига сырья в печах КС в кисло­роде и окисления S02 в S03 при полной замене возду­ха кислородом.

Применение давления. Значительно интенсифицирует процесс применение давления.

Производительность ос­новных аппаратов возрастает пропорционально давле­нию, но при этом неизбежно увеличение расхода электро­энергии и затрат на изготовление оборудования.

Чем вы­ше давление, тем больше затраты на оборудование. До 3-Ю5—5-Ю5 ГІа дополнительные затраты на оборудо­вание невелики, поскольку настоящие нормы обеспечива­ют необходимый запас прочности.

Увеличение давления значительно увеличивает ско­рость процесса окисления S02 в S03. При этом окисле­ние протекает при более низких температурах.

7 Рис. 78. Схема производства серной кислоты под дав­лением 28,4-106 Па: 1. S — турбины, 2, 4 — компрессоры, 3 — сушильная башня, Є — серная печь, 7 — газовый фильтр, 8 — контактный аппарат, 9 — теплообменники, 10 — абсорбер

Производительность аппаратов значительно повышает­ся с одновременным применением давления, концентри­рованного S02 и кислорода.

Большой практический интерес представляет произ­водство серной кислоты контактным методом, освоенное в Канаде и проводимое при более высоком давлении, чем это осуществляется в процессе, разработанном фран­цузской фирмой Кюльман. Схема установки показана на рис. 78.

После сушильной башни воздух сжимается компрес­сором 4 до 28,4 • 105 Па и направляется в серную печь 6, в которой распыляется жидкая сера.

Из печи газ, содержащий 10% S02, проходит фильтр 7 и поступает в контактный аппарат 8, где идет процесс окисления сернистого ангидрида на ванадиевом катали­заторе.

По выходе из контактного аппарата газ охлаждается в теплообменнике 9 и направляется в абсорбер 10, оро­шаемый моногидратом, к которому добавляется часть кислоты, вытекающей из сушильной башни.

Орошающая кислота абсорбирует не только S03, но и остатки S02, не проконтактировавшего в контактном аппарате; благо­даря этому уменьшаются потери S02 с отходящими газа­ми и повышается общая степень превращения.

Вращение компрессора 2 осуществляется турбиной 1, в которую поступают выходящие из абсорбера 10 газы, нагретые в теплообменниках контактного аппарата и в теплообменниках, расположенных в серной печи 6. Ком­прессор 4 приводится во вращение паровой турбиной 5, пар получается в теплообменнике (паровом котле) 9, пе­регревается в серной печи 6 и поступает в турбину 1.

Важной особенностью описанной схемы является осу­ществление процесса окисления S02 на катализаторе при повышенном давлении (28,4- 105 Па), что позволяет обеспечить высокую степень поглощения S02 серной кис­лотой в абсорбере с последующей отдувкой его из кис­лоты в сушильной башне при более низком давлении (7,9 • 105 Па) и возвращением в процесс; благодаря это­му степень превращения повышается с 0,997 после кон­тактного аппарата до 0,9998 после абсорбции.

Вторая особенность состоит в том, что тепло реакции используется для вращения вспомогательных аппаратов производства, а также для получения энергетического па­ра, выдаваемого на сторону в качестве продукта.

С увеличением степени контактирования выше 98% требуется больший объем контактной массы, вследствие чего процесс становится неэкономичным. Однако требу­емая высокая степень очистки отходящих газов при та­кой степени контактирования все равно не достигается.

С применением двойного контактирования дополни­тельной очистки газа от S02 не требуется. Газ, покидаю­щий вторую стадию абсорбции, проходит только фильтр для сепарации брызг и тумана. Концентрация газа на входе в контактный аппарат составляет 9—10%, что обеспечивает автотермичность процесса.

Поверхность теплообменников при двойном контак­тировании возрастает, однако система окупается отсут­ствием очистной установки и повышением коэффициен­та использования сырья.

На рис. 79 приведена схема двойного контактирова­ния одного из действующих отечественных контактных заводов, использующих в качестве сырья колчедан.

В этой схеме применяется испарительный режим промыв­ки газа, воздушные холодильники, погружные насосы.

Сушильная и абсорбционная башни оборудованы рас­пределительными плитами, обеспечивающими минималь­ный брызгоунос. После башен установлены волокнистые брызго-туманоуловители.

Системы с двойным контактированием отличаются друг от друга только распределением слоев контактной массы между стадиями и схемами теплообмена.

Роль первой промывной башни выполняет труба Вентури 1, вторая стадия абсор­бции проводится в двухступенчатом аппарате Вентури 6. Отдувка SO2 осуществляется как из промывной, так и из сушильной кислот в башнях 5 к 11.

Очистка газа от тумана производится в высокоскоростных компактных электрофильтрах 3. Каждая из стадий контактирования имеет два последовательных слоя контактной массы. Охлаждение кислот, орошающих абсорбер, происходит в кожухотрубных холодильниках 15, промывной—в оро­сительных холодильниках 13.

Брызги улавливаются в брызгоуловителях, встроенных в башни, а после первой стадии абсорбции — в слое насадки «Инталокс» высотой 2 м.

Автотермичность процесса обеспечивает проведение процесса абсорбции в первой ступени при повышенной температуре. Основные операции автоматизированы.

Для некоторых систем характерно полное или частич­ное использование энергии пара для приведения в дей­ствие воздуходувок, газодувок, насосов и т. д., что сни­жает расход электроэнергии в системе.

К к

Используются в основном холодильники различных типов под напором и погружные насосы. Коэффициент использования серы в сырье повышается вследствие двойного контак­тирования и выдувания S02 как из сушильной, так л промывной кислот (см. рис.-80). Воздух из отдувочной башни используется для регу­лирования температурного режима в контакт­ном аппарате.

При использовании озоно-каталитичес — каго метода очистки отходящие газы поступа­ют в санитарную башню, после которой содер­жание S02 в газах снижается до 0,03—0,05%, что соответствует общей степени превращения 99,5%.

Одновременно в санитарной башне из газа извлекают другие вредные для катализа­тора примеси.

Указанная высокая степень превращения S02 достигается также при двойном контакти­ровании, однако в этом случае технологиче­ская схема производства значительно услож­няется из-за необходимости в дополнительных теплообменниках, втором абсорбере и соответ­ствующей вспомогательной аппаратуре. Теперь на некоторых системах ДК/ДА степень пре­вращения S02 в S03 достигает 99,8%, поэтому крупные сернокислотные системы проектиру­ются с двойным контактированием.

Ведется разработка систем производства серной кислоты под давлением 9,8 • 105 Па (10 кгс/см2) и 14,61-105 Па (15 кгс/см2). Пер­вую систему под давлением предполагается пустить в начале будущей пятилетки. Разраба­тывается практически безотходная цикличес­кая схема производства серной кислоты под давлением на концентрированном сернистом газе и кислороде.

В 1970-е годы в СССР начали внедрять автоматизи­рованные системы управлення (АСУ).

Как уже говорилось, при типовом процессе абсорбци­онное отделение обеспечивает выпуск высококачествен­ной кислоты в виде олеума и концентрированной серной кислоты различных сортов.

В то же время представляет большой практический интерес замена абсорбции сер ного ангидрида конденсацией серной кислоты, посколь­ку конденсация протекает с большей скоростью, чем аб­сорбция, и одновременно экономичнее решаются вопросы отвода и использования тепла.

Разработанный в последние годы процесс окисления S02 в кипящем слое катализатора позволяет поддержи­вать температуру газа на входе в первый слой контакт­ной массы значительно ниже температуры ее зажигания. При этом в газе, поступающем на контактирование, до­пускается присутствие небольшого количества пыли и некоторых других примесей.

Особенности некоторых зарубежных систем. Техноло­гия процесса получения контактной серной кислоты за рубежом существенно не отличается от технологии, раз­работанной в нашей стране.

Однако отечественные и за­рубежные схемы значительно различаются аппаратур­ным оформлением. На рис.

80 и 81 приведены схемы про­изводства контактной серной кислоты из отходящих га­зов металлургических производств и колчедана, иллюст­рирующие способы оформления отдельных узлов контак­тных систем на зарубежных предприятиях.

В качестве промывных аппаратов применяются труба Вентури и аппараты Свемко. Вместо второй промывной и увлажнительной башен нередко ставят газовые холо­дильники.

На рис. 80 показана схема производства серной кис­лоты из колчедана с аппаратами типа трубы Вентури.

На рис. 81 изображена схема с промывным аппара­том Свемко. Промывка газа протекает при испаритель­ном режиме. Охлаждение кислоты производится только по второй стадии промывки, для этого используются холодильники «Сигри». Промывная кислота перед подачей на орошение нижней части аппарата Свемко фильтрует­ся. Очищается газ от брызг и тумана в горизонтальных сетчатых фильтрах.

Коэффициент использования серы в сырье повышает­ся благодаря выдуванию образующегося S02 как из су­шильной, так и из промывной кислот. Воздух из отду — вочной башнн используют для регулирования темпера­турного режима в контактном аппарате.

Для снижения содержания S02 в отходящих газах широко применяется двойное контактирование. За рубе­жом введены в эксплуатацию контактные системы с двой­ным контактированием на колчедане производительнос­тью более 1500 т/сут и на сере — более 2000 т/сут.

Известна контактная система на колчедане произво­дительностью 1100 т/сут, в которой колчедан сжигают в печи КС, куда его подают в виде пульпы. В пульпу до­бавляют также кислоту из промывного отделения.

Общая степень превращения в такой системе 99,5%- На других системах с двойным контактированием теперь достигает­ся степень превращения 99,7—99,8до­очистка газов предусматривается чаще всего в би — сульфитных установках.

В некоторых системах для приведения в действие воздуходувок, газодувок, насосов и пр. полностью или частично используется энергия пара, что снижает расход электроэнергии.

Для охлаждения и перекачки кислоты употребляются в основном холодильники под напором и погружные на­сосы. Применяемые материалы дают возможность ис­пользовать для орошения абсорбционных башен кисло­ту с высокой температурой. Некоторые насосы и холо­дильники устойчиво работают при температуре кислоты выше 120е С.

В качестве насадки употребляются различные наса — дочные тела, в том числе «Инталокс» и кольца с перего­родками.

Орошение башен интенсивное, плотность орошения достигает 35—37 м 3/ (м 2 • ч).

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 …

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 …

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 …

Источник: /msd.com.ua/proizvodstvo-sernoj-kisloty/usovershenstvovanie-proizvodstva-kontaktnoj-sernoj-kisloty-i-osobennosti-nekotoryx-zarubezhnyx-sistem/