Технология производства серной кислоты

1.3. Характеристика технологии производства серной кислоты контактным способом.

Контактным способом получают около 90% общего объема производства серной кислоты, так как именно этот метод обеспечивает высокую концентрацию и чистоту продукта.
Производство серной кислоты контактным способом включает четыре стадии:

1. 
   получение диоксида серы (SO₂),
   
2. 
   очистку SO₂ от примесей,
   
3. 
   получение триоксида серы (SO₃),
   
4. 
   абсобацию триоксида серы.
   

Первая стадия связана с получением диоксида серы и колчедана, который обжигается в печах, где происходит необратимая реакция:
4 FeS₂ + 11О₂ → 2Fe₂ О₃ +8SO₂ + Q
измельченный серный колчедан обжигают в печах механических полочных, пылевидного обжига и со взвешенным (кипящим) слоем колчедана.
Печные газы, получаемые при обжиге колчедана содержат много пыли, для улавливания которой применяют циклопы и электрофильтры (вторая стадия производства серной кислоты). В циклопах пыль оседает под воздействием центробежных сил. Электрофильтры представляют собой конденсаторы высокого напряжения (60 000 – 70 000 В). запыленный газ проходит между пластинками электрофильтра, где пылинки заряжаются и оседают на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая пыль падает в бункер, из которого затем удаляется.
В электрофильтрах газ очищается до остаточного содержания пыли примерно 0,2 г/м³. Контактный способ требует более тщательной очистки не только т пыли, но от газообразных примесей «отавляющих» катализатор, использующийся при окислении диоксида серы.
Для очистки газа предусматривается система промывных башен, электрофильтров и сушильных башен.
Третья стадия производства серной кислоты является основным. Сухой очищенный газ поступает на контактное окисление SO₂ до SO₃, которое происходит по обратимой экзотермической реакции, протекающей с уменьшением объема газа:
2SO₂ + O₂ ↔ 2SO3 + Q
Равновесие данной реакции сдвигается в сторону образования SO₃ при снижении температуры и увеличении давления газовой среды.
Скорость процесса окисления SO₂ при отсутствии катализатора даже при высоких температурах мала.
На заводах по производству серной кислоты в нашей стране в качестве катализатора используют главным образом ванадиевые контактные массы с содержанием V₂O₅ примерно 7%, а также включающие оксиды щелочных металлов и высокопористые алюмосиликаты в качестве носителя.
Для достижения максимальной скорости окисления SO₂ до SO₃ процесс следует начинать при температуре около 600^ос и заканчивать при 400^оС. Конструкция современных полочных контактных аппаратов обеспечивает эти условия.
Контактное отделение включает трубчатый теплообменник и контактный аппарат. Сухой и холодный очищенный газ подается в межтрубное пространство теплообменника для предварительного нагрева. Подогретый газ, проходя между трубками теплообменников, нагревается до 450^оС и поступает на верхний слой катализатора, где 70-75% SO₂ окисляется SO₃. за счет выделяющейся в реакции теплоты температура газа повышается до 590-600^оС. Затем газ направляется во внутренний теплообменник, где охлаждается до 450-490^оС. охлажденная смесь SO₂+SO₃ подается во второй слой катализатора, на котором продолжается дальнейшее окисление SO₂ в SO₃. Обычно газ проходит 3-5 решетчатых полок с контактной массой и расположенными между ними теплообменниками, в результате чего 97-98% SO₂ превращается в SO₃. Окисленный газ, имеющий при выходе из контактного аппарата температуру 400-430^оС поступает в теплообменник, где охлаждается до 200^оС, а затем в холодильник, где его температура снижается до 60-80^оС. Автотермичность процесса окисления SO₂ до SO₃ позволяет эффективно использовать теплоту, выделяющуюся в ходе реакции.
В четвертой стадии процесса производства серной кислоты охлажденный окисленный газ направляется в абсорбционное (поглотительное) отделение цеха. Абсорбцию триоксида водой осуществлять нецелесообразно, так как реакция
SO₃ + H₂O → H₂SO₄ + Q будет протекать в газовой фазе (за счет выделяющейся теплоты вода будет превращаться в пар) с образованием мельчайших капелек теплоты (тумана), который очень трудно улавливается. Поэтому SO₃ поглощается концентрированной серной кислотой в две стадии.
Для технологии производства серной кислоты контактным способом существует несколько однотипных технологий: нитрозный (башенный) способ, способ получения H₂SO₄ из сероводорода (H₂S), способ получения H₂SO₄ контактным способом с сухой очисткой.
На данный момент контактный способ является наиболее приемлемым с точки зрения технико-экономической характеристики. При этом способе обеспечивается высокая концентрация и чистота продукта при сравнительной простоте процесса. Возможно, в будущем будет преобладать некий другой способ получения кислоты, например, контактный с сухой очисткой (находится на стадии разработки и изучения всех положительных и, возможно, отрицательных, сторон внедрения в производство). Пока же этот способ получения контактным способом является удовлетворительным и наиболее широко используемым, недаром 90% полученной серной кислоты получено именно этим способом.

Рис. 1.3. Блок-схема технологического процесса производства серной кислоты.

1 – получение диоксида серы;
2 – очистка SO₂;
3 – окисление SO₂;
4 – абсорбция триоксида серы

- предмет труда и побочные продукты на всех стадиях переработки.

- стадии переработки продукции
- технологические (предметные связи)