Технологический процесс получения серной кислоты контактным способом

Введение

С учетом сложившейся экономической ситуации в России, наиболее реальной стратегией развития сернокислотного производства была выбрана поэтапная реконструкция действующих сернокислотных цехов, с учетом современных технологий в области энергосбережения и эффективного оборудования. В области модернизации и реконструкции существующих технологий сернокислотных производств, ведущими институтами в России являются ОАО «НИУИФ», ОАО «Гипрохим», выполнен большой объем работы на многих предприятиях России.

По вопросам путей технической модернизации отрасли минеральных удобрений, отмечается, что модернизация производства серной кислоты может быть основана на российской технологии двойное контактирование – двойная абсорбция (ДК-ДА) и одинарное контактирование (ОК). Перспективными являются агрегаты большой мощности 500-1000 т/сутки [1].

Использование данных агрегатов предполагает в качестве сырья – серу.

Рассмотрены наиболее значимые инвестиционные проекты, реализованные компаниями «ФосАгро», ОАО «Газпром», на предприятиях ОАО «Аммофос», ОАО «Балакановские минеральные удобрения» и прочие. К перечисленным выше проектам привлекались отечественные и зарубежные институты и фирмы ОАО «НИУИФ», «Укрхимпроект», «Гипрохим», ОАО «Электромеханика», «Monsanto», «Emico», «SNC-Lavalin», «Lodige», «Haldor Topsoe», «Honeywell» [2-7,12].

Практически все сернокислотные системы на предприятиях России имеют значительный капитальный износ, что связано с большими ежегодными затратами на капитальные и текущие ремонты. Кроме этого, существующие технологии морально устарели и не совсем отвечают изменившимся технико-экономическим и экологическим требованиям.

В настоящее время в России особо актуально использование в сернокислотных производствах энерго- и ресурсосберегающих технологий. На данном этапе промышленного развития наиболее реальной является стратегия поэтапной реконструкции и модернизации отдельных узлов и отделений действующих сернокислотных систем с одновременной интенсификацией и повышением эффективности производств, при относительно невысоких инвестициях.

В качестве основных направлений реконструкции сернокислотных производств предлагаются пути использования более эффективного сырья с упрощением технологического процесса и снижением эксплуатационных расходов, интенсификация сернокислотных систем путем увеличения концентрации диоксида серы в системах до 11,5-12,0% об. с использованием более эффективных катализаторов, оптимизация использования тепла сжигания серы и конверсии диоксида серы с увеличением выработки энергетического пара с последующем его использованием для производства собственной электроэнергии, использования отходов производства в повторном производстве или получение новых материалов на их основе [2-7].

Основная часть

Заключение

Было проведено ознакомление с действующим сернокислотным предприятием и технологическим регламентом производства серной кислоты. Проработаны чертежи и технологические схемы, технологические карты и каталоги предприятий.

Рассмотрены основные пути переработки отходов сернокислотного производства. Выбраны более экологически чистые и эффективные из них.

Подобранны наиболее рациональные этапы регенерации ценных веществ содержащихся в отходах производства серной кислоты.

Приложения

Рис. 2 - Принципиальная технологическая схема производства серной кислоты методом ОК. Мощность 240 тыс.т.мнг./год. КУ - котел-утилизатор; КА - контактный аппарат; ГТ - газовый теплообменник; ППВС - пароперегреватель второй ступени; ПППС - пароперегреватель первой ступени; ПО - пароохладитель; ЭК - экономайзер; СБ - сушильная башня; ОА - олеумный абсорбер; МНГ - моногидратный абсорбер.

Введение

С учетом сложившейся экономической ситуации в России, наиболее реальной стратегией развития сернокислотного производства была выбрана поэтапная реконструкция действующих сернокислотных цехов, с учетом современных технологий в области энергосбережения и эффективного оборудования. В области модернизации и реконструкции существующих технологий сернокислотных производств, ведущими институтами в России являются ОАО «НИУИФ», ОАО «Гипрохим», выполнен большой объем работы на многих предприятиях России.

По вопросам путей технической модернизации отрасли минеральных удобрений, отмечается, что модернизация производства серной кислоты может быть основана на российской технологии двойное контактирование – двойная абсорбция (ДК-ДА) и одинарное контактирование (ОК). Перспективными являются агрегаты большой мощности 500-1000 т/сутки [1].

Использование данных агрегатов предполагает в качестве сырья – серу.

Рассмотрены наиболее значимые инвестиционные проекты, реализованные компаниями «ФосАгро», ОАО «Газпром», на предприятиях ОАО «Аммофос», ОАО «Балакановские минеральные удобрения» и прочие. К перечисленным выше проектам привлекались отечественные и зарубежные институты и фирмы ОАО «НИУИФ», «Укрхимпроект», «Гипрохим», ОАО «Электромеханика», «Monsanto», «Emico», «SNC-Lavalin», «Lodige», «Haldor Topsoe», «Honeywell» [2-7,12].

Практически все сернокислотные системы на предприятиях России имеют значительный капитальный износ, что связано с большими ежегодными затратами на капитальные и текущие ремонты. Кроме этого, существующие технологии морально устарели и не совсем отвечают изменившимся технико-экономическим и экологическим требованиям.

В настоящее время в России особо актуально использование в сернокислотных производствах энерго- и ресурсосберегающих технологий. На данном этапе промышленного развития наиболее реальной является стратегия поэтапной реконструкции и модернизации отдельных узлов и отделений действующих сернокислотных систем с одновременной интенсификацией и повышением эффективности производств, при относительно невысоких инвестициях.

В качестве основных направлений реконструкции сернокислотных производств предлагаются пути использования более эффективного сырья с упрощением технологического процесса и снижением эксплуатационных расходов, интенсификация сернокислотных систем путем увеличения концентрации диоксида серы в системах до 11,5-12,0% об. с использованием более эффективных катализаторов, оптимизация использования тепла сжигания серы и конверсии диоксида серы с увеличением выработки энергетического пара с последующем его использованием для производства собственной электроэнергии, использования отходов производства в повторном производстве или получение новых материалов на их основе [2-7].

Основная часть

Технологический процесс получения серной кислоты контактным способом

Сырьевая база производства серной кислоты - это серосодержащие соединения, из которых с помощью обжига можно получить диоксид серы. Около 80 % серной кислоты получают из природной серы. Иногда в качестве сырья используют отходящие газы цветной металлургии, получаемые при обжиге сульфидов цветных металлов и содержащие диоксид серы, а в некоторых производствах применяют сероводород, образуемый при сероочистке в нефтепереработке. Производят серную кислоту двумя способами: контактным и нитрозным (башенным).

Контактный способ, известный с 1900 г., применяется для производства концентрированной серной кислоты. Данным методом сейчас вырабатывается порядка 80% Н₂SO₄ в мире. Он заключается в одностадийном или двустадийном катализе, в результате чего 99,7 % SO₂ переходит в SO₃.

Выход SO₃ в виде белого тумана составляет 99%. В башенном абсорбере SO₃ реагирует с концентрированной H₂SO₄ с образованием пиросерной кислоты H₂S₂O₇. Из этого соединения путем контролируемого разбавления водой получают либо чистую (бесцветную 100%-ную) серную кислоту, либо концентрированные водные растворы H₂SO₄.

Нитрозный (башенный, камерный) способ получения серной кислоты, известен примерно с 1750 г. Этим способом выпускают пятую часть продукции в мире. При этом данным методом вырабатывается менее концентрированная по сравнению с контактным способом H₂SO₄. Преимущества одностадийного контактирования перед двустадийным, это:

- простота аппаратурного оформления;

- отсутствие печного отделения (заменяется на один печной агрегат);

- отсутствие повторной промывки;

- экономия рабочего пространства и рабочей силы;

- более эффективный выход продукта;

- степень контактирования выше.

Благодаря усовершенствованию контактного способа производства, себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты выше, чем башенной (нитрозной) [1].

Процесс получения серной кислоты методом контактного окисления. Процесс состоит из следующих стадий[1,2]:

- плавление серы;

- сжигание серы при температуре (900-1250) ^оС;

S + O₂ = SO₂ + 296,78 кДж/моль

- охлаждение и очистка газа;

- сушка газа от влаги при температуре (40-45) ^оС и давлении (разрежении) - (минус) 4,5 кПа (-450 мм вод. ст.);

- окисление сернистого газа до серного ангидрида на ванадиевом катализаторе при температуре (410-620) ^оС и давлении (избыточном) не более 25,0 кПа (2500 мм. вод. ст.) по реакции:

SO₂ + 1/2О₂ = SO₃ + 95,72 кДж/моль

- абсорбция серного ангидрида;

SO₃ + Н₂О = Н₂SO₄ + 131,1 кДж/моль

- улавливание SO₂ из отходящих газов раствором сульфит-бисульфита аммония;

SO₂ + 2NH₃ + H₂O = (NH₄)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃ + SO₃ + H₂O = 2(NH₄)HSO₃

NH₄HSO₃ + NH₄OH = (NH₄)₂SO₃ + H₂O

- разложение раствора сульфит-бисульфита аммония раствором серной кислоты с массовой долей 93 % с образованием раствора сульфата аммония и газообразного диоксида серы;

(NH₄)₂SO₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄SO₂ + H₂O

2(NH₄)HSO₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄ + 2SO₂ + H₂O