Диаграмма Т-Х при пятистадийном контактировании с промежуточным теплообменом

(Амелин А.Г. Производство серной кислоты, 1967 г. стр. 199)

На графике изображена диаграмма Т-Х зависимости между температурой и степенью контактирования с промежуточным теплообменом при содержании в газе 7 % SO₂ и 11 % О₂. Прямая АА соответствует адиабатическому процессу, когда в первом слое катализатора происходит повышение температуры газа за счёт тепла реакции; СС - кривая оптимальных температур; ВВ - кривая равновесной степени контактирования.

Т_заж.- температура зажигания контактной массы. Из графика видно, что при адиаба­тическом повышении температуры с 440 °С до 660 °С процент контактирования достигает 73 %. На практике степень окисления на первом слое доводят до 0,7. При поступлении на II слой газ охлаждается на величину DТ₁. Охлаждение газа происходит после каждого слоя катализатора.

Из этой диаграммы видно, что при адиабатическом (при const Р) повышении темпе­ратуры примерно до 600 °С степень превращения дости­гает 0,73. На практике для дости­жения более высокой скорости про­цесса в первом слое степень превращения доводят при­мерно до 0,7.

Последней стадией процесса производства серной кислоты являет­ся извлечение серного ангидрида из газовой смеси.

Серный ангидрид растворяется в серной кислоте, а затем взаимо­действует с содер­жащейся в ней водой:

n SO₃ + Н₂О = Н₂SO₄ + (n-1) SO₃ + Q

В зависимости от количественного соотношения воды и серного ангидрида полу­чается серная кислота различной концентрации и олеум:

Н₂SO₄ + SO₃« Н₂SO₄× SO₃+Q

Газообразный серный ангидрид наиболее полно абсорбируется 98,3 %-ой серной кислотой.

При орошении абсорбера кислотой с концентрацией менее 98,3% часть серного ангидрида соединяется с парами воды, выделяющимися из серной кислоты в процессе ее разогрева, образуя туман серной кислоты, которая уносится с отходящими газами в атмосферу. При ис­пользовании кислоты с концентрацией выше 98,3% серный ангидрид поглощается не полностью, так как из такой кислоты выделяется SO₃.

Полнота абсорбции в значительной степени зависит и от темпера­туры: чем ниже температура, тем выше степень абсорбции.

Поскольку вся влага, поступающая в систему в виде паров воды с атмосферным воздухом, конденсируется в промывном отделении, для замыкания баланса по влаге на последней стадии процесса используется испарение воды из слабой кислоты. Увеличивая или уменьшая глубину испарения, можно регулировать выработку олеума.

Товарные продукты процесса - серная кислота с концентрацией 92,5¸96 % из сушильного цикла и олеум из олеумного цикла с концентрацией не менее 24 % св. SO₃, выводятся на склад готовой продукции, откуда перекачиваются потребителям.

Описание технологической схемы установки.

Печное отделение.

Печное отделение предназначено для расщепления смеси отрабо­танного олеума с установок «Парекс» - 1, 2 и отходной ЛАБСК с комп­лекса ЛАБ/ЛАБС (в дальнейшем кислый гудрон) до сернистого ангид­рида и углекислого газа.

Кислый гудрон из емкостей Е-468, 469, 470 склада кислого гуд­рона УПСК-1 насосами Н-3, 4 подается на форсунки, расположенные в нижней части аппарата расщепления П-1/1, 2. Часть кислого гудро­на от насосов Н-3, 4 возвращается по линии циркуляции для обеспече­ния постоянного протока его в трубопроводе во избежание протека­ния реакции полимеризации.

Расход кислого гудрона к форсункам регулируется прибором поз. FIRС 3-5, регу­лирующий клапан которого установлен на линии подачи кислого гудрона в П-1/1, 2.

На линии подачи кислого гудрона к форсункам установлен клапан-отсекатель Ко-I, который автоматически закрывается:

· при падении давления сероводородного газа в аппарат расщепленияниже 4,0 кПа (400 мм вод. ст.) (поз. РIRAS 2-9-1, 2/1, 2);

· при падении давления воздуха в аппарат расщепления от турбовоздуходувок В-5/1, 2 ниже 1,5 кПа (150 мм вод. ст.) (поз. РIRAS 2-13/1, 2);

· при падении давления сжатого воздуха от ПК-1/1, 2 или в заводской сети ниже 0,15 МПа (1,5 кгс/см²) (поз. РIRСAS 2-3);

· при остановке нагнетателя В-4/1, 2.

Управление клапаном осуществляется со щита операторной.

Сероводородный газ на установку поступает из общезаводской сети. На входе сероводородного газа в печное отделение установлена элек­трозадвижка Э-24, управ­ляемая «по месту» и со щита операторной, клапан-регулятор поз. PIRS 2-1, клапан-отсекатель Ко-2, который авто­матически закрывается:

· при падении давления воздуха, подаваемого в аппарат расщеп­ления от турбо-воздуходувки В-5/1, 2 ниже 1,5 кПа (150 мм вод. ст.) (поз. PIRAS 2-13/1, 2);

· при остановке нагнетателя В-4/1, 2.;

· при падении давления сероводородного газа в аппарат расщепления ниже 4,0 кПа (400 мм вод. ст.) (поз.PIRSA-2-9-1, 2/1, 2).

Расход сероводородного газа в аппарат расщепления контроли­руется прибором поз. FIR 3-1/1, 2. Температура газа в средней камере аппарата расщепления регулируется поз. ТIR 1-1/1, 2, связанным с клапаном на трубопроводе подачи серо­водородного газа к форсункам.

Аппарат расщепления П-1/1, 2 предназначенный для термическо­го расщепления кислого гудрона и сжигания сероводорода, представляет собой стальной, фу­терованный, вертикальный цилиндрический аппарат, разделенный условно по высоте на 4 зоны.

Все стадии расщепления ведутся в высокотемпературном режиме (1000-1200 °С) в вихревом (циклонном) потоке.

Для сжигания сероводородного газа в каждом аппарате предус­мотрено по 5 горелок (три - в нижней и две - в средней камере аппарата).

В первую (нижнюю) зону, в циклонную камеру, тангенциально вводится на горение около 60 % сероводородного газа (от общего расчетного количества) с соответствующим количеством воздуха. Сюда же через форсунки подается кислый гудрон. На каждом аппа­рате расщепления установлено по две форсунки для кислого гудрона.

Воздух на распыление кислого гудрона подается компрессорами ПК-1/1, 2 или из заводской сети. Давление воздуха регулируется прибором поз. РIRCAS 2-3, располо­женном на линии нагнетания компрессора, а расход - вентилями непосредственно перед форсунками кислого гудрона и регистрируется прибором поз. FIR 3-4.

В нижней зоне аппарата расщепления происходят основные стадии разложения кислого гудрона: нагрев, испарение жидких компонентов (Н₂SO₄ и Н₂О) и дегидратация воды.

Во вторую зону также тангенциально вводится остальная часть сероводородного газа с воздухом. В этой зоне заканчивается разло­жение Н₂SO₄ и сульфокислот на SO₃ и Н₂О и расщепление SO₃ до SO₂ и О₂.

Для достижения полноты расщепления кислого гудрона предусматривается III-я зона - камера стабилизации газа (дополнительный реакционный объем). На выходе из нее усредняются все параметры обжигового газа.

В верхней IV-й зоне предусмотрена возможность охлаждения газа перед выходом из аппарата до 900 °С за счет подачи воздуха на обдув свода печи.

Снаружи аппарат расщепления имеет стальной кожух, в который подается воздух турбовоздуходувкой В-5/1, 2 из компрессорного отделения, что обеспечивает:

· снижение температуры кладки аппарата расщепления;

· снижение температуры наружной стенки кожуха;

· нагрев воздуха, поступающего на горение сероводорода.

Температура по зонам аппарата расщепления регистрируется: в нижней камере прибором поз. TIR 1-8/1, 2; в средней камере - поз. TIR 1-1/1, 2. Из П-1/1, 2 продукты расщепления (в дальнейшем называемые сернистым газом) с температурой не выше 980 °С (TIR-1-3/1, 2) проходят по обдуваемому газоходу-рекуператору Х-1/1, 2 типа «труба в трубе», где охлаждают­ся до температуры не более 700 °С (регистрируется прибо­ром поз. ТIR 1-2/1, 2) и поступают последовательно в трубное пространство Т-1/1, 2, Т-2/1, 2.

Охлаждение сернистого газа в обдуваемом газоходе-рекуператоре происходит за счет нагрева в межтрубном пространстве осушенного сернистого газа, поступающего от нагнета­теля В-4/1, 2 через теплообменник Т-10. Охлаждение сернистого газа в тепло­обменнике Т-1/1, 2 происходит за счет дальнейшего нагрева того же осушенного сернис­того газа, поступающего в контактный аппарат Р-1.

Охлаждение газа в теплообменнике Т-2/1, 2 происходит за счет пода­чи в межтруб­ное пространство теплообменника атмосферного воздуха вентилятором В-2/1 (резервный В-2/3) через Т-6, 5, 10.

Во избежание местного переохлаждения сернистого газа, его конденсации и корро­зии трубок теплообменника Т-2/1, 2, охлаж­дение ведется подогретым в Т-6, Т-5 и час­тично охлажденным в Т-10 (за счет подогрева сернистого газа) воздухом с последующим его выбросом в атмосферу с температурой не более 390 °С (поз. ТIR 1-4/1, 2) По той же причине охлаждение газа в газоходе-рекуператоре Х-1/1, 2 осуществляется также подо­гретым в Т-10 сернистым газом.

Температура газа на выходе из теплообменника Т-2/1, 2 регистрируется соответ­ственно приборами поз. ТIR 1-4/1г и поз. ТIR 1-4/2г. Температура сернистого газа на выходе из Т-2/1, 2 регулируется изменением количества охлажденного воздуха от венти­лятора В-2/1, В-2/3 вручную и поддерживается в пределах 300-390 °С в зависимости от температуры газа в Т-5.

Количество воздуха, подаваемого на горение в аппарат рас­щепления, определяется по соотношению сероводород : воздух = 1:10 и регулируется регулятором расхода FIRC 3-6, связанным с дросселем, установленном на линии подачи воздуха в аппарат расщепления П-1/1, 2 от турбовоздуходувки В-5/1, 2. Соотношение меняется в зависи­мости от содержания О₂ в газе.

Разогрев оборудования печного отделения перед пуском произ­водится путем сжига­ния топливного газа в аппарате расщепления П-1/1, 2. Топливный газ из общезаводской сети поступает в тепло­обменник Т-9, где нагревается водяным паром, но не более 90 °С и подается в газо­вую горелку ГНП-9, расположенную в нижней зоне аппарата расщепле­ния. На линии подачи газа к горелкам установлен клапан-отсекатель Ко-4/1, 2, который автоматически закрывается:

· при понижении и повышении давления топливного газа в аппа­рат расщепления ниже или выше блокировочных значений: 1,1 кПа и 8,0 кПа (110 и 800 мм вод. ст.) (поз. РIRAS 2-31/1, 2);

· при понижении давления воздуха к горелке аппарата расщепле­ния ниже установленного предела: 1,5 кПа (150 мм вод. ст.) (поз. РIRАS 2-13/1, 2).

Дымовые газы в период пуска выбрасываются на свечу через открытый клапан А-1/1, 2, при этом рабочий газоход на промывное отделение закрыт клапаном А-2/1, 2.

Разогрев оборудования и переход на рабочий режим производит­ся согласно графикам ОТН и в соответствии с основными положениями пуска и остановки, изложен­ными в разделе 6.

Промывное отделение.

Сернистый газ из печного отделения с температурой не более 350 °С (поз. ТIR 1-51) поступает в I-ю промывную башню К-1, установленную на нулевой отметке и пред­ставляющую из себя полый стальной цилиндр, имеющий внутри пережим, специальную химическую защиту из подслоя свинца, двух слоев полиизобутилена и футеровки из кислотоупорного кирпича по всей высоте. Газ, проходя башню снизу вверх, орошается серной кислотой с концентрацией до 50 % и с температурой до 95 °С, подаваемой насосами Н-2/1, 2 (насосы снабжены системой контроля подшипников электродвигателя и автоматического поддержания температур путем управления скоростью вращения электродвигателя насосов для плавного наращивания заданного оператором значения) в коллектор со свинцовыми брызгалами (10 шт.), которые расположены на крышке башни.

В первой промывной башне улавливается основное количество механических примесей.

За счет испарения влаги из кислоты как более легкокипящего компонента и поглощения из газа серного ангидрида концентрация кислоты в башне постоянноповышается, а температура остается постоянной.

Такой режим, при котором охлаждение кислоты осуществляется за счет испарения из нее влаги, называется испарительным и не требует установки холодильников для охлаждения кислоты. Температура кисло­ты, орошающей 1-ю промывную башню, опреде­ляется по прибору поз. ТIR 1-53.

Кислота из I-ой промывной башни поступает в сборник Е-2 конструктивно соеди­ненный с башней.

Уровень в емкости Е-2 регистрируется и регулируется прибором поз. LIRСА 4-51, клапан которого установлен на линии перетока Е-3 ® Е-2. В случае изменения концент­рации кислоты в 1-й промывной баш­не необходимо интенсифицировать испарительный режим в испаритель­ной колонне К-8, путем увеличения или уменьшения количества горячего воздуха, подаваемого в испарительную колонку через Т-7.

Газ из 1-й промывной башни с температурой до 95 °С поступает во II-ю промывную башню К-2, установленную на нулевой отметке и представляющую из себя полый стальной цилиндр, имеющий специаль­ную химзащиту из подслоя свинца, поли­изобутилена и футеровки, заполненный керамической насадкой. Температура газа на входе во II-ю промывную башню регистрируется прибором поз. ТIR 1-52.

Газ, проходя башню К-2 снизу вверх, орошается 1-5 %-ой серной кислотой с температурой не более 42 °С. В башне за счет охлаждения происходит увлажнение газа, укрупнение образовавшегося в К-1, тумана и конденсация избыточной влаги, при этом температура кислоты на выходе из башни повышается. Орошение II-й промывной башни производится через свинцовые брызгала, установленные на крышке башни. Кислота на орошение подаётся насосами Н-3/1, 2 которые снабжены системой контроля подшипни­ков электродвигателя и автоматического поддержания температуры кислоты путем управления скоростью вращения электродвигателя насосов для плавного наращивания заданного оператором значения. Кислота подается в коллектор со свинцовыми брызга­лами (10 шт.), которые расположены на крышке башни, после этого стекает в сборник Е-3 конструктивно соединенный с башней.

Концентрация кислоты во II-й промывной башне не регулируется и зависит от ко­личества брызг серной кислоты из 1-й промывной башни и может изменяться в зависи­мости от концентрации кислоты в Е-2. Охлаждение кислоты II-й промывной башни предусмотрено в кожухотрубчатых графитовых теплообменниках Т-3/1-10. Температура орошающей кислоты контролируется по прибору поз. ТIR 1-56/1, 2 и регулируется вруч­ную изменением количества оборотной воды 3-й системы, подаваемой в межтрубное пространство теплообменников.

Температура оборотной воды 3-й системы на охлаждение контролируется по при­бору поз. ТIR 1-57/1, а расход воды регистрируется прибором поз. FIR 3-51. Для интен­сификации работы теплообменников, в случае недостаточного охлаждения воды из-за: отключения одной линии (насос + 5 теплооб­менников), повышенной загрязненности по­верхности теплообменников, повышения температуры воды выше 28 °С - предусмотрено параллельное подключение воды к каждому блоку теплообменников, состоящему из 2-х или 3-х штук.

Для проведения ремонтных работ на антегмитовых теплообменниках на каждом из них имеются байпасные линии по кислоте и воде, кото­рые находятся в отглушенном сос­тоянии при нормальной работе аппарата.

Для контроля pН оборотной воды после каждого блока тепло­обменников уста­новлены анализаторы поз. QIRAS 5-51/1,2, поз.QIRAS 5-52/1,2, соединен­ные с отсечны­ми электрозадвижками Э-4, 6, 8, 10 на линиях входа воды в каждый блок теплообмен­ников и электрозадвижками Э-5, 7, 9, 11 на линиях выхода воды из каждого блока тепло­обменников. При падении рН оборотной воды до рН = 6,0 электрозадвижки Э-4, 6, 8, 10 закрываются.

Уровень кислоты в сборнике Е-3 регулируется регулятором поз. LIRСА 4-52, который связан с клапаном на линии откачки кислоты в цикл отдувочной колонки К-3. Отдувочная колонка К-3 служит для отдувки SO₂, накапливающегося в промывной кислоте при прохождении газа через I-ю и II-ю промывные башни, а также для раз­бавления сернистого газа перед контактным аппаратом. Отдувка и разбавление газа происходит за счет подсасывания атмосферного воздуха через задвижку Dу 200, располо­женную в нижней части колонки.

Отдутый сернистый газ вместе с воздухом поступает в общий газоход перед электрофильтрами ЭФ-1/1, 2.

Балансовое количество отдутой от SO₂ кислоты из цикла колонки К-3 насосами Н-4/1, 2, перекачивается в испарительную колонку К-8(или Е-10), в которой происходит упаривание кислоты за счет пропускания через нее сухих отходящих газов, после второго моногид­ратного абсорбера К-7 и части горячего воздуха после теплообмен­ника Т-7 с температурой не более 120 °С (поз. TIR 1-101м). Количество испаряемой влаги регулируется вручную количеством горячего воздуха, подавае­мого в испарительную колонку К-8 и количеством сухого газа из К-7, регулируемого вручную шиберами на газоходе К-7 ® Д-2.

Увлажненный, содержащий туман слабой кислоты сернистый газ после II-й промыв­ной башни К-2 с температурой не более 45 °С про­ходит две ступени электроочистки газа от тумана и примесей в мокрых электрофильтрах ЭФ-1/1, 2. Электрофильтры ЭФ-1/1, 2 односек­ционные, со стальным корпусом, покрытым химзащитой. Осадительные электро­ды выполнены в виде свинцовых шестигранных труб. Внутри каждого шестигранника строго отвесно и по центру устанавливаются коронирующие электроды. Газ, проходя че­рез элек­трическое поле, создаваемое коронирующими электродами, ионизирует­ся. Части­цы тумана, приобретая отрицательный заряд, движутся к положительно заряженным осадительным электродам, осаждаются на них и стекают вниз в виде слабой кислоты. Конденсат после электрофильтров ЭФ-1/1, 2 стекает через опуск в циркуляционный сборник Е-3 второй промывной башни К-2. На всех сборниках промывного отделения установлена световая и звуковая сигнализация по нижнему и верхнему уровням кислоты в сборниках.