Процесът на „двойно преобразуване, двойно абсорбция“ на производството на сярна киселина все още генерира опашен газ, съдържащ So₂ (обикновено 500-1000 mg/m³). Директната емисия лесно причинява киселинен дъжд, така че обработката на опашния газ е от съществено значение за процеса на контакт.
Предварителна обработка на суровината: Премахване на примесите, за да се осигури последваща стабилност на процеса
Първата стъпка в процеса на контакт за производството на сярна киселина е предварителната обработка на суровината, чиято основна цел е да се премахнат примесите от суровините, за да се избегне отравяне с катализатор, корозия на оборудването или нестандартна чистота на продукта в следващите процеси. Методите за предварителна обработка варират значително в зависимост от суровините: ако сярата се използва като суровина, твърдата сяра се изпраща първо в резервоар за топене и се стопи в течна сяра при температура 130-150 градуса.
След това механичните примеси (като утайка и въглеродни частици) се отстраняват чрез филтър и фините частици се разделят допълнително от сепаратор на циклона, за да се гарантира, че чистотата на влизането на сяра в следващия етап е по -голяма или равна на 99,9%. Ако е приет пиритът (основен компонент FES₂), той трябва първо да премине през процесите на раздробяване и скрининг, за да се разгради пирит на равномерни частици от 8-15 мм. В същото време металните примеси като желязо се отстраняват от магнитен сепаратор, за да се предотврати генерираните железни оксиди по време на последващо печене от прилепване към вътрешната стена на оборудването или блокиращи тръбопроводи. Ако суровината е топеща димния газ (като съдържащ дим газ, произведен в процеса на топене на мед, олово и цинк), е необходимо първо да се извърши отстраняване на прах (с помощта на електростатичен утаител или филтър за торби, за да се отстранят праховите частици), притискайки (премахване на водата за мъгла през вентури, и т.н., и тежки метални премахване (като премахване на вентилатора, и и т.н., и на тежки метали (като например да се премахнат, амортизирайки се, и да се активира тежки метали (като премахване на вентилатор или дистанционно отразено или премахване на въглерода или премахване на междинни или премахвания (премахване на сърца на вентури и и др. Метод на хелатиране на смола) за предотвратяване на примеси в димните газове от влияние върху активността на катализатора. Качеството на предварителната обработка на суровината директно определя стабилността на следващите процеси. Например, ако съдържанието на арсен в пирит е твърде високо, това ще доведе до постоянно отравяне на следващия катализатор на ванадий. Следователно връзката за предварителна обработка трябва стриктно да контролира съдържанието на примесите, обикновено изискващо съдържанието на вредни елементи като арсен и селен в суровините да бъде по -малко или равно на 0,05%.
Приготвяне на серен диоксид: Основна реакционна връзка за генериране на ключови процеси на суровини
Сядният диоксид (SO₂) е основният междинен суровина за производство на сярна киселина чрез контактния процес. Връзката за подготовка изисква избор на съответния маршрут на процеса според вида на суровината, за да се гарантира изхода и чистотата на SO₂ отговарят на нуждите на последващото окисляване. Когато се използва сяра като суровина, рафинираната течна сяра се изпраща на горелка на сяра, смесена със сгъстен въздух, който е изсушен (използвайки концентрирана сярна киселина за изсушаване, за да се избегне влагата, влияеща върху последващите реакции) в пропорция (коефициент на излишък на въздух 1.05-1.1) и се подлага на реакция на изкривяване при висока температура от 800-1 000 градуса и се подлага на реакция на изкривяване при висока температура от 800-1000 градуса: S + O
Степента на конверсия на тази реакция може да достигне над 99,8%, а концентрацията на генерирания SO₂ газ е приблизително 10%-12%(обемна фракция). Междувременно освободената топлина може да се използва за генериране на пара за възстановяване на енергия. Ако пиритът се използва като суровина, предварително обработените пиритни частици се изпращат в флуидизиран печен на легла (кипяща пещ) и се провежда реакция на печене с излишен въздух при температура 650-850 градус: 4fes₂ + 11 O₂ → 2Fe₂o₃ + 8 So₂ + топлина. По време на процеса на печене скоростта на потока на въздуха трябва да се контролира от вентилатор, за да се запазят пиритните частици в състояние на кипене, като се гарантира достатъчна реакция. Концентрацията на генерирания SO₂ е около 7%-9%, а железен оксид на страничния продукт (шлака) може да бъде възстановен като суровина за създаване на желязо. За суровините за топене на димните газове предварително обработеният дим на димоотвод се изпраща в десорбционна кула, а нискоконцентрацията SO₂ (обикновено 1%-5%) в димния газ се концентрира до 8%-10%чрез разредена десорбция на сулфурна киселина или процеса на пиролиза, което отговаря на изискването за концентрация на SO₂ за пощадаща каталитична оксизация. Независимо от използваната суровина, генерираният So₂ газ трябва да се охлади от котел за отпадъци (от 800-1000 градуса до 300-400 градуса), а топлината се възстановява за генериране на пара със средно налягане, което не само намалява изискванията за топлинна устойчивост на последващо оборудване, но и осъзнава рециклирането на енергията.
Каталитично окисляване на серен диоксид: сърцевина на контактния процес за реализиране на превръщането от SO₂ в SO₃
Каталитичното окисляване на сярен диоксид е основната връзка в процеса на контакт за производството на сярна киселина. Същността му е да окислява сос до серен триоксид (SO₃) под действието на катализатор и скоростта на конверсия на тази реакция директно определя изхода на индикаторите за емисии на сярна киселина и отработените газове. Понастоящем ванадийните катализатори (основен компонент V₂O₅, Carrier Sio₂, промотори k₂so₄ и na₂so₄) се използват широко в индустрията поради високата си активност, добрата селективност и дългия експлоатационен живот (обикновено 3-5 години). Реакцията се провежда в конвертор (многоетапен адиабатен реактор с фиксирано легло), използвайки процеса на "двуетапна конверсия и двуетапна абсорбция": По време на първото преобразуване охлажданият газ (съдържащ O₂) навлиза в първия катализатор на конвертора и реакцията възниква при температура от 400-450 градуса: 2So₂ + O₂ ⇌ 2so₃ + топлина. Тъй като тази реакция е екзотермична, температурата на леглото ще се повиши до 550-600 градуса, надвишаваща оптималната активна температура на катализатора. Следователно газът трябва да се охлади до 400-420 градуса чрез междинен топлообменник, преди да влезе във втория катализатор за по-нататъшна реакция. Общият процент на конверсия на първата конверсия може да достигне 90%-95%.
Впоследствие газът, съдържащ So₃, влиза в първата абсорбционна кула (използвайки 98,3% концентрирана сярна киселина за абсорбиране на SO₃), за да се отстрани по -голямата част от SO₃, като се избягва образуването на киселинна мъгла по време на следващия процес на охлаждане. Нереагираният SO₂ газ (концентрация около 0,5%-1%) се нагрява отново до около 400 градуса чрез топлообменник и влиза в третата и четвъртата катализаторна легла на конвертора за втората конверсия, като скоростта на конверсия допълнително се увеличава до над 99,5%. Този процес ефективно контролира температурата на реакцията в обхвата на активността на катализатора (400-600 градуса) чрез сегментирани реакции и междинен топлообмен, като същевременно се избягва обратната реакция, когато SO₃ се смесва с нереагирани SO₂ и O₂. В допълнение, използването на катализатори изисква строг контрол на съдържанието на нечистота в суровините. Елементи като арсен, селен и флуор ще се придържат към повърхността на катализатора, блокират активните центрове и ще причинят дезактивиране на катализатора. Следователно активността на катализатора трябва да се тества редовно и когато скоростта на конверсия спадне под 95%, катализаторът трябва да бъде заменен.
Абсорбция на сярна триоксид: избягване на образуване на киселинна мъгла и ефективно приготвяне на сярна киселина
Абсорбцията на сярна триоксид (SO₃) е ключов етап при превръщането на SO₃, генериран от каталитично окисляване в сярна киселина. Основното му предизвикателство е да се избегне директен контакт между SO₃ и вода, за да образува киселинна мъгла (So₃ + H₂o → H₂so₄, тази реакция е силно екзотермична и лесно причинява парите на сярна киселина да се кондензира в малки капчици, които са трудни за улавяне). Следователно, 98,3% концентрирана сярна киселина обикновено се използва като абсорбиращ в индустрията. Тази концентрация на сярна киселина има най -висока ефективност на абсорбция за SO₃ и не е предразположена към образуване на киселина. Процесът на абсорбция се осъществява в кула за абсорбция (обикновено опакована кула или кула на мехурчета): газът SO₃ (температура около 150-200 градуса), след като първото преобразуване влезе от дъното на абсорбционната кула и контакти с конталище с 98,3% концентрирана сярна киселина, напръскана от върха на купата. SO₃ се разтваря в концентрираната сярна киселина, за да образува по-концентрирана сярна киселина (концентрация до над 99,5%) или разпалване на сярна киселина (сярна киселина, съдържаща свободна SO₃, концентрация, изразена като масова фракция на SO₃, обикновено 20%-65%).
В абсорбционната кула плътността на пръскане (обикновено 15-25M³/(m² · h)) и дебитът на газ (0,5-1,0m/s) трябва да бъдат контролирани, за да се осигури достатъчен контакт с газ-течност. В същото време в кулата се използва демистер (като демистер на влакна), инсталиран за отстраняване на капчици от сярна киселина, вкарвани в газа, като се избягва корозия на последващо оборудване. Ако трябва да се получи разредена сярна киселина (като 70% концентрация за метално изтриване), концентрираната сярна киселина, генерирана чрез абсорбция, може да се изпраща в резервоар за разреждане, а деминерализираната вода бавно се добавя при разбъркващи условия (тя е строго забранена да добавя вода директно към концентрирана сярна киселина, за да се предотврати кипенето). Температурата на разреждане се контролира, за да не надвишава 60 градуса и концентрацията се наблюдава в реално време чрез онлайн концентрационен метър. След достигане на целевата стойност тя се изпраща в резервоара за съхранение на готовия продукт. За производството на разтопяваща се сярна киселина трябва да се добави разпалена кула за генериране на сярна киселина след по -нататъшното контакт с газ SO₃ с 98,3% концентрирана сярна киселина, така че съдържанието на свободното SO₃ да отговаря на изискванията за проектиране. Контролът на работните параметри в абсорбционната връзка е от решаващо значение. Например, ако абсорбиращата температура е твърде висока, разтворимостта на SO₃ ще намалее; Ако температурата е твърде ниска, вискозитетът на разтвора ще се увеличи, което ще повлияе на ефективността на абсорбцията. Следователно температурата на абсорбиращите обикновено се контролира на 40-60 градуса чрез киселинен охладител. В същото време налягането на абсорбционната кула трябва да се поддържа при леко отрицателно налягане (-50 до -100pa), за да се предотврати изтичането на газ.
Рафиниране на продукта: Регулиране на концентрацията и чистотата според нуждите на низходящия поток
Ядрото на връзката за рафиниране на продукта е да се регулира концентрацията и да премахне примесите на сярна киселина, генерирана в връзката за абсорбция според различните нужди на индустриите надолу по веригата, като се гарантира, че продуктът отговаря на съответните индустриални стандарти. Първата е настройка на концентрацията: Ако търсенето на по течението е 98% промишлена концентрирана сярна киселина (използвана при производството на торове, като производство на диаммониев фосфат), 99,5% концентрирана сярна киселина, генерирана от абсолюция до 98%. Ако търсенето е 70% разредена сярна киселина (използвана при метална марка в желязната и стоманодобивната промишленост за отстраняване на железен оксид върху стоманената повърхност), деминерализираната вода трябва да се добави пропорционално на резервоара за разреждане, като същевременно се включва разбъркващите и охлаждащи системи, за да се контролира температурата по време на разреждане, за да не надвишава 60 градуса, предотвратявайки сулфоричната киселина от разрушаването при високи температури или кородиращо оборудване.
Второто е отстраняване на примесите: Различните сценарии на приложение имат значително различни изисквания за чистота на сярна киселина. Например, обикновената индустриална сярна киселина изисква съдържание на желязо по-малко или равно на 0,01%, а съдържанието на арсен по-малко или равно на 0,005%, докато сярна киселина (използвана като електролит за олово-кисели батерии) изисква съдържание на тежки метали (олово, живак, кадмий) съдържание по-малко от или равно на 0,1ppm и съдържание на хлоридно йонно, по-малко от или равно на 0,5ppm. За обикновената индустриална сярна киселина обикновено се използва филтрация за отстраняване на механични примеси (като филтрация чрез мембрани на полипропиленови филтри) и се добавя водороден пероксид (H₂O₂) за окисли и отстраняване на редуктивни примеси като сярна киселина (H₂so₃). За сулфурна киселина на батерията е необходим процес на дълбока рафиниране: първо се използва активирана адсорбция на въглерод за премахване на органични примеси, след това задоволява за обмен на йони (като катионно обменно смоли за отстраняване на тежки метални йони, анионно обменно смоли за отстраняване стандарти. В допълнение, тестването на качеството трябва да се извършва в връзката за рафиниране на продукта, включително тестване на концентрация (използвайки метод на денситометър или метод за титруване) и тестване на съдържанието на примеси (с помощта на атомна абсорбционна спектрометрия или йонна хроматография). След преминаване на теста, сулфурната киселина трябва да се съхранява в специални резервоари за съхранение според различни нива на концентрация и чистота (като 98% концентрирана сярна киселина в резервоарите за въглеродна стомана, разреждащата села киселина в резервоарите на FRP и батерията със серна киселина в резервоарите от неръждаема стомана), за да се избегне смесеното замърсяване на продуктите от различни степени.
Обработка на газ от отработените газове: Контрол на емисиите на замърсители за спазване на стандартите за околната среда
Въпреки че е приет процесът на "двуетапна конверсия и двуетапна абсорбция", малко количество отработени газове, съдържащо SO₂ (обикновено концентрация на SO₂ 500-1000 mg/m³), все още се генерира по време на производството на сярна киселина. Директната емисия ще доведе до замърсяване на въздуха (образуване на киселинен дъжд), така че връзката за пречистване на отработените газове е незаменим етап на опазване на околната среда в процеса на контакт. Currently, there are three mainstream exhaust gas treatment technologies in industry: the first is the ammonia desulfurization process, which sends the exhaust gas to a desulfurization tower and contacts it countercurrently with ammonia water (concentration 15%-20%), resulting in reactions: SO₂ + 2NH₃·H₂O → (NH₄)₂SO₃ + H₂O, (Nh₄) ₂so₃ + so₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
След това въздухът се въвежда в реакционния разтвор за окисляване и генериране на амониев сулфат: 2nh₄hso₃ + o₂ → 2 (nh₄) ₂so₄. Амониевият сулфат може да се продава като азотен тор, за да се реализира използването на ресурсите на замърсителите. Степента на отстраняване на SO₂ на този процес може да достигне над 98%, а концентрацията на емисиите на отработени газове е по-малка или равна на 50 mg/m³, отговаряща на изискванията на „интегрирания стандарт за емисии на емисиите на Китай“ (GB 16297-1996). Вторият е процесът на десулфуризация на варното мляко, който използва варово мляко (CA (OH) ₂ суспензия) като абсорбент, за да реагира със So₂ в отработения газ, за да генерира калциев сулфит: So₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. Калциевият сулфит се окислява, за да генерира гипс (Caso₄ · 2H₂O), който може да се използва при производството на строителни материали (като гипсови дъски).
Този процес има ниска цена, но сравнително ниска степен на отстраняване (около 95%), подходяща за малки предприятия за производство на сярна киселина. Третият е методът на адсорбция на активен въглерод, който преминава от изпускателния газ през адсорбционната кула с активен въглерод. След като SO₂ се адсорбира от активен въглерод, газът с висока концентрация SO₂ се генерира чрез десорбция при условия на отопление, което може да бъде върнато на конвертора, за да участва отново в реакцията, осъзнавайки рециклирането на So₂.
Този процес няма вторично замърсяване, но цената на подмяната на активен въглерод е висока, подходяща за предприятия със строги екологични изисквания и високи разходи за суровини. Независимо от приетия процес, концентрацията на емисиите на SO₂ трябва да се наблюдава в реално време чрез онлайн система за наблюдение след обработка на отработените газове, за да се гарантира стабилно спазване. В същото време страничните продукти, генерирани по време на процеса на лечение (като амониев сулфат и гипс), трябва да се изхвърлят в съответствие, за да се избегне вторично замърсяване. Например, съдържанието на тежки метали в гипса трябва да бъде тествано и може да се използва само след спазване на стандартите за строителни материали.
В допълнение, някои мащабни предприятия за производство на сярна киселина също приемат технологията за възстановяване на топлината на отработените газове, използвайки топлината в изпускателния газ (температура около 100-150 градуса) за загряване на деминерализирана вода чрез топлообменник, генериране на пара на ниско налягане за производство, като допълнително подобрява ефективността на използването на енергията и реализира двойните цели на опазването на околната среда и енергийното опазване.
