Производство серной кислоты

Месторождения самородной серы Каракумов, Западной Украины, Поволжья, Ферганы и других разрабатывают шахтным способом. Еще в 1968 г. освоен способ подзем­ной выплавки серы (бесшахтный способ), позволивший снизить удельные капитальные вложения в 4,5 раза. Благодаря высокой экономической эффективности и коренному решению задачи социального преобразования труда бесшахтный способ добычи серы относят к прогрессивным.

Структура сырьевого баланса изменя­ется в сторону использования более эффективных ресурсов — отходов нефтедобываю­щей, металлургической и других отраслей промышленности. Так, себестоимость серной кислоты, получаемой из отходов нефтегазовой про­мышленности, содержащих сероводород, в 5,9 раза, а из отходов цветной металлургии в 2,1 раза ниже, чем из серного колчедана.

В зависимости от применяемого катализатора используют два метода производства серной кислоты: нитрозный (газообразный катализатор - нитрозные газы) и контактный (твердый - оксид ванадия). В первом случае процессы окисления и абсорбции идут параллельно в одних и тех же основных аппаратах — продукционных башнях по суммарной реакции

S0₂+N0₂+H₂0 HS0₄+NO+Q

Сложность этого способа заключается в отделении оксидов азота от выхлоп­ных газов. Кроме того, производительность установки и качество готовой продук­ции невысокие (табл. 15, башенная кислота). Поэтому новых заводов по производ­ству кислоты этим способом не проектируют, а вся кислота, полученная из башен­ных систем старых заводов, идет на производство минеральных удобрений.

Контактный способ является основным при производстве серной кислоты. Осуществляется он следующим образом. Сначала сырье поступает в промывные башни 1 (работает в испарительном режиме) и 2 (рис. 43). В мельчайших каплях пара растворяется серный ангидрид, оксид мышьяка, селен и другие примеси, образуя мышьяковистый туман, основная масса которого поглощается в башне 2, а остатки — в мокром электрофильт­ре 3. Серную кислоту этих аппаратов (до 8% общей выработки) отпускают как нестандартную продукцию или подают в отделение извлечения селена и мышь­яка. Поглощение паров воды происходит в сушильной башне 4, которая ороша­ется циркулирующим 94 — 96-процентным раствором серной кислоты. Скорость второго основного процесса, идущего по реакции

2S0₂+0₂ 2SО₃+Q

увеличивают, применяя твердый катализатор – оксид ванадия. Реакция окисления экзотермическая. Для смещения равновесия вправо необходим отвод теплоты. Это достигается конст­рукцией основного контактного аппарата 7. Режим работы поддерживают таким, чтобы температура в зоне катализатора (на рисунке заштрихованная область) не превышала 500° С. Аппарат 7 вместе с теплообменниками б и 8, кон­трольно-измерительными приборами образует контактное отделение участка по производству серной кислоты. Равновесие третьего основного процесса

S0₃+H₂0 H₂S0₄+Q

смещается вправо при охлаждении серного ангидрида до 30 — 40^о С и применении для абсорбции 98,3-процентного раствора серной кислоты.

Для получения стандартного олеума необходимо интенсивно охлаждать газ и кислоту, что достигается установкой двух абсорберов олеумного 9 и кислотного 10 с холодильниками 11 и сборниками кислоты 12 между ними. Обе абсорб­ционные башни имеют насадки из керамических колец; первая из них орошается олеумом, вторая — 98,3-процентным раствором серной кислоты. Для интенсифика­ции процесса применен принцип противотока (SO поступает снизу, а олеум и сер­ную кислоту на орошение подают сверху насосами 13). Данную схему называют «мокрой».

Технико-экономические показатели сернокислотного производства, зависящие от вида и стоимости сырья, применяемой технологии, степени механизации и автомати­зации процессов, производительности аппаратуры и других факторов, колеблются в довольно широких пределах. Производительность сернокислотных устано­вок составляет 500 -1000 т/сут. Размеры их от 3 до 12 м (в диаметре) и от 10 до 25 м (по высоте). Себестоимость готовой продукции в среднем равна 14 - 16 грн. за 1 т.

Важнейшие направления производства связаны с решением основных задач химической промышленности — повышением эффективности производства, качества продукции и управления, комплексным использованием сырья и охраной окружающей среды. Применительно к сернокислотному производ­ству, кроме того, необходимо:

1 Увеличение доли более дешевых источников сырья — отходов сероводорода, очистки нефтепродуктов и нефтеоборудования, производства целлюлозы.

2. Применение безотходной технологии в сочетании с комплексным ис­пользованием сырья и оптимальным размещением сернокислотных заводов и потребителей этой продукции.

3. Рациональное использование теплоты экзотермических процессов вплоть до создания энерготехнологических производств, полностью обеспечивающих собст­венное потребление энергоресурсов.

4. Повышение технического уровня производства:

а) увеличением единичной мощности установок до 1500—2000 т/сут.;

б) изысканием более эффективных катализаторов;

в) полной автоматизацией.