Производство серной кислоты

Производство серной кислоты

Глава 1. Основные сведения о серной кислоте

Серная кислота известна с древности. Первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.

Позже, в IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4*7H2O и CuSO4*5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.

В XV веке алхимики обнаружили, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры, или из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. И только в середине 18 столетия, когда было установлено, что свинец не растворяется в серной кислоте, от стеклянной лабораторной посуды перешли к большим промышленным свинцовым камерам.

Семрная кислотам H2SO4 — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3: H2O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1, — раствор SO3 в серной кислоте (олеум).

Очень сильная кислота, при 18оС pKa= ?2,8, К₂ 1,2 10І, pKa= 1,92; длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S—OH 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO 119°; кипит, образуя азеотропную смесь (98,3% H2SO4 и 1,7% H2О с температурой кипения 338,8оС). Серная кислота, отвечающая 100%-ному содержанию H2SO4, имеет состав (%): H2SO4 99,5, HSO₄? — 0,18, H₃SO₄+ — 0,14, H₃O+ — 0,09, H₂S₂O₇, — 0,04, HS₂O₇ — 0,05. Смешивается с водой и SO₃, во всех соотношениях. В водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на H+, HSO4?, и SO₄2?. Образует гидраты H2SO4· nH2O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Серная кислота — довольно сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде; окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов, углерод до CO2, S — до SO2, окисляет многие металлы (Cu, Hg и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO2, а наиболее сильными восстановителями — до S и H2S. Концентрированная H2SO4 частично восстанавливается H2. Из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H2SO5 и пероксодисерная H2S2O8 кислоты.

Серную кислоту применяют:

· в производстве минеральных удобрений;

· как электролит в свинцовых аккумуляторах;

· для получения различных минеральных кислот и солей;

· в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;

· в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;

· в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);

· в промышленном органическом синтезе в реакциях:

o дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

o гидратации (этанол из этилена);

o сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);

o алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O? фосфорных удобрений расходуется 2,2−3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Серная кислота и олеум — очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/мі, в атмосферном воздухе 0,3 мг/мі (максимальная разовая) и 0,1 мг/мі (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.

Производимая серная кислота должна соответствовать определенным стандартам:

· Кислота серная техническая ГОСТ 2184–77

· Кислота серная аккумуляторная. Технические условия ГОСТ 667–73

· Кислота серная особой чистоты. Технические условия ГОСТ 14 262–78

· Реактивы. Кислота серная. Технические условия ГОСТ 4204–77

Глава 2. Сырье, топливо, основные и вспомогательные материалы

Таблица 1. Характеристика сырья, топлива, основных и вспомогательных технологических материалов

Глава 3. Описание и режимные параметры технологического процесса

Графическая технологическая схема производства серной кислоты методом двойного контактирования представлена в приложении, схемой № 2.

Получение обжигового газа из руды.

Суммарную реакцию обжига руды можно представить в виде реакции с колчеданом 4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2, где? Н=-853,8 кДж? моль FeS2, или 7117 кДж? кг. Фактически она протекает через несколько последовательно-параллельных стадий. Сначала происходит медленная эндотермическая реакция термического разложения дисульфида железа, а затем начинаются сильно экзотермические реакции горения паров серы и окисления сульфида железа FeS.

Руды, применяемые для обжига, предварительно обогащают флотацией. Флотационная руда содержит ряд примесей (в частности, соединения мышьяка, селена, теллура, фтора), которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов As2O3, SeO2, TeO2 и фторсодержащих газообразных соединений HF, SiF4. Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа. В состав обжигового газа входит также небольшое количество триоксида серы SO3.

Обжиг руды — типичный гетерогенный процесс в системе «газ — твердое», который можно описать моделью с фронтальным перемещением зоны реакции. В соответствии с этой моделью процесс включает ряд диффузионных стадий и саму химическую реакцию, также многостадийную. Для увеличения скорости процесса стремятся прежде всего уменьшить сопротивление диффузионных стадий, т. е. не проводить обжиг колчедана в диффузионной области. Это может быть достигнуто измельчением твердой фазы и интенсивной турбулизацией потока. Наиболее удобным аппаратом для этой цели является печь с псевдосжиженным слоем колчедана (печь «кипящего слоя» КС).

Температура процесса должна быть достаточно большой для обеспечения высокой скорости реакции. При низких температурах (ниже 500? C) не может протекать эндотермическая реакции термического разложения сульфидов металлов. Однако проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Следствием этого явится увеличение времени полного превращения твердых частиц фп и понижением производительности печи. Температура спекания колеблется в зависимости от состава (сорта) руды в пределах от 800 до 900? C. Проведение процесса в адиабатическом режиме привело бы к разогреву до более высоких температур. Поэтому часть теплоты обжига приходится отводить внутри печи. Удобнее всего это сделать в печах КС, так как в псевдосжиженном слое твердого материала достаточно велик коэффициент теплоотдачи от колчедана к поверхности охлаждающих элементов [~ 1000 кДж/(мІ· ч·К)] и в «кипящей» слой можно ввести змеевики охлаждения.

Для обжига руд применяют несколько типов непрерывно действующих печей, в которых по разному решен вопрос о характере движения твердой фазы. В старых сернокислых установках можно встретить механические (подовые) печи. Измельченный колчедан находиться в таких печах на нескольких подах и сгорает по мере перемещения его гребками с одного пода на другой. В печах пыливидного обжига частицы руды сгорают во время падения в полой камере. В циклонные печи сульфиды металлов подают тангенциально вместе с горячим воздухом с большой скоростью; колчедан сгорает, вращаясь в печи вместе с воздухом: расплавленный огарок вытекает через специальные отверстия.

В настоящее время в сернокислой промышленности для обжига руд применяют в основном печи кипящего слоя с псевдоожиженным слое твердого материала. В псевдоожиженном слое обеспечивается высокая скорость диффузионных и теплообменных процессов (подвод кислорода к поверхности колчедана, отвод диоксида серы в газовый поток, отвод теплоты от поверхности сырья к газовому потоку). Отсутствие тормозящего влияния масс — и теплообмена позволяет проводить обжиг колчедана в таких печах с высокой скоростью. Печи КС характеризуются максимальной интенсивностью в сравнение с другими конструкциями, применяемые для обжига руды. К недостаткам печей КС можно отнести высокую запыленность обжигового газа.

Очистка газа.

Обжиговый газ после сухих электрофильтров с температурой не более 3000С поступает в промывное отделение для удаления примесей.

Сернистый газ охлаждается и промывается серной кислотой, последовательно проходя 1-ю и 2-ю промывные башни (башни стальные, футерованные кислотоупорным кирпичом, 2-я башня имеет насадку из колец «Рашига»). Часть образующегося тумана осаждается в промывных башнях, большая часть поступает в последующую очистную аппаратуру — в мокрый электрофильтр типа ЭТМ далее в мокрые электрофильтры второй ступени. Промывные башни орошаются в замкнутом цикле.

Между электрофильтрами 1-й и 2-й стадии предусмотрена увлажнительная башня, предназначенная для увлажнения газа и укрупнения тумана серной кислоты.

Первая промывная башня работает в испарительном режиме.

Газ после 1-го, 2-го промывных циклов проходит фильтры ЭТМ (по четыре электрофильтра на системе). Массовая доля серной кислоты, орошающей 1-ю промывную башню, не должна превышать 43%, так как при этом ухудшается степень очистки газа от фтора. Массовая концентрация фтора не должна превышать 2,0 г/дм3, хлора — 13,0 г/дм3.

Вытекающая из 1-й промывной башни кислота поступает в отстойник, освобождается от взвешенных частиц, направляется в сборник, откуда насосами подается вновь на орошение первой промывной башни. Объем серной кислоты, расходуемой на единицу площади при орошении 1-й промывной башни (плотность орошения), составляет 10−15 м3/(чм2) (на 4-й системе — 20 м3/(чм2)).

Загрязненная фтором, хлором, мышьяком, цинком промывная кислота периодически выводится на станцию смешивания, на переработку.

Для поддержания постоянного уровня в цикл 1-й промывной башни вводится кислота 2-й промывной башни. Концентрация второй промывной кислоты поддерживается за счет подачи кислоты из увлажнительного цикла, а концентрация увлажнительной кислоты поддерживается за счет подачи в цикл технической воды. Массовая доля серной кислоты во 2-й промывной башне поддерживается не более 15%, увлажнительной кислоты не более 5%.

Для охлаждения орошающей кислоты второй промывной башни установлены кожухотрубные теплообменники на 3 системе, на 4-й и 5-й системах — пластинчатые теплообменники фирмы «Альфа Лаваль».

Объем серной кислоты, расходуемой на единицу площади при орошении 2-й промывной башни (плотность орошения), составляет 5−10 м3/(чм2) (на 4-й системе — 15 м3/(чм2)).

На 3 системе для охлаждения кислоты увлажнительного цикла установлены кожухотрубные графитовые теплообменники ТГ-КТ 1400, на 4-й и 5-й системах — пластинчатые теплообменники из нержавеющей стали.

Вода на входе в промывное отделение 4-й системы проходит очистку от механических примесей, фракцией более 50 мкм в щелевых автоматических фильтрах. 1]

Осушка газов.

Из промывного отделения сернистый газ, насыщенный парами воды, с температурой не более 450С, поступает в сушильное отделение. Ввод конденсационной воды (вместо водооборотной) в систему позволяет улучшить качество выпускаемой продукции, снизить коррозию кожухотрубных холодильников и засульфачивание насадки абсорберов.

Пары воды безвредны для ванадиевой контактной массы, но они приводят к образованию тумана в абсорбционном отделении, возможны большие потери серной кислоты с отходящими газами, кроме того, увеличивается коррозия аппаратуры контактного отделения. 4]

В сушильной башне, стальной, футерованной кислотоупорным кирпичом, с насадкой из колец «Рашига» 50×50 мм влага газа поглощается серной кислотой, брызги серной кислоты улавливаются в брызгоуловителе.

Для достижения хорошей осушки газа необходимо, чтобы сушильные башни непрерывно и равномерно по всему сечению орошались кислотой требуемой концентрации (92,5−95,0% в летний период и 92,5−94,0% в зимний). Для поддержания концентрации орошающей кислоты в цикл сушильной кислоты непрерывно добавляется моногидрат. Одновременно избыток сушильной кислоты откачивается на склад, как готовый продукт. При поглощении воды из газа кислота разогревается, что ухудшает ее гигроскопические свойства, поэтому необходимо ее охлаждение. 3]

Охлаждение кислоты проводится в кожухотрубных нержавеющих холодильниках с поверхностью охлаждения 350 м² и 445 м², на 3 системе в теплообменниках 1200 ТКГ (F=402 м2), на 4-й и 5-й системах в пластинчатых теплообменниках из нержавеющей стали, в которые кислота поступает под давлением. Вода на входе в сушильно-абсорбционное отделение 4-й системы проходит очистку от механических примесей, фракцией более 50 мкм в щелевых автоматических фильтрах.

Из сборника кислота насосами подается вновь на орошение башни и частично выводится на склад готовой продукции. Часть кислоты поступает в цикл моногидратного абсорбера для разбавления моногидрата.

Кислота, уловленная в брызгоуловителе, стекает в сборник сушильной кислоты. Газ, освобожденный от брызг, поступает на всас нагнетателя, который протягивает его через аппаратуру отделений очистки газа и продавливает через аппаратуру отделений контактирования и абсорбции.

В качестве брызгоуловителей на 3-й системе установлена система предварительной очистки «Munfers Euroform» и демистер «Becoil», на 4-й и 5-й системах установлен демистер «Becoil».

После нагнетателя газ проходит так называемый маслоотделитель, работающий по принципу циклона, где осаждаются брызги серной кислоты и сульфата железа, на 3-й системе установлен маслоотделитель с фильтрующим элементом из кварцевой крошки, на 4-й системе — кольца «Рашига» 50×50 мм, на 5-й системе — кольца «Рашига» 25×25мм. После маслоотделителя газ поступает в контактное отделение. [1]

Окисление диоксида серы в триоксид серы.

В производстве серной кислоты применяется отечественный катализатор марок СВД, СВС, СВНТ.

Очень важным показателем качества контактной массы является температура зажигания, при которой начинается разогрев катализатора. Температура зажигания ванадиевой контактной массы зависит не только от качества катализатора, но и от состава газовой смеси. Она повышается с уменьшением содержания кислорода в газе.

Активность катализаторов оценивается константой скорости процесса окисления в изотермических условиях.

С течением времени температура зажигания контактной массы в промышленных аппаратах повышается, поэтому постепенно увеличивают и температуру газа на входе в первый слой катализатора.

В промышленных аппаратах активность ванадиевой контактной массы со временем снижается и особенно быстро при температуре более 6200С для отечественного катализатора марок СВД, СВС. Катализаторы марки VK более термостабильны и могут работать при температуре до 6300С. Снижение активности контактной массы при повышенных температурах происходит вследствие разрушения активного комплекса V2O5xK2S2O7, изменения структуры катализатора, уменьшения его пористости и активной поверхности.

Каталитическая активность контактной массы понижается в присутствии небольших количеств так называемых контактных ядов (As2O3, SiF4, HF и др.). Периодичность замены катализатора определяется из условий ведения технологического процесса. Контактная масса создает сравнительно большое гидравлическое сопротивление прохождения газа/

В результате коррозии внутренних стенок аппаратуры контактного отделения при недостаточно полной очистке газа от брызг и тумана серной кислоты может образоваться сульфат железа и твердые корки в верхних слоях катализатора, что ухудшает каталитическую активность катализатора и увеличивает гидравлическое сопротивление. 5]

Окисление диоксида серы проводится на ванадиевом катализаторе в две стадии по реакции:

SO2 + Ѕ O2 SO3 + Q

Чистый осушенный газ с содержанием 710% SO2 после нагнетателя с температурой 60−700С последовательно проходит по межтрубному пространству двух выносных (одному на 5-й системе) теплообменников и трубному пространству верхнего встроенного теплообменника, нагревается до температуры 3 904 500С газом после 3-го слоя катализатора и поступает в контактный аппарат КЦТ на 1-й слой. После 1-го слоя газ, проходя через межтрубное пространство верхнего встроенного теплообменника, охлаждается и поступает на 2-й слой. После 2-го слоя газ охлаждается во 2-м (нижнем) встроенном теплообменнике, проходя по трубному пространству, и поступает на 3-й слой. После 3-го слоя газ проходит через трубное пространство 2-х внешних теплообменников, где охлаждается до температуры не более 2100С и поступает на 1-ю стадию абсорбции.

Три слоя контактной массы обеспечивает степень контактирования не менее 90% исходного объема SO2.

Контактный аппарат 5 системы имеет производительность 302,7 т/сутки (для 9% SO2), 4-й системы -378,4 т/сутки в моногидрате, 3-й системы — 396 т/сут.

На 3-й системе окисление газа осуществляется по схеме двойного контактирования. 1-я ступень контактирования осуществляется в трехслойном аппарате, 2-я в двухслойном. Газ из компрессорного отделения подается в трубное пространство фортеплообменника, где нагревается до температуры 1050С. После этого газ проходит через встроенные теплообменники контактного аппарата и поступает на 1-й слой контактирования при температуре 460 4800С. Охлаждение газа после 1-го, 2-го, 3-го слоев контактной массы осуществляется во встроенных теплообменниках, а так же в трубном пространстве фортеплобменников. Для подогрева газа в фортеплообменнике подается горячий газ после 3-го слоя. Регулирование работы теплообменника производится с помощью дросселей установленных на байпасных линиях. После прохождения 3-х слоев контактного аппарата газ поступает в абсорбционное отделение на 1-ю стадию абсорбции.

После 1-й стадии абсорбции газ с массовой долей не более 1,0% SO2 последовательно проходит патронный фильтр, где очищается от брызг и тумана серной кислоты, проходит два выносных теплообменника, спиральный внутренний теплообменник, расположенный между 4 и 5 слоем, второй внутренний теплообменник, а затем поступает на 4-й слой. После 4 слоя газ охлаждается в пластинчатом теплообменнике от температуры 440−4450С до 4300С и поступает на 5 слой. После 5 слоя, газ с температурой 4300С проходит через трубное пространство выносных теплообменников, где охлаждается до температуры не более 2100С и поступает на вторую стадию абсорбции.

Для 3-го контактного аппарата газ прошедший 1-ю ступень абсорбции подогревается в трубном пространстве фортеплообменника до температуры 1090С и теплообменниках после 5-го, 4-го и 2-го слоев до температуры 4300С и поступает на 4-й слой контактной массы. После 5-го слоя газ охлаждается во встроенном теплообменнике до температуры 2100С и направляется на 2-ю ступень абсорбции. Степень контактирования на 2-й стадии составляет 95 96%.

Установленные контактные аппараты обеспечивают общую степень контактирования не менее 99,4% исходного объема SO2.

Для пуска контактного аппарата после остановки имеется пусковой подогреватель, состоящий из топки, теплообменника (на 3-й системе 2-х теплообменников) и дымососа. Газ или воздух нагревается за счет сжигания природного газа до 4500С при температуре топочных газов перед теплообменником не более 6000С. На 4-й системе пусковой подогреватель выполнен в форме моноблока, состоящий из топки, теплообменника. Газ или воздух нагревается за счет сжигания природного газа до 4700С при температуре топочных газов перед теплообменником не более 1050С.

Регулирование температурного режима контактного аппарата осуществляется посредством задвижек и дросселей, позволяющих изменить потоки газа через внешние и внутренние теплообменники.

Температурный режим по слоям записывается с помощью электронных потенциометров, мемографов и персонального компьютера, измерение массовой доли концентрации проводится перед контактными аппаратами с помощью газоанализаторов или анализируется йодометрическим методом.

Выгрузка контактной массы при её замене осуществляется с помощью вакуум-насоса, для чего предусмотрены циклон-отделитель, рукавный фильтр (на 4-й и 5-й системах) и бункер. Вакуум создается вакуум-насосом, установленным на 5-й системе (для 4-й и 5-й систем, для 3-й — у контактного аппарата). Отработанная контактная масса выгружается из бункера в контейнера МКР и хранится в специально отведенном месте. 1]

Абсорбция.

Газ из контактных аппаратов с температурой не более 2000С поступает на абсорбцию. Абсорбция триоксида серы на 3 и 5 системах проводится в две стадии: вначале SO3 поглощается олеумом, с массовой долей 16,024,0% свободного триоксида серы и моногидратом, с массовой долей 98,399,0% серной кислоты, что позволяет достигать степени абсорбции 99,9599,98%. На 4-ой системе нет олеумного цикла, газ после 1-й стадии контактирования, с температурой 200−2100С поступает на вход 1 моногидратного абсорбера. Абсорбер насажен крестовидной насадкой, орошается моногидратом, с массовой долей 98,398,9% серной кислоты в количестве 480 м3/ч. Температура моногидрата, поступающего на орошение, должна быть 60−650С. Охлаждение моногидрата осуществляется в пластинчатых теплообменниках, пластины из сплава Хастеллоя. Подача кислоты на орошение производится через напорные бачки.

На 3-й, 5-й системах установлены полочные олеумные абсорберы. Моногидратные абсорберы стальные, футерованные кислотоупорным кирпичом с крестообразной насадкой из керамических колец «Рашига», орошающие устройства — типа «желоба».

Температура олеума, поступающего на орошение в олеумный абсорбер, должна быть не более 600С. В процессе поглощения триоксида серы олеум разогревается, что ухудшает абсорбцию, поэтому стекающий олеум собирается в сборниках откуда насосами подается в стальной кожухотрубный холодильник, работающий «под давлением» (на 5-й системе — в пластинчатый теплообменник).

В олеумном абсорбере поглощается 5060% объема триоксида серы, при этом мольная доля олеума увеличивается. Для поддержания оптимальной концентрации в цикл олеумного абсорбера постоянно подается кислота из цикла моногидратного абсорбера. Избыток олеума частично выводится на склад, а также в моногидратный цикл.

Температура моногидрата, поступающего на орошение, должна быть не более 720С. Для охлаждения кислоты установлены кожухотрубные холодильники (на 5-й системе — пластинчатые теплообменники).

По мере закрепления кислоты в моногидратном абсорбере ее разбавляют сушильной кислотой, а также водой, подаваемой в сборник. Для поддержания массовой доли концентрации сушильной кислоты в заданных пределах часть моногидрата передается в сушильный цикл.

Циркуляция кислот осуществляется следующим образом:

4-я система

· 1-й моногидрат сушильная кислота

· 2-й моногидрат 1-й моногидрат

· сушильная кислота 1-й моногидрат

· сушильная кислота 2-й моногидрат

· сушильная кислота на склад

· 1-й моногидрат 3-я система

· 1-й моногидрат 3-я и 5-я система

5-я система

· 1-й моногидрат сушильная кислота

· 1-й моногидрат олеум

· олеум 1-й моногидрат

· 2-й моногидрат 1-й моногидрат

· сушильная кислота 1-й моногидрат

· сушильная кислота 2-й моногидрат

· сушильная кислота на склад

· олеум на склад

· 1-й моногидрат 3-я систма

3-я система

· 1-й моногидрат сушильная кислота

· 1-й моногидрат олеум

· олеум 1-й моногидрат

· 2-й моногидрат 1-й моногидрат

· 2-й моногидрат сушильная кислота

· 1-й моногидрат 4-я и 5-я системы

· сушильная кислота 1-й моногидрат

· сушильная кислота 2-й моногидрат

· сушильная кислота на склад

· олеум на склад Регулирование концентрации крепких кислот проводится автоматически при помощи пневматических клапанов и концентратомеров, на нескольких перетоках регулировка осуществляется с помощью запорной арматуры.

После первой стадии абсорбции газы поступают в патронный фильтр и освободившись от брызг и тумана серной кислоты, на вторую стадию контактирования. На системах установлены патронные фильтры «Becofil», где происходит улавливание брызг и тумана серной кислоты, а затем очищенный газ выбрасывается в атмосферу.

Конденсат с брызгоуловителей стекает в сборники по своим циклам.

Объемная доля SO2 в хвостовых газах не должна превышать 0,065%; массовая концентрация SO3 не более 0,01 г/м3. 1]

Переработка промывной кислоты (станция смешивания кислот).

Станция смешивания кислот предназначена для закрепления промывной кислоты до массовой доли 92,5% в соответствии с ГОСТ 2184.

Промывная кислота закрепляется путем смешивания с олеумом или с моногидратом. Олеум или моногидрат заливается в сборник вместимостью 34 м³ и с помощью насоса проводится циркуляция кислоты между сборником и холодильником, в котором отводится тепло, образующееся при смешении кислот разной массовой доли, затем в сборник постепенно добавляется промывная кислота 1-го промывного цикла из отстойника, установленного у холодильника и закрепляется олеумом или моногидратом до массовой доли 92,594,0%. Кроме того, за счет циркуляции смесь тщательно перемешивается.

В процессе смешивания кислоты, в результате сильного разогрева реакционной смеси, происходит образование большого количества отходящих газов, содержащих хлористый и фтористый водород, SO3, SO2, пары воды. Для очистки хвостовых газов от вредных примесей, реакционные газы естественной тягой проходят через поглотительную колонку, орошаемую промышленной водой. Отходящая после поглотительной колонки вода сбрасывается на очистные сооружения (Приложение, таблица № 6). Очищенные хвостовые газы после поглотительной колонки выбрасываются в атмосферу (Приложение, таблица № 7).

Затем серная кислота откачивается в продукционные баки 2-го сорта и отгружается потребителям. 1]

Хранение готовой продукции.

На складе готовой продукции кислота серная техническая хранится в баках вместимостью 335 м³, а олеум в 2-х баках вместимостью по 73 м³. Перекачка в железнодорожные цистерны производится насосами.

Для откачки кислоты на внутризаводские нужды используется установленные для этого насосы и кислотные магистрали. 1]

Обработка шламов сернокислотного производства.

В процессе очистки газа в отстойниках промывных отделений и в мокрых электрофильтрах накапливается шлам, содержащий ртуть, селен.

Из отстойников и электрофильтров шламы выгружаются в деревянные короба, затем в деревянные или пластиковые бочки и на специальном поддоне направляются к месту временного хранения, представляющему собой футерованные кислотоупорным кирпичом емкости вместимостью 150 м³. Деревянные короба должны быть изолированы с целью исключения растекания шламов по промплощадке. Емкости идентифицируются и изолируются от воздействия атмосферных осадков. Конструкция и условия эксплуатации специализированного транспорта должны исключать возможность аварийных ситуаций, потерь и загрязнение окружающей среды по пути следования и при перевалке отходов с одного вида транспорта на другой, должны быть механизированы и герметизированы. Установка ограждается с целью ограничения доступа посторонних лиц. Промплощадка имеет бетонное покрытие, обваловку и сеть ливнестока. Ливнесток собирается в промливневую канализацию завода и направляется на переработку на очистные сооружения завода.

Для переработки шлам деревянной лопатой или винипластовым черпаком грузится из емкости в деревянные или пластиковые бочки и перевозится на участок обработки. На участке обработки вручную бочки переносятся к мешалке и шлам деревянной лопаткой или винипластовым черпаком с деревянной ручкой перегружается в нее для нейтрализации.

Реактор представляет собой стальную цилиндрическую емкость вместимостью 2,5 м³, футерованную кислотоупорным кирпичом с подслоем из полиизобутилена. Емкость оборудована взмешивающим механизмом из стали, снаружи освинцован. Имеется электропривод и мотор-редуктор.

Единовременная загрузка шлама в реактор составляет 600 700 кг.

Шлам разбавляется водой в массовом соотношении 2:1 и в него добавляется 120−150 кг извести-пушонки. Пульпа перемешивается в течение 30 минут, после чего проверяется нейтральность среды с помощью универсальной индикаторной бумажки. При кислой реакции добавляется сода и пульпа вновь перемешивается. Эта операция повторяется до достижения нейтральной реакции. Отбирается контрольная проба пульпы для проверки нейтральности в хим. лаборатории СТК.

Нейтральный шлам с помощью деревянной лопаты по полиэтиленовому желобу перегружается на греющий настил для удаления влаги до содержания менее 20%. Готовый шлам деревянной лопатой загружается в двойные полиэтиленовые мешки ГОСТ 10 354, вложенные в деревянные ГОСТ 8777 или пластиковые ТУ 2297−001−54 011 141−01 герметичные бочки, вместимостью 50−70 литров. Допускается другая упаковка согласно ТУ 6971−004−201 402−2003.

От каждого места партии отбирается проба на анализ, мешки завязываются двойным перехватом шпагата, закрываются крышкой.

После получения результатов анализа бочки маркируются в соответствии с требованиями технических условий ТУ 6971−004−201 402, грузоподъемным механизмом в специальной таре грузятся в автомашину и перевозятся на закрытый склад временного хранения бочек с ртутно-селеновым шламом (помещение контактно-компрессорного отделения 3-й системы СКЦ).

По мере формирования вагонной партии производится пакетировка и транспортировка бочек с ртутно-селеновым шламом в закрытый склад готовой продукции КЭЦ, откуда производится отправка потребителю.

Временное хранение бочек со шламом осуществляется в соответствии с ГОСТ 1639, СП 4607−88 и СанПиНа 2.1.7.1322. 1]

Глава 4. Основное технологическое оборудование

Инструкция по эксплуатации и обслуживанию нагнетателя фирмы «ККК» в СКЦ

Общие технические данные

Центробежные нагнетатели фирмы «ККК» (Kuhnle, Коорэ Kausch), Германия предназначены для подачи сернистого газа из обжигового цеха на контактные аппараты СКЦ.

Таблица 2. Техническая характеристика нагнетателя фирмы «ККК»

Нагнетатель — одноступенчатый. Рабочее колесо консольно насажено на вал, подвод газа — осевой. Ротор нагнетателя установлен в двух подшипниках скольжения: опорном и опорно-упорном.

Регулирование производительности нагнетателя осуществляется поворотом лопаток направляющего аппарата на всасывающем газоходе, как вручную, так и дистанционно.

Приводом нагнетателя служит асинхронный электродвигатель мощностью 1200 кВт, напряжением 10 000 вольт, числом оборотов 1492 об/мин.

У ротора электродвигателя — подшипники качения. Смазка консистентная. Передача вращения от электродвигателя на ротор нагнетателя осуществляется через погашающий зубчатый редуктор, состоящий из двухвенечного цилиндрического колеса и быстроходной шестерни.

У редуктора — подшипники скольжения (на баббитовой заливке); у колеса — опорный и опорно-упорный; у шестерни — два опорных. Для смазки подшипников редуктора и ротора нагнетателя применяется турбинное масло Тп-22 (заменитель Тп-30).

Направление вращения ротора нагнетателя — по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя.

Соединение валов: электродвигателя с редуктором — посредством втулочно-пальцевой муфты; редуктора с ротором нагнетателя — посредством зубчатой муфты.

При пуске и работе нагнетателя на малой производительности используется байпасный газоход.

Газ, поступающий в нагнетатель, должен быть предварительно очищен от примесей, могущих оказать вредное механическое и химическое воздействие на детали нагнетателя (в первую очередь на ротор и направляющий аппарат) или нарушить уравновешенность ротора вследствие отложений на нем или неравномерного износа. Для нагнетателей № 1 и № 2 регистрирующие приборы и блинкерные системы сигнализации смонтированы на панели аварийной сигнализации нагнетателей в помещении КИПиА ККО и продублированы на местных щитах управления.

Для нагнетателей № 4 и № 5 регистрирующие приборы, предупредительная и аварийная сигнализации смонтированы на передних панелях в шкафах нагнетателей в помещении КИПиА ККО и продублированы на местных щитах управления.

Предупредительная сигнализация:

— световая — желтая,

— звуковая — непрерывная.

Аварийная сигнализация:

— световая — красная,

— звуковая — прерывистая с изменяющейся тональностью.

Регистрирующие приборы предназначены только для отображения и хранения технологических параметров нагнетателей. Предупредительная и аварийная сигнализация включается от реле-повторителей при достижении уставок на электроконтактных приборах установленных по месту.

Обслуживание нагнетателя во время работы.

Производить контроль и запись всех показаний КИП через каждый час, чтобы иметь ясное представление о работе нагнетателя. Следить за отсутствием повышенной вибрации подшипников агрегата, проверяя на ощупь рукой корпуса подшипников. Особое внимание обращать на температуру всех подшипников, уровень масла в баке, степень загрязненности масляных фильтров, плавность работы (уровень шума) и отсутствие протечек масла.

Не допускать работы нагнетателя в помпажной зоне, т. е. закрытия направляющего аппарата на всасе более 150 (до красной черты на указателе положения поворотных лопаток).

Следить за давлением масла на смазку подшипников и температурой подшипников, которая не должна превышать 700С. Температуру масла на смазку подшипников после маслоохладителей поддерживать в пределах 30 — 450С.

Записывать в оперативный журнал все обнаруженные отклонения от нормальной работы.

В случае возрастания перепада давления на работающем маслофильтре более допустимого 1,2 кгс/см2, обеспечить переключение на резервный фильтр путем поворота рычага.

Перечень технологических параметров контролируемых при работе нагнетателей:

1. Температура обмоток статора электродвигателя № 1−6:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

Помещение КИПиА ККО — регистрирующий прибор на передней панели шкафа.

2. Температура подшипников электродвигателя № 1,2:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

Помещение КИПиА ККО — регистрирующий прибор на передней панели шкафа.

3. Температура подшипников редуктора № 1−6:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

Помещение КИПиА ККО — регистрирующий прибор на передней панели шкафа.

4. Температура подшипников компрессора № 1,2:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

Помещение КИПиА ККО — регистрирующий прибор на передней панели шкафа.

5. Температура под звукоизоляционным колпаком:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

Помещение КИПиА ККО — регистрирующий прибор на передней панели шкафа.

6. Температура масла после амоттермостата:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

7. Температура масла в резервуаре:

По месту — электроконтактный манометрический термометр.

8. Перепад давления смазочного масла на фильтрах:

По месту — электроконтактный указатель перепада давления.

9. Уровень в резервуаре масла:

По месту — визуально по маслоуказательному стеклу.

Помещение КИПиА ККО — электроконтактный поплавковый уровнемер (сигнализация минимального уровня).

10. Давление масла после фильтров:

По месту — электроконтактные манометры.

Аварийные случаи, при которых следует немедленно остановить агрегат.

При появлении дыма или огня из какой-либо части агрегата.

При внезапной сильной вибрации нагнетателя или явно слышном металлическом звуке.

При резком повышении температуры хотя бы на одном из подшипников более 850С.

Примечание:

Установившаяся работа нагнетателя с повышенной температурой подшипников (более 700С) допускается только с разрешения руководящего персонала цеха на короткое время и не может считаться нормальной ввиду быстрого повышения кислотности масла. В этом случае необходимо немедленно выяснить причину повышения температуры, а после кратковременной работы с такой повышенной температурой обязательно произвести анализ масла и, в случае необходимости, сменить его.

При разрыве маслопровода или воспламенении масла.

При снижении уровня масла в баке ниже минимально допустимого.

При понижении давления масла на смазку до 0,5 кгс/см2 и невозможности поднять его включением в работу пускового маслонасоса.

При большой утечке газа в помещение машинного зала.

Во всех других случаях, когда целостности агрегата или отдельных его деталей угрожает опасность.

Инструкция по эксплуатации контактного аппарата

Назначение, техническая характеристика контактного аппарата.

Контактный аппарат типа КЦТ предназначен для окисления сернистого ангидрида (SO2), полученного при обжиге цинковых концентратов в печах КС, в серный ангидрид (SO3) no двух-стадийиой схеме с промежуточной абсорбцией серного ангидрида. Первая стадия окисления осуществляется на 1-м, 2-м, 3-м слоях (полках) контактного аппарата, вторая — на 4-м, 5-м слоях.

Техническая характеристика:

Производительность (по моногидрату), т/сутки…380

Давление рабочее, МПа (кгс/см2)… …0,04(0,4)

Допустимая рабочая температура стенки аппарата, 0 С максимальная (на входе)…555

минимальная (на выходе)…425

Минимальная допустимая отрицательная температура стенки, находящейся под давлением, °С…0

Вместимость, м3…870

Поверхность теплообмена, м2

Теплообменник № 1, № 2…1160, 1160

Теплообменник спиральный…90

Основной материал… Сталь 10 (09Г2С-12 12Х18Н10Т)

Форма аппарата… цилиндрический Габаритные размеры аппарата, мм Диаметр максимальный…8230

Высота…18 692

Характеристика рабочей среды:

Класс опасности по ГОСТ 12.1.007−76…2 класс Категория и группа взрывоопасности по ГОСТ 12.1.011−78…нет Коррозионность… да Количество газа, поступающего на аппарат, нм3/ч…32 250

Установленный срок службы, год…20

Контактная масса используемая для загрузки Общая загрузка катализатора- 101,6 м³ (63,13т). Производительность по катализатору расчетная — 377,5т/сутки при степени контактирования Хг=99,7%. Площадь свободного сечения — 41,2 м².

Таблица № 3. Параметры загрузки контактной массы в КА.

Описание технологического процесса.

Сухой газ с концентрацией 7,5−10,5% SО2 и температурой 50−70°С после компрессора подается в межтрубное пространство внешнего теплообменников первой ступени поз.4.3.2 и 4.3.3 (см. Приложение, схема № 1), где нагревается до температуры 310−330 С газом после 3-го слоя катализатора После внешних теплообменников газ проходит через трубное пространство верхнего встроенного теплообменника (под 1 слоем) F=l160м2, нагревается до температуры 410−430°С и поступает на 1-й слой катализатора. Регулирование температуры на входе в 1-й слой осуществляется дросселем на байпасе межтрубного пространства внешних теплообменников (задвижка № 6, дроссель № 6, поз.5.6.3). После 1-го слоя газ с температурой 590−610°С (в зависимости от концентрации SО2 в исходном газе) охлаждается в межтрубном пространстве верхнего встроенного теплообменника до 470−490 °С и поступает на второй слой. Регулирование температуры на входе во 2-й слой осуществляется дросселем на байпасе мимо верхнего встроенного теплообменника после 1-го слоя (задвижка № 7, дроссель № 7). После 2-го слоя газ с температурой 520−540°С охлаждается во втором (нижнем) встроенном теплообменнике F=1160m2 до температуры 440−450°С и поступает в 3-й слой катализатора. После 3-го слоя газ с температурой 465−475°С проходит через трубное пространство внешних теплообменников (поз.4.3.2 и 4.3.3), охлаждается до температуры 200−220°С и поступает на первую ступень абсорбции. Регулирование температуры на входе в 3-й слой осуществляется дросселем на байпасе межтрубного пространства нижнего встроенного теплообменника (после 2-го слоя, задвижка № 2, дроссель № 2,). Степень конверсии SO2 на первой стадии контактирования 93−95%.

После промежуточной абсорбции газ с температурой 60 °C и содержанием SO2 0,5−0,7% последовательно проходит через межтрубное пространство внешних теплообменников второй ступени (поз. 4.3.5 и 4.3.6), встроенный пластинчатый теплообменник F=90м2 (после 4-го слоя) и межтрубное пространство теплообменника после 2-го слоя, нагревается до температуры 430 °C и поступает на 4-й слой. Регулирование температуры на входе в 4-й слой осуществляется дросселем на байпасе межтрубного пространства внешних теплообменников (задвижка № 1, дроссель № 1, поз.4.3.5 и 4.3.6).

После 4-го слоя газ охлаждается в пластинчатом теплообменнике от температуры 440−450°С до 430 °C и поступает на 5-й слой. Регулирование температуры на входе в 5-й слой осуществляется на байпасе встроенного пластинчатого теплообменника после 4 слоя (задвижка № 3, дроссель № 3). После 5-го слоя газ с температурой 430 °C последовательно проходит через трубное пространство внешних теплообменников (поз. 4.3.5 и 4.3.6), охлаждается до температуры 160−165°С и поступает на вторую ступень абсорбции. Расчетная степень конверсии на второй стадии составляет 98%.

Общая степень конверсии (расчетная) для данной загрузки катализатора составляет 99,7%.

Выгрузка контактной массы.

Выгрузка контактной массы при ее замене осуществляется с помощью вакуум отсоса, для чего предусматривается циклон-отделитель (поз.4.3.7), рукавный фильтр (поз.4.3.8) с шлюзовым питателем (поз.4.3.9) и бункер (поз.4.3.10). Для создания вакуума предусматривается подключение к вакуум-насосу 5-й системы (поз.5.3.8).

Пуск и разогрев контактного аппарата.

Пред пуском контактного аппарата с топочным подогревателем, необходимо убедится, что открыты задвижки № 8, 10, 5 (для разогрева 2 стадии № 4). А также закрыты задвижки № 1, 2, 3, 6, 7, 9.

Пред пуском контактного аппарата без топочного подогревателя, необходимо выставить задвижки в рабочее положение, 9 задвижка должна быть прижата (не полностью), 7 приоткрыта (не полностью), открыта задвижка № 8. А также закрыты задвижки № 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10.

Пуск контактного аппарата начинается с сушки аппарата и катализатора. Началом процесса осушки является продувка осушенным атмосферным воздухом без включения топки подогревателя, продувка ведется максимально возможным объемом воздуха. После выравнивания температур по всему контактному аппарату разжигают топку подогревателя и начинают прогрев слоев катализатора, разделяя поток на две стадии, каждая стадия прогревается автономно. Начальная температура на входе в контактный аппарат 50 °C. Температура воздуха на каждую стадию повышается со скоростью 10−15 °С/час. Содержание влаги в осушенном воздухе не более 0,01%об.

После достижения на входах в1-й и 4-й слои температуры 100 °C дальнейший разогрев прекращают и при этих условиях выдерживают аппарат до выравнивания температур на входе и выходе из слоев. После выравнивания температур, что свидетельствует об удалении влаги, разогрев возобновляют с прежней скоростью. Аналогично выдерживают температуры на 2-м, 3-м, 5-м слоях. После достижения температуры на выходе из 3-го и 5-го 110 °C, скорость повышения температуры воздуха на входе в аппарат увеличивают до 15−25 °С.

Разогрев контактной массы воздухом продолжают до температуры 330−350°С на входе в 1-й слой и Зб0−380°С на входе в 4-й слой. Температура воздуха на выходе c l-й и 2-й стадий контактного аппарата по окончании разогрева должна составлять 280−300°С для исключения конденсации кислоты при подаче сернистого ангидрида на аппарат.

Несмотря на то, что катализаторы, используемые для загрузки контактного аппарата не требуют насыщения, при достижении температуры активации катализатора на первом слое концентрация SО2 в технологическом газе не должна превышать 1% по объему. Дальнейшее повышение концентрации SO2 в газе на контактный аппарат производят, ориентируясь на допустимый рост температур во всех слоях аппарата, оговоренных в технологическом регламенте.

Работа контактного аппарата и нормы технологического режима.

Во время работы контактного аппарата, для соблюдения технологического режима, необходимо регулировать автоматически или в ручную положения дросселей и задвижек в соответствии с таблицей № 4.

При ручном управлении дросселями и задвижками, следует учитывать, что при открытых задвижке/дросселе № 2, задвижка/дроссель № 3 не будут оказывать действия, т.к. сопротивление газового потока проходящего через задвижку/дроссель № 2 меньше чем через задвижку/дроссель № 3 (за счёт сопротивления теплообменника под 2 слоем).

Также нельзя одновременно закрывать 7 и 9 задвижки/дросселя, т.к. это перекроет доступ газа на аппарат и приведёт к остановке системы.

серный кислота технологический нагнетатель Таблица № 4. Соответствие названий задвижек, расположение и действие

Таблица № 5. Температурный и манометрический режим работы КА.

Аварийная остановка контактного аппарата.

Производится при разгерметизации газоходов, теплообменников корпуса контактного аппарата и выбросах технологического газа в атмосферу. А также при невозможности поддержания температуры зажигания на слоях контактного аппарата. Необходимо закрыть задвижки на контактном аппарате.

Безопасная эксплуатация контактного аппарата.

Аппарат должен эксплуатироваться в пределах параметров, указанных в технической характеристике и нормах технологического режима, указанных в настоящей инструкции. Эксплуатация аппарата запрещается в следующих случаях: