книги из ГПНТБ / Амелин А.Г. Цех-автомат по производству серной кислоты из природной серы контактным методом

ЦЕХ-АВТОМАТ ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ПРИРОДНОЙ СЕРЫ КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ1)

Производство серной кислоты в Советском Союзе к концу

зация отдельных производственных процессов и строительст­ во цехов-автоматов.

Особое внимание должно быть уделено дальнейшему улуч­ шению условий труда.

Наличие больших запасов природной серы, а также значи­ тельное упрощение технологического процесса при использо­

вании ее в качестве сырья вызывают настоятельную необхо­ димость перевода ряда сернокислотных производств на сжи­ гание серы вместо используемого в настоящее время колче­ дана.

Учитывая, что природная сера не содержит вредных при­ месей, отравляющих катализатор, технологическая схема про­ изводства контактной серной кислоты во многом упрощается: значительно уменьшается печное отопление , не пр .дусматри-

вается специальная очистка сернистого газа, полностью авто­

схе’мы производства серной кислоты из сульфидных руд свя­ зана с большими трудностями и в настоящее время не сможет получить достаточно убедительного экономического обосно­

вания 1 2 3 ’■ 5.

Совершенно иное положение создается при получении сер­ ной кислоты из серы, так как в этом случае технологическая схема очень проста. Тем более, что автоматическое регулиро­

вание всех аппаратов и узлов этой схемы теоретически и.тех­

1

Пс^ГОвГу осуществление автоматизации производства серной

кислоты щ| ПРИРОДНОЙ серы в современных условиях является реалёжЦ Вполне выполнимой, крайне актуальной и экономи-

-щчм*н. пбаеиованной задачей.

Благоприятными факторами при автоматизации являются сокращение числа аппаратов за счет увеличения их мощности,

а также упрощение самой технологической схемы производст­ ва. В результате сокращения числа аппаратов вместо двух или более параллельно работающих систем достаточно будет построить одну, но более мощную по производительности сис­ тему. Кроме того, сокращение числа аппаратов соответственно уменьшает количество приборов для контроля и регулирова­ ния, упрощает обслуживание, создает возможность более чет­ кого управления процессом и существенно удешевляет строи­ тельство и эксплуатацию. Следовательно, при разработке тех­ нологического процесса следует учитывать требования как технологии, так и автоматизации.

Вместе с тем, одним из основных недостатков имеющихся проектов автоматизации сернокислотного производства являет­ ся несоответствие технологического процесса новым усло­ виям и требованиям автоматизации регулирования.

Для того, чтобы учесть требования и возможности, воз­ никающие в условиях автоматизированного контроля и уп­ равления производством, необходимо пересмотреть имеющие­

ся представления о рациональном построении контактного

процесса.

Для наибольшего экономического эффекта автоматизации, необходимо, чтобы технологическое оборудование по своей конструкции отвечало требованиям автоматики.

Исходя из этих основных положений разработаны техно­ логическая схема и схема автоматизации производства серной

кислоты из чистой природной серы контактным методом6, в

основе которых использованы данные проекта Гипрохима (рис. 1), по которому в настоящее время строится большинст­ во сернокислотных заводов, работающих на сере. Описание схемы Гипрохима не приводится, поскольку существо ее доста­ точно хорошо видно из рис. 1.

Предлагаемая схема (рис. 2) исключает ряд громоздких операций и тем самым выгодно отличается от ранее разрабо­ танных схем 2’7> я. Упрощение технологической схемы дает большую экономию капитальных затрат на строительство цеха, позволяет полностью его автоматизировать и вести весь тех­ нологический процесс без непосредственного участия обслу­ живающего персонала.

Кроме значительного экономического эффекта, полученно­ го в результате автоматизации процесса, постройка первого цеха-автомата по производству серной кислоты представит

2

большой интерес для дальнейшего технического прогресса в сернокислотной промышленности.

Ниже приводится краткое описание технологической схе­

мы и схемы автоматизации производства серной кислоты из природной серы контактцым методом.

Как показано на рис. 2, сера поступает в плавилку /, от­ куда в расплавленном виде погружным насосом непрерывно

3

нены в виде единого агрегата. Такие установки проектируют­

ся Гипрохимом для сернокислотных цехов, работающих на се­

ной осушке воздуха исключается. Газ с температурой свыше 1000° и с содержанием около 12% SO2 поступает в котелутилизатор 4, где охлаждается до температуры 440—450° и направляется в первый слой пятислойного контактного аппа­ рата 7.

Пройдя первый слой катализатора, газ поступает в паро­ перегреватель 5, где отдает часть своего тепла и затем после­ довательно проходит П, Ш, IV и V слои контактной массы.

Охлаждение и регулирование температуры газа между слоя­ ми осуществляется подачей холодного атмосферного воздуха непосредственно в контактный аппарат. Конечная степень контактирования после пятого слоя должна достигнуть 98,5%.

мокрого катализа.

Пройдя электрофильтр 12, газ выбрасывается в атмосфе­ ру. Серная кислота (93—95%), образовавшаяся в башне и электрофильтре, стекает е циркуляционный сборник-9, пред­ варительно охлажденная в оросительном холодильнике 10. Часть кислоты из сборника 9 откачивается на склад готовой

продукции, а остальная кислота подается на орошение баш­ ни-конденсатора.

Как видно из рис. 2, технологический процесс по методу мокрого катализа не требует строительства сушильных башен, брызгоуловителей, погружных насосов, оросительных холодильников, циркуляционных сборников и др.

В контактном отделении выносные теплообменники и ан­

гидридные холодильники становятся ненужными. Значительно упрощается отделение абсорбции, в котором

вместо олеумного, моногидратного абсорберов и башяи-б'рыз- гоуловителя с громоздкой системой оросительных холодиль­ ников, циркуляционных сборников, насосов и др. установлены

только одна башня-конденсатор и мокрый электрофильтр. Такое существенное упрощение технологической схемы

производства серной кислоты из природной серы контактным

методом позволяет полностью автоматизировать процес.с к

сделать производство близким к понятию «цех-автомат».

6

Переходя к описанию автоматизации процесса, необходи­ мо отметить, что вопросы складирования серы и транспорти­ ровки ее в цех в данной схеме не рассматриваются. Плавле­ ние и очистка серы, а также обеспечение наилучшей ее теку­ чести являются вспомогательными операциями в производст­

ве серной кислоты; их автоматизация решается независимо от автоматизации процесса в целом.

Окончательная задача подготовки серы для сжигания зак­ лючается в получении серы наибольшей текучести, что зави­ сит только от ее температуры, поэтому необходимая темпе­ ратура серы, автоматически поддерживается в плавилке и в фильтре путем изменения количества пара, подаваемого в змеевик (регуляторы Р-1, Р-2).

Сжигание серы для получения сернистого газа является

головным процессом производства. От устойчивости работы печного отделения в большей степени зависят все последую­ щие стадии переработки сернистого газа на серную кислоту. Поэтому система автоматизации печи должна обеспечить непрерывную выдачу заданного количества газа со стабиль­ ным. (также заданным) содержанием в нем сернистого ангид­ рида, это достигается стабилизацией подачи в печь заданного количества воздуха (нагрузка системы)—регулятор Р-9, а

также регулированием концентрации газа после печи путем изменения количества серы, подаваемой на сжигание—регуля­

тор Р-11.

Регулирование подачи серы в печь осуществляется либо путем сброса излишков серы из напорной линии обратно в

плавилку ('байпасирование), либо изменением производитель­ ности насосов для серы, что, по нашему мнению, является наиболее рациональным.

Для охлаждения газа перед третьим, четвертым и пятым слоями катализатора в контактный аппарат поддувается хо­ лодный воздух.

Основным показателем хорошей работы контактного узла является высокий процент контактирования, зависящий в ос­ новном от соблюдения оптимального температурного режи­ ма и устойчивой концентрации сернистого газа, поступающе­ го на контактирование. Поэтому проектом автоматизации предусматривается автоматическое регулирование температу­ ры газа на входе в каждый слой катализатора путем добав­ ления к газу холодного воздуха—регуляторы Р-3, Р-4, Р-5,

Р-6, Р-7.

Регулирование температуры газа перед вторым слоем мо­ жет осуществляться также байпасированием части горячего газа.

Концентрация газа на входе в контактный аппарат колеб­ лется незначительно в пределах ± 0,25% SO2 за счет добав­ ления к газу холодного воздуха для регулирования темпера-

7

туры. Такие колебания концентрации газа не будут иметь существенного влияния на работу контактного аппарата.

В газоходах контактного узла и в самом контактном ап­

парате предусмотрена установка термопар, необходимых для контроля температуры (прибор Т-2). Кроме контроля темпе­ ратуры, по показаниям термопар можно косвенно судить о характере распределения газа по сечению аппарата и слоям

катализатора.

Непрерывно контролируются также процент контактиро­

уровня кислоты в циркуляционном сборнике путем изменения

количества кислоты, выводимой на склад—регулятор Р-12 и температуры кислоты на выходе' из оросительного холодиль­ ника путем изменения количества воды, подаваемой на хо­ лодильник—регулятор Р-8.

Для наблюдения за процессом абсорбции необходимо также непрерывно контролировать температуру газа до и после абсорбера—прибор Т-2, температуру кислоты до и

после абсорбера—прибор Т-2, манометрический режим, ко­ личество кислоты, выводимой на склад—прибор К-2.

Утилизация тепла горения серы, как уже указывалось

выше, осуществляется в котле-утилизаторе, вырабатываю­ щем энергетический пар давлением 40 атм.

Стандартная схе'ма регулирования установки котла-ути­ лизатора (рис. 3) предусматривает регулирование уровня воды в барабане котла-утилизатора—регулятор Р-14, темпе­ ратуры (регулятор Р-15) и давления перегретого пара (регу­

лятор Р-17) на выходе из пароперегревателя, давления пара в верхней части деаэратора—регулятор Р-16, а также конт­ роль за манометрическим режимом водяной и паровой фазы— приборы Д, ДК-1, ДК-2, температурой воды и пара в уста­

новке котла—приборы Т-3, Т-4, уровнем воды в барабане

котла-деаэратора—приборы У-2, У-3, количеством воды, по­ даваемой в испарительные секции котла—прибор К-3, и па­ ра на выходе из пароперегревателяч-прибор К-4.

Все приборы контроля и регулирования сосредоточены на

одном щите в цеховом пункте управления (ЦПУ). Чертеж щита представлен на рис. 4.

Однако, несмотря на то, что запроектированная система автоматизации решена главным образом на стандартных средствах автоматизации, некоторые узлы автоматики и тех­ нологической схемы требуют дополнительной разработки. В

10