книги из ГПНТБ / Амелин А.Г. Производство серной кислоты из сероводорода по методу мокрого катализа

вить в	газовой			смеси и отвести их затем	вместе с	отходящими
газами	в	атмосферу.
В производственных условиях процесс ведут без образования
тумана	в	2 —3		ступени, затем остатки паров серной кислоты
превращают			в	туман, который выделяют далее в фильтрах.
На	рис.		43	показана технологическая	схема	производства

серной кислоты из сероводородного газа низкой концентрации. По этой схеме построены две системы для получения серной кислоты методом мокрого катализа24.

Рис. 43. Схема производства серной кислоты из сероводородного газа низкой концентрации:

/_печь; 2—воздушный вентилятор; 3—теплообменник; 4—контактный аппарат; 5—барботаж- ный конденсатор; б—электрофильтр; 7—холодильник кислоты.

Сероводородный газ поступает в верхнюю часть печи 1. Одновременно сюда вводится воздух, подогретый в теплооб­ меннике 3 газами, выходящими из печи; дополнительный подогрев газа происходит за счет тепла контактирования в промежуточ­ ных теплообменниках контактного аппарата.

Окисление сероводорода в печи происходит на насадке из природного боксита, являющегося катализатором этого процесса. Окисление сернистого ангидрида в серный проводится в кон­ тактном аппарате 4 с промежуточным теплообменом; на полках

аппарата находится ванадиевая	контактная	масса.
По выходе из контактного	аппарата газ,	содержащий сер­

ный ангидрид и пары воды, направляется в горизонтальный барботажный конденсатор 5, где проходит через слой кислоты. При этом газ охлаждается и часть паров серной кислоты кон­ денсируется. Из первой камеры газ поступает во вторую, а затем в третью камеру конденсатора, где также барботирует через кислоту. Во второй камере происходит дополнительная кон­ денсация паров H2S04, так как температура кислоты здесь ниже, чем в первой камере. В третьей камере поддерживается сравни­

141

тельно низкая температура (ниже 100°) и пары серной кислоты конденсируются практически полностью; однако конденсация частично происходит в объеме с образованием тумана, который выделяется из газа в электрофильтре 6. Температуру в камерах барботажного конденсатора регулируют путем изменения коли­ чества подаваемой в них воды. При испарении воды поглощается большое количество тепла, что вызывает понижение температуры

в	камерах; пары воды вместе с отходящими газами отводятся
в	атмосферу.
	Основные технико-экономические показатели описанной уста­
новки мокрого катализа приведены		ниже:
	Концентрация H2S в поступающем газе,	% .......................	5,75
	Концентрация S02 в газе перед контактным аппаратом, %		2,53
	Степень контактирования, % ....................................................		97,7
	Температура газа на входе в контактный аппарат, °С . .		478
	Температура газа в контактном аппарате, °С

после первого слоя контактной массы.......................						542
перед вторым			слоем	»	»	449
после второго			слоя	»	»	468
перед третьим			слоем	»	»	440
после третьего слоя				»	»	448
Температура кислоты в конденсаторе, °С						230—240
в первой камере . ........................................................
во второй		»	........................................................			150—160
в третьей		»	.........................................................			90—100
Давление воздуха на входе в печь, мм pm. cm.................						100
Давление газа, мм. pm. cm.						71
перед контактным аппаратом					..........................................
после контактного аппарата					..........................................	52
перед	конденсатором .....................................................					52
после конденсатора.........................................................						11
Содержание H2S04 в отходящих газах ..........................., г/м3						-~0,2
Расход на 1	т серной кислоты					12,5
воды,	м3	...........................................................................
электроэнергии ................................................., квт -ч						117

Рис. 44. Схема от­ деления конденса­ ции с барботажным конденсатором:

/ —барботажиый кон­ денсатор; 2—электро­ фильтр; 3-холодиль­ ник кислоты.

142

Первоначальный вариант схемы процесса выделения серной кислоты на установке, использующей сероводородный газ низ­ кой концентрации, представлен на рис. 44.

В отличие от схемы, показанной на рис. 43, кислота, вы­ текающая из барботажного конденсатора, охлаждается в ороси­ тельных холодильниках. Для уменьшения коррозии труб холо­ дильника предусмотрена циркуляция кислоты: к кислоте, выте­ кающей из конденсатора, добавляется охлажденная оборотная кислота («ретур»), благодаря чему температура кислоты, посту­ пающей в холодильник, снижается.

Основная аппаратура

Печь для сжигания сероводородного газа низкой концентра­

	ции выполняется					в виде		стального	цилиндрического корпуса,
	футерованного изнутри огнеупорным); кирпичом (рис.									45). В верх­
	ней части печи (фонарь
	/) расположены два ря­
	да дюз 3. Вверхний ряд
	дюз поступает сероводо­
	родный газ, в нижний
	ряд дюз боЛьшего диа­
	метра—воздух. Серово­
	дородный газ смешива­
	ется с воздухом в коль­
	цевых	камерах			между
	верхним и нижним ряда­
	ми дюз и затем поступа­
	ет в	реакционное				про­
	странство печи.				камере
	В	кольцевой
	расположена небольшая
	горелка 2 генераторно-.
	го'газа, служащая для
	поддержания			процесса
	горения		сероводородно­
	го газа		(см.	'стр.		144).	Рис. 45. Печь для сжигания сероводородного
	На колосниковой ре­
								газа	низкой концентрации:
	шетке	из		шамотного / —фонарь печи; 2—горелка для генераторного газа; 3—
	кирпича в нижней части						дюзы; 4, 6—предохранительные мембранные клапаны: 5—
									бокситовая насадка.
	печи	помещается				бок­		размером 80—100 мм).
	ситовая		насадка		5 (куски					мембранным
	Сбоку		в	печи		имеется		патрубок,	снабженный

предохранительным клапаном 4, мембрана выполнена из листовой Стали толщиной 0,7 мм и листового асбеста.

На крышке печи также находятся четыре мембранных пре­ дохранительных клапана 6 диаметром 200 мм с мембраной тол­ щиной 0,3 мм.

143

Как показывает опыт, устойчивое горение сероводорода, возможно и без установки в печи дюз, при температуре газа после смешения не менее 350—380°.

При сжигании сероводородного газа низкой концентрации для предотвращения возможного затухания пламени в печи по­ стоянно сжигается небольшое количество генераторного газа. При перебоях поступления сероводородного газа или при сни­ жении концентрации H2S в газе горение факела генераторного газа способствует восстановлению нормального режима сжига­

ния сероводорода в печи.

5000

нм3/час

сероводородного

газа

Печь

для

сжигания

(6 % H.,S), что соответствует выработке около 40 т серной кис­

лоты

в

сутки,

имеет следующие размеры: диаметр нижней части

4 м,

верхней части 2 м, высота

печи 9,5

м,

высота

бокситовой

насадки

1,5

м.

k

Контактный аппарат.

Для

окисления серни­

стого ангидрида приме­

няются

контактные ап­

параты

с

промежуточ­

ным

теплообменом,

имеющие

такое

же

устройство, как кон­

тактные аппараты, при­

меняемые

в

производ­

стве

серной кислоты из

колчедана11. В контакт­

ном

аппарате находятся

только три полки с кон­

тактной массой, так как

концентрация

серни­

стого ангидрида в

газе

низкая.

показан

На рис. 46

трехслойный

контакт­

ный аппарат К-39 с про­

межуточным теплообме­

ном, работающий на од­

ной из установок' про­

изводительностью 40 т

серной кислоты в сут­

ки

при

концентрации

S02 в газе 2,5—2,7%.

Контактный

аппарат

представляет собой

ци­

Рис.

46.

Контактный аппарат

К-39:

линдрический,

футеро­

ванный

кислотоупор­

/ —контактная

масса; 2—трубчатый

теплообменник;

ным кирпичом котел с

3—пластинчатый теплообменник.

144

расширенной нижней частью. Между первым и вторым слоями контактной массы расположен трубчатый теплообменник 2, а между вторым и третьим слоем—пластинчатый теплооб­ менник 3.

Основные размеры и показатели работы контактного аппа­ рата:

Производительность, т H2S04 в с у т к и ...................				40
Диаметр, м				3,60
верхней части ..........................
нижней части....................................................				4,5
Общая высота, м .....................................			..................	11
Поверхность теплообмена, м-				705
верхнего теплообменника			..............................
нижнего теплообменника			..............................	30
Концентрация S02 в газе,		% ..................................	нм3/'час	2,7-
Объем перерабатываемого		газа,		14000
Количество контактной	массы, м1			4.8
в первом слое .................................................
во втором' с л о е .................................................				8,2
в третьем с л о е .................................................	массы на			8,2
Количество контактной			1 т H.,S04 в сут­
ки, л ........................................................................			%	530
Общая степень контактирования,				97,7
Газовый теплообменник	представляет собой			цилиндрический

котел с двумя решетками, в которые ввальцованы стальные цельнотянутые трубы. Нижняя камера теплообменника, в кото­ рую поступает из печи газ при температуре до 700°, футерована огнеупорным кирпичом.

Барботажный конденсатор по устройству сходен с барабанным концентратором, широко применяемым в отечественной промышлен­

ности для

концентрирования

серной

кислоты11.

Барботажный

конденсатор

представляет

собой

горизонтальный

цилиндриче-

кий

котел

из

листовой стали,

футерованный

кислотоупорным

кирпичом

(рис.

47).

Две

внутренние

перегородки

из

кислото­

упорного кирпича разделяют

аппарат

на три

отдельные

ка­

меры.

газ

поступает

в

первую

■Из контактного аппарата горячий

камеру

по трем барботажным

трубам

1

(dBH=500

мм)

из хро­

мистого

чугуна, погруженным в'кислоту.

Проходя

через слой

кислоты,

газ охлаждается,

при этом часть паров

конденсируется.

Из

первой

камеры

во вторую и

из

второй в третью

газ

по­

ступает

также

по трем барботажным термосилидовым коленам 2

(dBH=45G

мм),

вмонтированным в

перегородки

и

погруженным

в кислоту.

камере могут

быть изготовле­

■Барботажные трубы в первой

ны

также

из

т.ермосилида.

Вода или разбавленная серная кислота подается в конден-' сатор по кварцевым или термосилидовым трубам 3 либо посту­ пает через боковой патрубок, как в барабанных концентрйтбрах11. Кислота, накапливающаяся в третьей и во второй каме-

Ю А. Г. Амелин

145

pax, перетекает соответственно во вторую и первую камеры по каналам 4 в перегородках.

Для охлаждения серной кислоты, вытекающей из барботажного конденсатора, применяются холодильники различных типов.

Рис. 47. Барботажный конденсатор:

/ —барботажные трубы; 2—барботажные колена; 3—кварцевые или термосилидовые трубы для подачи воды; 4—каналы для перетока кислоты; 5—гильзы для термопар, 5

При использовании погружных змеевиковых холодильников,

выполненных из	стальных цельнотянутых труб (лучше трубы
из специальной	стали), внутри которых с большой скоростью

движется охлаждающая вода, достигается высокий коэффициент теплоотдачи от стенок трубы к воде. Благодаря этому температу­ ра стенки остается низкой, и кислота оказывает лишь незначитель­ ное коррозионное действие на трубы. Низкая температура стенок змеевиков объясняется еще тем, что скорость движения кислоты в погружных холодильниках незначительна, и поэтому коэффициент теплоотдачи от кислоты к поверхности труб невелик.

Как было отмечено, при конденсации в барботажных аппара­ тах основное количество тепла отводится не в холодильниках (как в обычных контактных системах сернокислотных заводов), а при испарении воды, что значительно проще и дешевле. Кроме того, в камеры конденсатора вместо воды можно подавать раз­ бавленную серную кислоту, концентрация которой-будет'повы­ шаться благодаря испарению воды вследствие выделения реак­ ционного тепла. Таким образом, барботажный конденсатор бу­ дет одновременно выполнять роль концентратора.

Подобное совмещение процессов имеет большое практическое значение, так как без дополнительных затрат достигается кон­ центрирование большого количества разбавленной серной ки­ слоты.

Основные размеры и показатели работы барботажного кон­ денсатора на одной из действующих установок мокрого катализа,

146

использующей		сероводородный		газ, который	содержит около
6 % H2S, приведены ниже:
Диаметр		конденсатора,	м	. ^		2,2
внутренний . .			. . , .
наружный..............................				... . . .		2,8
Длина конденсатора, м			.......................	■...................		12
Объем перерабатываемого газа, нм3/час ...............					14000
Концентрация S03 в газе, % ...................................						2,7
Температура таза, °С						430
перед конденсатором......................................
после первой камеры ......................................						240—250
	»	второй	» ■ . . . . . ........................			170
»		третьей	» ...................	. . . . .		100
Температура кислоты в камерах,				°С,		230—240
в первой				.......................
во		второй -............................................................				165
в	третьей............................................................					100
Концентрация кислоты в камерах, % H2S04						93,4
в первой............................................................
во		второй . . . .............................................				85
в	третьей ......................................................					30
Гидравлическое сопротивление аппарата, мм вод. cm.						650

Электрофильтр. Для выделения тумана из отходящих газов применяются типовые электрофильтры, такие же, как на установ­ ках концентрирования серной кислоты11.

Основные, размеры и показатели работы электрофильтра на одной из установок мокрого катализа, работающей на серово­ дородном газе низкой концентрации:

Общие размеры, м .........................................		4,75x4,34x10,59
Диаметр труб, м
внутренний.............................................		0,25
внешний		0,275
Длина труб, м ................................................		4,0
Количество труб, ш т .......................................		100
Общее сечение труб, м2 . . ................... .		4,9
Объем поступающего газа, нм3/ч а с ...............		14000
Температура газа,	° С .....................................	80
Скорость газа в трубах, м/сек........................		~ 1 ,0
Содержание H2S04	в отходящих из электро­
фильтра газах,	г/м3 ..................................	~ 0 ,2

КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

На различных стадиях производства серной кислоты из серо­ водорода систематически определяют следующие технологические показатели: температуру и количество газа, воздуха и кислоты; давление и разрежение газа и воздуха; содержание в газе серо­ водорода, сернистого ангидрида и паров воды; количество брызг и тумана серной кислоты в отходящих газах и др. В соответст­ вии с существующими требованиями11 систематически определяют содержание серной кислоты, твердого остатка, железа и других примесей в продукционной кислоте. Кроме того, проводятся различные периодические определения при обследовании отдель­

10* .

147

ных стадий процесса и аппаратов, а также анализы различных осадков, конденсатов и т. п.

При контроле производства используются многие методы, применяемые в контактном и нитрозном процессах производства серной кислоты из колчедана, серы и другого сырья11-25. Здесь описаны только те определения, которые являются специфичес­ кими для производства серной кислоты из сероводорода по методу мокрого катализа; приведены также некоторые замечания по отдельным анализам.

Для определения содержания сероводорода газ просасывают при помощи аспиратора последовательно через две поглотитель­ ные склянки, наполненные 0,1 н. раствором иода26. При этом

происходит		обесцвечивание		раствора иода:
			H2S +	J, -► 2HJ	S
Содержание сероводорода в газе					(в % объемн.) вычисляют
по	формуле:
			100- °г1,;12		(V,	4)
				V'
где	—количество		0,1 н.	раствора	иода, мл;	мл.
	V —объем газа,		приведенный к нормальным условиям,
При наличии в газе сернистого ангидрида он окисляется
иодом по		реакции:

SOa + J2 + 2Н20 = 2HJ -I- H2S04

В этом случае по формуле (V, 4) вычисляют суммарное содер­ жание H2S + S 0 2.

Для раздельного определения H2S и S02 раствор из поглоти­ тельной склянки после пропускания пробы газа (раствор мут­ неет вследствие выделения серы) титруют 0,1 н. раствором щелочи в присутствии метилоранжа. Содержание S0.2 (в % объемн.) определяют по формуле:

		100		Д И -12
Содержание H2S	(в	%	объемн.) составляет:
		jop		5'2)’ 1-1^
где у ,—количество	0,1	н.	щелочи, израсходованной на титрова­

ние, мл.

При определении содержания S02 в газе после сжигания сероводорода газ пропускают через поглотительные склянкц с раствором иода. В этом случае по расчетной формуле можно определить содержание S02 в % объемн. в пересчете на сухой газ25. Для определения истинного содержания S 02 в газе в расчет­

148

ную формулу вводится дополнительный множитель К, определяе­ мый по уравнению

X = ___ 1___

4 1-1-0,Old

где d —содержание паров воды в газе, % объемн.

С учетом присутствия паров воды содержание SO, в газе будет ниже. Содержащиеся в газе пары воды создают затрудне­ ния при определении степени контактирования. Эти затруднения вызываются присутствием солей железа, которые образуются вследствие коррозии железной трубки* под действием конденси­ рующихся паров серной кислоты. На окисление этих солей рас­ ходуется иод, поэтому результаты анализа на содержание сернис­ того ангидрида получаются завышенными. Для устранения коррозии следует заменять железные трубки стеклянными, про­

пуская их вглубь	газохода.
В центральной	заводской лаборатории Днепродзержинского

азотнотукового завода разработан прибор для автоматического определения содержания сероводорода в газе. Этот способ основан на измерении относительного уменьшения электропро­ водности водного раствора уксуснокислого цинка при прохож­ дении через него газа, содержащего сероводород. Поглощение сероводорода происходит по реакции:

Zn(CH3COO)2 + H.S = ZnSJ, -f 2СН3ССОН

Электропроводность поглотительного раствора уменьшает­ ся вследствие образования слабо диссоциированной уксусной ки­ слоты и выпадающего в осадок ZnS.

Замер электропроводности производится методом компен­ сации (выравнивания) при помощи моста переменного тока. Метод не дает прямого отсчета концентрации сероводорода, так как измеряется относительное увеличёние электрического сопро­ тивления рабочей ячейки (по отношению к постоянному сопро­ тивлению стандартной ячейки).

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

Технологическая схема производства серной кислоты из сероводорода методом мокрого катализа значительно проще схем производства серной кислоты из колчедана, серы и других видов твердого содержащего серу сырья. Благодаря этому сущест­ венно упрощается регулирование процесса мокрого катализа.

Особенно упрощается стадия получения сернистого ангидри­ да, так как транспортировка, дозировка, анализ и сжигание га­ зового сырья значительно проще и легче, чем твердого или жид­ кого сырья.

* Трубка для отбора проб газа.

149

Регулирование процесса получения серной кислоты из серо­ водорода значительно проще еще й потому, что в данном случае не требуется специальной очистки газа, необходимой при произ­ водстве серной кислоты из колчедана.

Указанные особенности производства серной кислоты ме­ тодом мокрого катализа весьма облегчают применение автома­ тических методов контроля и регулирования процесса, В настоя­ щее время все основные узлы этого производства автоматизиро­ ваны27 28. Ведутся работы по осуществлению комплексной авто­ матизации всего технологического процесса.

Автоматизация производства серной кислоты из сероводородного газа высокой концентрации

Производительность цеха мокрого катализа определяется ко­ личеством поступающего из отделения сероочистки сероводород­ ного газа и концентрацией в нем сероводорода. Содержание серы в сырье, используемом при производстве горючих газов, может изменяться, соответственно будет изменяться и содержание серо­ водорода в газе, поступающем на установку мокрого катализа. В связи с этим в схеме автоматизации процесса производства серной кислоты методом мокрого катализа должны быть учтены возможные колебания количества поступающего сероводород­ ного газа и содержания в нем сероводорода.

Обычно содержание H2S в сероводородном газе колеблется в сравнительно небольших пределах, что очень облегчает регули­ рование процесса сжигания сероводорода. К тому же сероводо­ родный газ значительно разбавляют воздухом, поэтому неболь­ шие колебания концентрации H2S в сероводородном газе после раз­ бавления его воздухом и сжигания сероводорода еще меньше влияют на изменения концентрации сернистого ангидрида в газе после печи.

На рис. 48 изображена схема автоматизации процесса произ­ водства серной кислоты из сероводородного газа высокой кон­ центрации.

Регулирование процесса сжигания сероводорода состоит в следующем. Регулятор а поддерживает определенное соотно­ шение между количеством поступающих в печь сероводородного газа и воздуха. При изменении содержания H2S в сероводородном газе изменяется температура газа, выходящего из печи. Термо­

пара, измеряющая температуру газа после печи,	воздействует
при помощи соответствующих устройств на регулятор а, который
увеличивает или уменьшает количество воздуха,	добавляемого

на единицу объема сероводородного газа. Таким образом под­

держивается	заданная концентрация сернистого ангидрида в
газе после	печи.

Постоянная температура газа на входе в контактный аппарат поддерживается благодаря воздействию термопары, измеря­

ло