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

ющей згу температуру, на клапан, регулирующий количество добавляемого к газу воздуха. Для поддержания заданной темпе­ ратуры газа на входе во второй, третий и четвертый слои кон­ тактной массы термопары, при помощи которых производятся замеры этих температур, воздействуют на соответствующие кла­ паны, ^регулирующие количество добавляемого к газу воздуха.

Рис. 48. Схема автоматизации производства серной кислоты из сероводород­ ного газа высокой концентрации:

1—воздушный вентилятор; 2—печь; 3—паровой котел-утилизатор; 4—контактный аппарат; 5—башня-конденсатор; б—электрофильтр; 7—оросительный холодильник; 8—сборник кислоты; а—регулятор соотношения H2S и воздуха: б—регулирующие клапаны; в—термопары; г—регу­

ляторы уровня.

Температуру газа, поступающего в контактный аппарат, целесо­ образнее регулировать путем изменения количества горячего газа, входящего в этот аппарат через байпас, минуя паровой хотел. Этот способ пока .не осуществляется из-за отсутствия вентилей для газа, имеющего температуру около 1000°.

Постоянство температурного режима процесса выделения сер­ ной кислоты в башне-конденсаторе 5 (рис. 48) поддерживается путем воздействия термопары, измеряющей температуру ороша­ ющей кислоты, на клапан, регулирующий количество воды, подаваемой на орошение холодильника 7. Регулирование коли­ чества кислоты, передаваемой на склад, достигаемся воздействием регулятора г уровня кислоты в сборнике <9 „на клапан, изменяющий количество выводимой из системы кислоты.

При сжигании сероводородного газа в печи, совмещенной с котлом-утилизатором, схема регулирования процесса сжига­ ния сероводорода несколько изменяется. В этом случае коэффи­ циент избытка воздуха должен автоматически поддерживаться близким к единице. На рис. 49 представлена схема автоматиза­ ции, разработанная для такого процесса.

Постоянство подачи в печь строго определенного количества воздуха определяется тем, что разность температур газа после

151

камеры дожигания 2 и после печи 1 автоматически поддержи­ вается на уровне 30°. Регулятор температуры 6 воздействует на регулятор соотношения а, в результате чего изменяется количество поступающего в печь воздуха.

Рис. 49. Схема автоматизации процесса сжигания сероводорода в печи, совме­ щенной с котлом-утилизатором:

1—печъ; 2—камера дожигания; 3—камера смешения; 4—вентилятор; 5—отделитель водяных брызг; 6~регулятор температуры; а—регулятор соотношения H 2S и воздуха; б—регулирующие

клапаны; б—термопары: г—регулятор уровня; б—регулятор давления.

Автоматизация производства серной кислоты и з сероводородного газа низкой концентрации

. При использовании сероводородного газа низкой концентра ции поступающий в печь воздух предварительно подогревается в наружном теплообменнике и в промежуточных теплообменни­

ках контактного аппарата, поэтому схемы			автоматизации		про­
цессов сжигания	H2S и	контактирования	следует рассматри­
вать как одно целое. По схеме, изображенной на рис.				50,	пред­
усматривается автоматическое регулирование			заданного	техноло­
гического режима	всего	процесса производства.

Регулятор а поддерживает постоянное соотношение между количеством поступающих в печь сероводородного газа и воз­ духа. При изменении концентрации H2S в сероводородном газе соответственно изменяется концентрация сернистого ангидрида в газе после печи и, следовательно, изменяется температура этого газа. Изменение температуры используется для поддержа­ ния постоянной концентрации газа, достигаемой в результате воздействия термопары (измеряющей температуру газа после

152

печи) на регулятор соотношения а. При этом соответственно изменяется количество подаваемого в печь воздуха.

С повышением концентрации H2S в сероводородном газе уве­ личивается количество тепла, выделяющегося в печи, и соот­ ветственно повышается температура газа после печи, что может вызвать усиление коррозии труб наружного теплообменника.

Рис. 50. Схема автоматизации производства серной кислоты из серово­ дородного газа низкой концентрации:

/ —печь; 2—воздушный вентилятор; 3—теплообменник; -/—контактный	аппарат; 5—бар-
ботажный конденсатор; б-—электрофильтр; 7—холодильник кислоты;	а—регулятор со­

отношения 'НгЗ и воздуха; б—регулирующие клапаны; е—термопары; г—регулятор уровня; б—расходомер.

При повышении температуры газа регулятор соотношения а воздействует на регулирующий клапан б; количество подогретого воздуха, выбрасываемого в атмосферу, увеличивается, в ре­ зультате чего возрастает количество воздуха, поступающего в систему, и,-следовательно,, понижается его температура на вхо­ де в печь.

Заданная температура газа на входе в контактный аппарат поддерживается следующим образом. Термопара, измеряющая эту температуру, воздействует на клапан, регулирующий до­ бавление атмосферного воздуха к газу, выходящему из наруж­ ного теплообменника 3. При постоянной температуре газа на входе в контактный аппарат и незначительном изменении концентра­ ции S0.2 в газе температурный режим во втором и третьем слоях контактной массы может изменяться в незначительных пределах. Поэтому необходимость установки регуляторов температуры

вэтих сдоях отцадает, тем более что с изменением концентрации H.2S в сероводородном газе изменяется количество поступающего

всистему воздуха, это устраняет возможность существенных колебаний установленного температурного режима в последних слоях контактной массы.

Поскольку состав поступающего сероводородного газа из­ меняется незначительно, концентрация серной кислоты в кон­

денсаторе зависит прежде всего от температуры кислоты в каж­ дой камере конденсатора. Температура кислоты в конденсаторе определяет также полноту конденсации паров серной кислоты. Таким образом, задача регулирования работы барботажного конденсатора состоит в поддержании температуры кислоты на определенном уровне. Это достигается путем воздействия термо­ пар, измеряющих температуру кислоты в каждой камере кон­ денсатора, на клапаны, регулирующие поступление воды в эти камеры29.

Постоянство температуры кислоты, перекачиваемой на склад, достигается благодаря тому, что термопара, измеряющая темпе­ ратуру этой кислоты, воздействует на клапан, который регули­ рует подачу воды в змеевики холодильника кислоты. В схеме,, показанной на рис. 50, количество передаваемой на склад кисло­ ты контролируется при помощи регулятора уровня г, которой воздействует на соответствующий клапан б.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСТАНОВОК МОКРОГО

КАТАЛИЗА

Основные технико-экономические показатели производства серной кислоты из сероводорода зависят прежде всего от кон­ центрации сероводорода в перерабатываемом сероводородном газе. Чем ниже концентрация сероводорода, тем больший объем перерабатываемого газа приходится на, единицу веса продук­ ционной серной кислоты и, следовательно, тем больше размеры и стоимость основных аппаратов, дороже их обслуживание,

больше	расход электроэнергии и т. д.
На	всех действующих установках мокрого катализа коэффи­

циент использования серы, содержащейся в сероводородном газе,

используемом в производстве серной кислоты, весьма					высок.
При переработке сероводородного			газа высокой	концентрации
он составляет	96—98%,	в случае	использования	газа	низкой
концентрации	95—97%.	Небольшие потери серы		обусловлены

неполнотой окисления сернистого ангидрида в серный на катали­ заторе и утечкой кислоты в холодильниках. Потери серы вслед­ ствие неполноты выделения серной кислоты настолько малы, что обычно не учитываются.

В табл. 30 приведены основные показатели работы установок мокрого катализа, работающих на сероводородных газах различ­ ной концентрации.

Из данных табл. 30 следует, что при использовании серово­ дородного газа высокой концентрации достигаются более высо­ кие технико-экономические показатели, чем на установках, Пере­ рабатывающих газ с низким содержанием H3S.

Себестоимость серной кислоты, получаемой из сероводорода, определяется главным образом расходами по очистке газа, кото­ рые могут быть отнесены на стоимость горючего газа или на

154

							Т а б л и ц а 30
Технико-экономические			показатели производства серной кислоты из сероводорода
	Показатели					На сероводородном	На сероводородном
						газе высокой	газе низкой
						концентрации	концентрации
							г
Концентрация H2S b перерабатываемом						88,1	5,75
газе,	% .............................................
Концентрация S02 в газе				перед	кон-	5,3	2,53
тактным аппаратом, % ...................
Степень контактирования,				%	. . .	97,7	97,7
Коэффициент использования серы,					%	97	96
Общее	гидравлическое		сопротивление			.700	1700
аппаратуры, мм вод.			ап. . . . . . .
Концентрация кислоты,			%	H2S04 . .		93,0	93,4
Расход на 1 т серной кислоты						59	117
электроэнергии, квт-ч ................
воды, Ж3 .		.................................				1,84	12,5
Количество пара,		получаемого на 1 т				0,8
серной кислоты,		т ...........................					—

стоимость сероводорода. Поскольку удаление сероводорода из газа производится для улучшения качества горючих газов, рас­ ходы по извлечению сероводорода обычно относят на стоимость горючего газа. Таким образом, цехи мокрого катализа получают по существу бесплатный сероводородный газ.

Небольшой расход воды при получении серной кислоты из сероводородного газа высокой концентрации объясняется ис­ пользованием для оросительных холодильников «оборотной» воды, поступающей из градирни; свежая вода расходуется только на пополнение потерь. Однако в этом случае на перекачивание воды затрачивается дополнительное количество электроэнергии.

В табл. 31 приведены элементы заводской себестоимости серной кислоты, получаемой из сероводородного газа высокой и низкой концентрации. Себестоимость серной кислоты, полу­ чаемой из сероводородного газа высокой концентрации, более чем в два раза ниже себестоимости серной кислоты, получаемой

из	сероводородного		, газа	низкой			концентрации.		Наиболь­
шую долю		расходов	составляют			затраты на электроэнергию,
зарплату, текущий			ремонт	и	расходы,			связанные	с аморти­
зацией.
	Себестоимость серной кислоты, получаемой из сероводорода,
значительно		ниже себестоимости				серной		кислоты,	получаемой
из	колчедана ц серы		(ср. табл.		1,	стр.	7	и табл. 31,	стр. 156),

прицем в случае использования сероводородного газа высокой концентрации серная кислота обходится почти в три раза дешевле

кислоты	из колчедана.
Стоимость переработки колчедана на серную кислоту (табл. 1)
70 руб.	42 коп., а серы—81 руб.	56 коп. Из сравнения
этих цифр с данными табл. 31 следует,		что стоимость переработ-

155

			Т а б л и ц а 31
Элементы себестоимости 1 т серной кислоты, получаемой из сероводорода
(в пересчете на 100%-ную. H2SOj)
	На сероводородном		На сероводородном
_ Статьи расхода	газе высокой		газе низкой
	концентрации		концентрации
	(88,1% H2S)		(5,75% H2S)
Вода ..................................................	1,57		4,01
Электроэнергия ..................................	6,73		14,73
Пар ......................................................	—		3,00
Зарплата и начисления .......................	8,79		37,74
Амортизация..........................................	18,12		50,98
Текущий рем онт...................................	5,56		16,45
Прочие расходы ...................................	5,64		0,60
Общезаводские расходы .......................	7,09		6,76
Себестоимость . . .	53,50	руб.	133,17	руб.

ки сероводородного газа высокой концентрации на серную кис­ лоту ниже стоимости переработки колчедана и серы.

Если же все расходы по извлечению сероводорода отнести на стоимость серной кислоты и считать, таким образом, очистку

газа бесплатной, тогда	себестоимость	серной		кислоты	составит
260 руб. (см. табл. 13,	стр. 33), т.	е.	превысит себестоимость
серной кислоты, получаемой из колчедана.
Капиталовложения	в строительство		сернокислотного цеха
на 1 т серной кислоты в год составляют (в				руб.):
При использовании сероводорода (по схеме, показанной
на рис. 30, стр. 120).....................................................				133
При использовании флотационного колчедана...............				260
При использовании природной с е р ы ..............................				120
По данным зарубежной практики18' 20, капитальные					затраты

на строительство установок мокрого катализа окупаются весьма быстро: для установок суточной производительностью 20 т сер­ ной кислоты—в течение Н/4 года, а для установок производи­ тельностью 10 т в сутки—за 2 года. Рентабельными считаются даже установки, вырабатывающие 5 т серной кислоты в сутки,

так как

капитальные

затраты на

строительство

их окупаются

в течение

первых пяти лет

эксплуатации

установок.

ЛИТЕРАТУРА

1.

И.

Е.

А д ад у р о в ,

Д.

В. Г е р н е т, ЖХП, 8,

№ 18,

12 (1931),

2.

S c h u m a c h e r ,

Jnd. Chim.,

№ 243,

757

(1934).

3.

W.

S i e k e,

Chem.

Fabrik,

43/44,

415

(1935).

герм.

пат.

606235 от

4.

Chem. Fabrik,

№ 8,

78

(1935);

№ 8,

99

(1939);

18/X1I 1931 г. и 607017 от 11/Ш 1933 г.; М. С. Л и т в и н е н к о , Аннотированные обзоры литературы по получению серы и серной кис­ лоты из сероводорода коксового газа, Главкокс НКЧМ СССР, Харьков , 1939 и 1940.

156

' 5.	А.	Г.	А м е л и н,		А.	И. Б а р а н о в ,	Б. Т. В а с и л ь е в , Хим.
6. А.		про.м.	№ 8, 5 (1955).
		П.	С е р г е е в ,		Сб. «Очистка коксового газа от сероводорода», Сооб­
7.	А.	щения Гипрококса, вып. XVII, стр. 43,					Металлургиздат, Харьков, 1956.
		Г.	А л е л и	н,	Бюллетень технико-экономической информации Гос-
		техники СССР,		№	4	(1957).

8. М. С. Л и т в и н е н к о , Т. К. Т а л а л а е в, Б. О. К у л и к о в,

9.

П.

И.

И.

Б е р н а ц к и й,

Кокс и химия, № 2, 48 (1955).

М.

Г а р.д е н и н,

М.

М.

Л я м и н ,

Сб. «Очистка коксового газа

от сероводорода», Сообщения Гипрококса,. вып. XVII, стр. 5, Металлург­

10.

издат, Харьков, 1956..

Справочник сернокислотчика, под ред. К. М. Малина и К- А. Полякова,

,11. А.

Госхи.миздат, 1952.

серной

кислоты,

Госхпмиздат, 1956.

Г.

А м'е л и и,

Производство

12.

А.

П.

С е р г е е в ,

Авт. свид. №

110578

от

7, XII

1955 г.

13.

Г.

К-

Б о р е е

к о в,

Катализ

в производстве серной кислоты, Госхи.м­

14.

А.

издат,

1954.

М.

Н.

Л е в и н ,

М.

А.

Г у р ф и н к е л ь,

П.

А н д р и а н о в ,

15.

А.

Хим. пром., № 11,

19

(1950).

производств,

3..

Г о м е л ь с к и й,

Аппаратчики коксохимических

16.

Металлургиздат, Харьков—Москва, 1953.

Chemische Techn., Anorg. Teil, II, AUinchen, 1950.

17.

Chem.

Ind.

and

Eng.,

№ 2, 53 (1956).

18.

J.

H.

W i l l i a m s ,

Koks

u. Gas, № 2, 61 (1954).

19.

Godofredo

Senchez Marco,

Ion,

16,

№

181,

461

(1956).

20.

R.

J о f f r e,

Paliva,

№

2,

14

(1957).

№ 9,

372 (1956).

21.

A. H o f f m a n n ,

Gas u. Wasserfach,

22.

А.

Г.

А в е л и

н,

Авт. свид. №

105414 от 12/11

1940 г.

23.

А. Г.

А м е л и н , Авт.

свид. № 105725 от 26/XII

1949 г.

промышлен­

24.

С. А.‘ Д ж а б а д з е ,

Е.

И. Р у д и н с к и й,

Газовая

25.

ность,

№

1,

16

(1958).

Б а л е е в,

Е.

Б.

Б р у ц к у с,

А. Г.

А м е л и н , А.

В.

Ф.

Н.

К е л ь м а н

и

др.,

Методы анализа и контроля

производства

26.

серной кислоты и суперфосфата, Госхиыиздат, 1955.

А. В.

А в д е е в а ,

Н.

Газовая сера,

Госхимиздат,

1950.

пром., № 5, 1

27.

А. Г.

А м е л и н,

Н.

Ш у м и л о в с к и й,

Хим.

28. С.

(1956).

Научно-информационный

'

И.

Б е р н ш т е й н,

Бюллетень НИУИФ

' 29.

Л.

№

1,"

Госхимиздат,

1956.

Г.

П л и с к и н,

Статья в сборнике «Автоматизация химической

промышленности»,

Изд.

АН

СССР,

1955.

Г Л А В А VI

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДА

Усовершенствование технологической схемы производства сер­ ной кислоты из сероводорода, количество которого (извлекаемое из горючих газов) будет непрерывно возрастать, имеет большое практическое значение, так как позволит снизить, себестоимость получаемой кислоты и капитальные затраты при строительстве установок мокрого катализа.

Весьма целесообразно, например, широко распространить опыт совмещения печи и котла-утилизатора в одном аппарате (см. рис. 39 и 49), так как при этом сокращается количество ап­ паратов и уменьшаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Поскольку сероводород не оказывает вредного влия­ ния на ванадиевую контактную массу и окисляется на ней до серного ангидрида, еще больший интерес представляет объеди­ нение в одном аппарате печи, котла-утилизатора и контактного аппарата (предложение К. А. Малина). Однако такое объеди­ нение сопряжено с трудностью отвода тепла в начальной стадии процесса, так как на первом слое катализатора будет выделяться все тепло окисления H2S до S0.2 [123,94 шали-мол, см. уравнение (III, 1)] и значительная часть тепла окисления S02 до S03 [см. уравнение (III, 2)]. Но при использовании контактных аппара­ тов с охлаждением труб, заполненных контактной массой, специаль­ ными хладоагентами может стать осуществимым окисление сероводорода до серного ангидрида с одновременным получением пара высокого давления.

Указанное совмещение процессов может получить практиче­ ское применение в первую очередь при переработке сероводо­ родного газа низкой концентрации, причем первую стадию про­ цесса целесообразно проводить на катализаторе с низкой тем­ пературой зажигания. Значительное повышение температуры в начале процесса будет в этом случае благоприятствовать оки­ слению сернистого ангидрида на ванадиевом катализаторе в конце процесса.

Весьма перспективно применение кислорода в производстве серной кислоты из сероводорода, особенно при высокой кон­ центрации H2S в газе, так как в этом случае концентрация сер­ нистого ангидрида в газе после печи значительно повышает-

158

ся, . что приводит к соответственному увеличению производи­ тельности аппаратуры. При этом существенно улучшается так­

же	использование		тепла.	сернистого ангидрида
и	Реакция	окисления сероводорода до
	окисление	S02	до серного ангидрида	сопровождается умень­

шением объема газа, поэтому применение повышенного давления увеличивает скорость этих процессов. При повышении давления возрастает также скорость процесса конденсации паров серной кислоты. В связи с этим проведение всего процесса получения серной кислоты из сероводорода при' повышенном давлении является эффективным, особенно при замене воздуха кислородом. 1 Сероводородный газ, поступающий из отделения сероочи­ стки, отличается высокой чистотой, поэтому на установках мок­ рого катализа возможно получение аккумуляторной и реак­ тивной серной кислоты, что позволит значительно повысить 'рентабельность производства, так как оптовая цена на серную кислоту этих сортов более высокая, чем на купоросное масло, предназначенное для технического использования. Например, оптовая цена на аккумуляторную серную кислоту сорта А почти на 46/6 выше оптовой цены на купоросное масло контактных систем1.

Увеличение размеров капель тумана и уменьшение туманообразования в башне-конденсаторе

Важнейшей задачей в производстве серной кислоты из се­ роводорода по методу мокрого катализа является усовершен­ ствование способов очистки отходящих газов от тумана серной кислоты. Применяемые для этой цели электрофильтры являются сложными и дорогостоящими аппаратами2, поэтому целесооб­ разно заменять их более дешевыми аппаратами: пористыми филь­

трами,	пенными аппаратами3, турбулентными фильтрами4-5 и др.
Как	отмечалось в	главе V (стр.		137),	на ряде	промышлен­
ных установок выделение тумана из газа					после	конденсато­
ров уже проводится		в	пористых и	турбулентных фильтрах. В
некоторых работах		и	патентах6-11	описываются		различные

конструкции аппаратов, в которых туман выделяется путем пропускания газа через пористые перегородки из керамики, спекшегося стеклянного порошка, стеклянной и другой ткани, войлока и др. Однако в пористых фильтрах и других аппаратах, действие которых основано на использовании принципа инер­ ционного осаждения и центробежной силы, создается большое гидравлическое сопротивление. Причем с уменьшением размера капель тумана необходимы более плотные фильтры, в которых создается большое гидравлическое сопротивление.

С увеличением размера частиц аэрозолей скорость выделе­ ния их из газовой смеси в любых фильтрах значительно возра­ стает. Скорость движения частиц диаметром более 2 ji в электри­

159

На склад

Газ

Рис. 51. Схема регулирования тем­ пературы в башне-конденсаторе:

1—башня-конденсатор; 2—холодильник ки­ слоты: 3—сборник кислоты: 4—насос:

5—вентиль.

ческом поле пропорциональна их диаметру, скорость движения частиц под действием центробежной силы пропорциональна квадрату диаметра, влияние размера частиц на скорость их осаждения под действием инерционных сил еще более значитель­ но. В связи с этим конденсацию паров серной кислоты целесо­ образно проводить в таких условиях, при которых возможно-

большее количество серной ки­ слоты конденсируется на поверх­ ности и образуются крупные ка­ пли тумана (если образование его неизбежно). Для этого пере­ сыщение пара, возникающее в процессе конденсации паров сер­ ной кислоты, доЛжно быть, воз­ можно меньшим, что наиболее просто достигается повышением температуры поверхности конден­ сации.

При конденсации паров сер­ ной кислоты в башне с насадкой температура поверхности кон­ денсации может быть повышена путем уменьшения количества ки­ слоты, подаваемой на орошение башни, или повышением темпе­ ратуры этой кислоты. В первом случае температура поверхности конденсации повышается вслед­ ствие большего разогрева кисло­ ты в нижней части башни, т. е.

в начальной стадии процесса, когда происходит конденсация паров серной кислоты в объеме.

На рис. 51 изображена схема конденсации паров серной кис­ лоты в башне, на орошение которой направляется только часть серной кислоты, подаваемой насосом, остальная кислота смеши­ вается с кислотой, вытекающей из башни. В этом случае темпе­ ратура кислоты, вытекающей из башни, повысится, но в ороситель­ ный холодильник кислота будет поступать при той же темпера­ туре, что и в обычной схеме работы башни. Температура кисло­

ты,	вытекающей	из башни, регулируется	при помощи		вентиля
5: чем больше он открыт, тем меньше кислоты подается				на ороше­
ние	и тем выше	температура кислоты	на выходе	из	башни.

С уменьшением количества орошающей кислоты температура га­ за после башни несколько повысится (в результате уменьшения среднелогарифмической разности температур), но при увеличе­ нии поверхности насадки температура газа на выходе из башни может остаться такой же, как и при подаче всей кислоты на ороше­ ние башни.

160