Sieros rūgšties gamybos „dviguba konversija, dvigubos absorbcijos“ procesas vis dar sukuria taip turinčias uodegos dujas (paprastai 500–1000 mg/m 12). Tiesioginė emisija lengvai sukelia rūgščių lietų, todėl uodegos dujų apdorojimas yra būtinas kontaktiniam procesui.
Žaliavos išankstinis apdorojimas: priemaišų pašalinimas, siekiant užtikrinti vėlesnį proceso stabilumą
Pirmasis sieros rūgšties gamybos kontaktinio proceso žingsnis yra išankstinis apdorojimas žaliavos, kurių pagrindinis tikslas yra pašalinti priemaišas iš žaliavų, kad būtų išvengta apsinuodijimo katalizatoriumi, įrangos korozija ar nestandartinio produkto grynumu vėlesniuose procesuose. Išankstinio apdorojimo metodai labai skiriasi priklausomai nuo žaliavų: jei kaip žaliava naudojama siera, kieta siera pirmiausia siunčiama į lydymosi baką ir ištirpsta į skystą sierą 130–150 laipsnių temperatūroje.
Tada per filtrą pašalinamos mechaninės priemaišos (tokios kaip nuosėdos ir anglies dalelės), o smulkios dalelės dar labiau atskirtos ciklono separatoriumi, kad būtų užtikrintas sieros patekimo į kitą žingsnį grynumas yra didesnis arba lygus 99,9%. Jei priimamas „Pirite“ (pagrindinis komponentas), pirmiausia reikia atlikti sutraiškymo ir atrankos procesus, kad piritas suskaidytų į vienodas 8–15 mm dalelių daleles. Tuo pačiu metu magnetinis separatorius pašalina metalines priemaišas, tokias kaip geležies paraiškos, kad būtų išvengta geležies oksidų, susidarančių vėlesnio skrudinimo metu, neslidinant prie vidinės įrangos sienos ar blokuojančių vamzdynų. Jei žaliavos yra lydymo išmetamųjų dujų (pvz., So₂ turinčių išmetamųjų dujų dujų, gaminamų vario, švino ir cinko lydymo procese), pirmiausia reikia nuimti dulkes (naudojant elektrostatinį nusodintuvą ar maišo filtrą, kad pašalintumėte dulkių daleles), pašalinti dulkių daleles), pašalinti „ARSENIC“, naudojant aktyvių sklandytuvus) ir sunkiojo metalo pašalinimą (pvz. dervos mainų metodas), siekiant užkirsti kelią dūmtakio dujų priemaišoms, neturėdamas įtakos katalizatoriaus aktyvumui. Išankstinio gydymo žaliavų kokybė tiesiogiai lemia vėlesnių procesų stabilumą. Pvz., Jei pirito arseno kiekis yra per didelis, jis sukels nuolatinį paslėptą vanadžio katalizatorių. Todėl išankstinio gydymo jungtis turi griežtai kontroliuoti priemaišų kiekį, paprastai reikalaujant kenksmingų elementų, tokių kaip arsenas ir selenas, kiekis žaliavose yra mažesnis arba lygus 0,05%.
Sieros dioksido paruošimas: pagrindinė reakcijos jungtis, skirta generuoti pagrindines proceso žaliavas
Sieros dioksidas (SO₂) yra pagrindinė tarpinė žaliava, skirta sieros rūgšties gamybai per kontaktinį procesą. Paruošimo ryšiui reikia pasirinkti atitinkamą proceso kelią pagal žaliavos tipą, kad būtų užtikrintas SO₂ išėjimas ir grynumas, patenkinti vėlesnės oksidacijos poreikius. Kai siera naudojama kaip žaliava, rafinuota skysta siera siunčiama į sieros degiklį, sumaišytą su suspaustu oru, kuris buvo išdžiovinamas (naudojant koncentruotą sieros rūgštį džiovinimui, kad drėgmė būtų išvengta tolesnių reakcijų) proporcingai (oro perteklius 1,05–1,1) ir kaitinama.
Šios reakcijos konversijos koeficientas gali pasiekti daugiau nei 99,8%, o generuojamų SO₂ dujų koncentracija yra maždaug 10–12%(tūrio dalis). Tuo tarpu išleista šiluma gali būti naudojama garui generuoti energijos atkūrimui. Jei piritas naudojamas kaip žaliava, iš anksto apdorotos pirito dalelės siunčiamos į skystą lovos skrudintuvą (verdančios krosnies), o skrudinimo reakcija atliekama su oro pertekliumi 650–850 laipsnių temperatūroje: 4FES₂ + 11 o₂ → 2Fe₂o₃ + 8, tai ₂ + šiluma. Skrudinimo metu oro srauto greitį turi kontroliuoti ventiliatorius, kad pirito dalelės būtų virimo būsenoje, užtikrinant pakankamą reakciją. Generuoto SO₂ koncentracija yra apie 7–9%, o šalutinį geležies oksidą (šlaką) galima atkurti kaip geležies gamybos žaliavą. Virpinimo išmetamųjų dujų žaliavų metu iš anksto apdorotos išmetamųjų dujų dujos siunčiamos į desorbcijos bokštą, o mažos koncentracijos SO₂ (paprastai 1%-5%) išmetamųjų dujų dujose sukoncentruojamos iki 8%-10%, per praskiestą sieros rūgšties desorbciją arba pirolizės procesą, o tai reiškia, kad reikia koncentracijos po sekimo katalitinei oksidacijai. Nepriklausomai nuo naudojamos žaliavos, sugeneruotas SO₂ dujas turi aušinti šilumos atliekų katilu (nuo 800–1000 laipsnių iki 300–400 laipsnių), o šiluma atkuriama, kad būtų galima generuoti vidutinio slėgio garą, o tai ne tik sumažina tolesnės įrangos šilumos atsparumo reikalavimus, bet ir įgyvendina energijos perdirbimą.
Katalitinė sieros dioksido oksidacija: Kontaktinio proceso šerdis, kad būtų galima paversti konvertavimą iš So₂ į So₃
Sieros dioksido katalizinė oksidacija yra pagrindinė jungtis kontaktiniam sieros rūgšties gamybai. Jo esmė yra oksiduoti SO₂ iki sieros trioksido (SO₃) veikiant katalizatoriui, o šios reakcijos konversijos koeficientas tiesiogiai lemia sieros rūgšties ir išmetamųjų teršalų emisijos rodiklius. Šiuo metu vanadžio katalizatoriai (pagrindinis komponentas V₂O₅, Carrier SiO₂, promotoriai K₂so₄ ir Na₂so₄) yra plačiai naudojami pramonėje dėl jų didelio aktyvumo, gero selektyvumo ir ilgo aptarnavimo laiko (paprastai 3–5 metų). Reakcija atliekama keitiklyje (kelių pakopų adiabatinis fiksuoto lovos reaktorius), naudojant „dviejų pakopų konvertavimo ir dviejų pakopų absorbcijos“ procesą: Pirmojo konversijos metu aušinamos SO₂ dujos (turintys O₂) patenka į pirmąjį keitiklio katalizatoriaus lovą, o reakcija įvyksta 400–450 laipsnių temperatūroje: 2SO₂ + O₂ ⇌ ⇌ 2SO +. Kadangi ši reakcija yra egzoterminė, lovos temperatūra pakils iki 550–600 laipsnių, viršijant optimalią katalizatoriaus aktyvią temperatūrą. Todėl dujos turi būti atvėsinamos iki 400–420 laipsnių per tarpinį šilumokaitį, prieš įeinant į antrą katalizatoriaus lovą tolesnei reakcijai. Bendras pirmojo konversijos konvertavimo koeficientas gali pasiekti 90–95%.
Vėliau dujos, turinčios SO₃, patenka į pirmąjį absorbcijos bokštą (naudojant 98,3% koncentruotą sieros rūgštį, kad absorbuotų SO₃), kad pašalintų didžiąją dalį SO₃, vengiant rūgščių rūko susidarymo vėlesnio aušinimo proceso metu. Neįtikėtos SO₂ dujos (koncentracija apie 0,5%–1%) vėl kaitinama iki maždaug 400 laipsnių per šilumokaitį ir patenka į trečiąjį ir ketvirtąjį keitiklio katalizatoriaus lovas antrajai konversijai, o konversijos koeficientas dar labiau padidėjo iki daugiau nei 99,5%. Šis procesas veiksmingai kontroliuoja reakcijos temperatūrą katalizatoriaus aktyvumo diapazone (400–600 laipsnių) per segmentines reakcijas ir tarpinius šilumos mainus, vengiant atvirkštinės reakcijos, kai SO₃ sumaišoma su nereaktuotais SO₂ ir O₂. Be to, norint naudoti katalizatorius, reikia griežtai kontroliuoti priemaišų kiekį žaliavose. Elementai, tokie kaip arsenas, selenas ir fluoras, prilips prie katalizatoriaus paviršiaus, blokuos aktyvius centrus ir sukels katalizatoriaus išjungimą. Todėl katalizatoriaus aktyvumą reikia reguliariai tikrinti, o kai konversijos koeficientas sumažėja žemiau 95%, reikia pakeisti katalizatorių.
Sieros trioksido absorbcija: venkite rūgščių rūko ir efektyviai paruošiant sieros rūgštį
Sieros trioksido (SO₃) absorbcija yra pagrindinis žingsnis konvertuojant SO₃, kurį sukuria katalizinė oksidacija į sieros rūgštį. Pagrindinis jo iššūkis yra išvengti tiesioginio SO₃ ir vandens kontakto, kad būtų sudarytos rūgšties migla (So₃ + H₂o → H₂so₄, ši reakcija yra labai egzoterminė ir lengvai sukelia sieros rūgšties garų kondensaciją į mažus lašelius, kuriuos sunku užfiksuoti). Todėl 98,3% koncentruota sieros rūgštis dažniausiai naudojama kaip absorbcija pramonėje. Ši sieros rūgšties koncentracija turi didžiausią absorbcijos efektyvumą SO₃ ir nėra linkusi į rūgščių rūko formavimąsi. Absorbcijos procesas atliekamas absorbcijos bokšte (paprastai supakuotame bokšte ar burbulo dangtelio bokšte): So₃ dujos (temperatūra apie 150–200 laipsnių) po pirmojo konversijos patenka iš absorbcijos bokšto dugno ir liečiasi su 98,3% koncentruota sieros rūgštimi, purškiama iš bokšto viršaus. Taigi ištirpsta koncentruotoje sieros rūgštyje, kad susidarytų labiau koncentruota sieros rūgštis (koncentracija iki daugiau nei 99,5%) arba sieros rūgšties (sieros rūgšties, kurioje yra laisvas SO₃, koncentracija, išreikšta SO₃ masės frakcija, paprastai 20%–65%).
Absorbcijos bokšte purškimo tankis (paprastai 15-25m³/(m² · h)) ir dujų srauto greitis (0,5–1,0 m/s) turi būti kontroliuojamas, kad būtų užtikrintas pakankamas dujų ir skysčių kontaktas. Tuo pačiu metu bokšte sumontuotas demisteris (pvz., Pluoštas) naudojamas sieros rūgšties lašeliams, į kuriuos pateko dujose, pašalinti, vengiant vėlesnės įrangos korozijos. Jei reikia susidaryti praskiestą sieros rūgštį (pvz., 70% metalo marinavimo koncentraciją), koncentruota sieros rūgštis, kurią sukuria absorbcija, galima nusiųsti į skiedimo baką, o demineralizuotas vanduo lėtai pridedamas maišymo sąlygomis (griežtai draudžiama pridėti vandenį tiesiai į koncentruotą sieros rūgštį). Skiedimo temperatūra kontroliuojama neviršijant 60 laipsnių, o koncentracija realiu laiku stebima internetiniu koncentracijos matuokliu. Pasiekęs tikslinę vertę, ji siunčiama į gatavą produkto saugyklą. Norint gaminti dūlingą sieros rūgštį, po absorbcijos bokšto reikia pridėti sieros rūgšties generavimo bokštą, kad būtų galima dar labiau susisiekti su SO₃ dujomis su 98,3% koncentruota sieros rūgštimi, kad laisvas SO₃ kiekis atitiktų projektavimo reikalavimus. Absorbcijos jungtyje veikiančių parametrų kontrolė yra labai svarbi. Pvz., Jei absorbcinė temperatūra yra per aukšta, So₃ tirpumas sumažės; Jei temperatūra yra per žema, tirpalo klampumas padidės, o tai paveiks absorbcijos efektyvumą. Todėl absorbcinė temperatūra paprastai kontroliuojama 40–60 laipsnių per rūgšties aušintuvą. Tuo pačiu metu absorbcijos bokšto slėgis turi būti palaikomas esant nedideliam neigiamam slėgiui (nuo –50 iki -100PA), kad būtų išvengta SO₃ dujų nutekėjimo.
Produkto tobulinimas: Koncentracijos ir grynumo koregavimas atsižvelgiant į pasrovių poreikius
Produkto rafinavimo grandies esmė yra sureguliuoti sieros rūgšties, sugeneruotos absorbcijos jungtyje, koncentraciją ir pašalinti pagal skirtingus pasrovių pramonės šakų poreikius, užtikrinant, kad produktas atitiktų atitinkamus pramonės standartus. Pirmasis yra koncentracijos koregavimas: jei pasroviui reikalinga 98% pramoninės koncentruotos sieros rūgšties (naudojama trąšų gamyboje, pavyzdžiui, gamybos diamonio fosfatui), 99,5% koncentruota sieros rūgštis, kurią sukuria absorbcija, turi būti nusiųstas į koncentracijos bokštą, kai jis yra peršildytas, kad būtų galima sumažinti koncentraciją. Jei paklausa yra 70% praskiesta sieros rūgštis (naudojama metalo marinuojant geležies ir plieno pramonėje, kad būtų pašalintas geležies oksidas ant plieno paviršiaus), demineralizuotas vanduo turi būti pridedamas proporcingai skiedimo bakui, tuo pačiu įjungus maišymo ir aušinimo sistemas, kad būtų galima kontroliuoti temperatūrą, neviršijant 60 laipsnių, o sulfurio rūgštis nuo skilimo aukštai temperatūroje ar koroduojant įrangą.
Antrasis yra priemaišų pašalinimas: skirtingi taikymo scenarijai turi žymiai skirtingus sieros rūgšties grynumo reikalavimus. Pvz., Įprasta pramoninė sieros rūgštis reikalauja, kad geležies kiekis būtų mažesnis arba lygus 0,01% ir arseno kiekiui, mažesniam arba lygus 0,005%, o akumuliatoriaus laipsnio sieros rūgšties (naudojama kaip elektrolitas švino ir rūgšties baterijoms) reikalauja, kad sunkiųjų metalų kiekis (švinas, gyvsidabris, kadmio) kiekis būtų mažesnis arba lygus 0,1ppm ir chlorido jonų kiekiui, nei lygus arba lygus 0,5ppm, 0,5pm. Paprastosios pramoninės sieros rūgšties filtravimas paprastai naudojamas mechaninėms priemaišoms pašalinti (pvz., Filtracija per polipropileno filtro membranas), o vandenilio peroksidas (H₂O₂) pridedamas oksiduoti ir pašalinti redukcines priemaišas, tokias kaip sieros rūgštis (H₂so₃). Akumuliatoriaus lygio sieros rūgštims reikalingas gilus rafinavimo procesas: Pirmiausia, kad organinėms priemaišoms pašalinti, naudojama aktyvuota anglies adsorbcija, tada jonų mainų dervos (tokios kaip katijonų mainų dervos, kad būtų pašalintos sunkiosios metalo jonai, anijonų mainų dervos, kad būtų pašalintos chlorido jonai, ir nitratų jonai). akumuliatoriaus lygio standartai. Be to, produkto rafinavimo jungtyje reikia atlikti kokybės bandymus, įskaitant koncentracijos bandymą (naudojant densitometro metodą arba titravimo metodą) ir priemaišų turinio bandymą (naudojant atominės absorbcijos spektrometriją arba jonų chromatografiją). Išleidus testą, sieros rūgštis turi būti laikoma specialiose laikymo rezervuaruose pagal skirtingą koncentraciją ir grynumo lygį (pvz., 98% koncentruotos sieros rūgšties anglies plieno rezervuaruose, praskiesta sieros rūgštis FRP rezervuaruose ir akumuliatoriaus sieros rūgšties nerūdijančio plieno rezervuaruose), kad būtų išvengta įvairių laipsnių sumaišytų užteršimo.
Išmetimo dujų apdorojimas: Teršalų išmetamųjų teršalų kontrolė, kad atitiktų aplinkos apsaugos standartus
Nors priimamas „dviejų pakopų konvertavimo ir dviejų pakopų absorbcijos“ procesas, per sieros rūgšties gamybos metu vis dar susidaro nedidelis kiekis išmetamųjų dujų, turinčių SO₂ (paprastai SO₂ koncentracija 500–1000 mg/m 12). Tiesioginė emisija sukels oro taršą (formuojantį rūgščių lietų), todėl kontaktinio proceso metu yra būtinas aplinkos apsaugos etapas. Šiuo metu pramonėje yra trys pagrindinės išmetamųjų dujų apdorojimo technologijos: pirmasis yra amoniako desulfurizacijos procesas, kuris siunčia išmetamųjų dujų dujas į desulfurizacijos bokštą ir susisiekia su ja su amoniako vandeniu (koncentracija 15%–20%), todėl reakcijos: So₂ + 2 NH₃ · H₂O → (NH₄) ₂S), SO₂ + 2 NH₃ · H₂O → (NH₄) ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ ₂ → →o. (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Tada oras įvedamas į reakcijos tirpalą oksiduoti ir generuoti amonio sulfatą: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Amonio sulfatas gali būti parduodamas kaip azoto trąšos, kad būtų galima panaudoti šaltinius teršalus. SO₂ šio proceso pašalinimo greitis gali pasiekti daugiau kaip 98%, o išmetamųjų teršalų išmetamųjų teršalų koncentracija yra mažesnė arba lygi 50 mg/m 12, tai atitinka Kinijos „integruoto oro teršalų emisijos standarto reikalavimus“ (GB 16297–1996). Antrasis yra kalkių pieno desulfurizacijos procesas, kuriame naudojamas kalkių pienas (CA (OH) ₂ suspensija) kaip absorbciją, kad reaguotų su SO₂ išmetamosiose dujose, kad būtų sukurtas kalcio sulfitas: So₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. Kalcio sulfitas yra oksiduotas, kad būtų sukurtas gipsas (Caso₄ · 2H₂O), kuris gali būti naudojamas gaminant statybines medžiagas (tokias kaip gipso plokštės).
Šis procesas turi mažą kainą, tačiau santykinai žemą SO₂ pašalinimo greitį (apie 95%), tinkamas mažoms sieros rūgšties gamybos įmonėms. Trečiasis yra aktyvuotos anglies adsorbcijos metodas, kuris praeina išmetimo dujas per aktyvuotą anglies adsorbcijos bokštą. Po to, kai SO₂ adsorbuoja aktyvuotą anglį, didelę koncentraciją SO₂ dujos sukuriamos desorbcija šildymo sąlygomis, kurias galima grąžinti į keitiklį, kad vėl dalyvautų reakcijoje, realizuojant SO₂ perdirbimą.
Šis procesas neturi antrinės taršos, tačiau aktyvuotos anglies keitimo kaina yra didelė, tinkama įmonėms, turinčioms griežtus aplinkosaugos reikalavimus ir dideles žaliavų išlaidas. Nepaisant priimto proceso, SO₂ išmetamųjų teršalų koncentracija turi būti stebima realiuoju laiku per internetinę stebėjimo sistemą po išmetimo dujų apdorojimo, kad būtų užtikrintas stabilus laikymasis. Tuo pačiu metu turi būti pašalinami šalutiniai produktai, sugeneruoti gydymo proceso metu (pvz., Amonio sulfatas ir gipsas), reikia sunaikinti, kad būtų išvengta antrinės taršos. Pvz., Turi būti išbandytas sunkaus metalo kiekis „Gipsum“ ir gali būti naudojamas tik laikantis statybinių medžiagų standartų.
Be to, kai kurios didelio masto sieros rūgšties gamybos įmonės taip pat naudoja išmetamųjų dujų atliekų šilumos atkūrimo technologiją, naudodama šilumos išmetamųjų dujų (apie 100–150 laipsnių temperatūrą), kad būtų galima šildyti demineralizuotą vandenį per šilumokaitį, sukuriant žemo slėgio garą gamybai, dar labiau pagerinant energijos sunaudojimo efektyvumą ir įgyvendinant dvigubus aplinkos apsaugos ir energijos apsaugos tikslus.
