Sērskābes ražošanas process "dubultā konvertēšana, dubultā absorbcija" joprojām rada tik saturošu astes gāzi (parasti 500–1000 mg/m³). Tieša emisija viegli izraisa skābu lietu, tāpēc astes gāzes apstrāde ir būtiska kontakta procesam.
Izejvielas pirmapstrāde: piemaisījumu noņemšana, lai nodrošinātu turpmāko procesa stabilitāti
Pirmais sērskābes ražošanas kontakta procesa solis ir izejvielu pirmapstrāde, kura galvenais mērķis ir noņemt piemaisījumus no izejvielām, lai turpmākajos procesos izvairītos no saindēšanās ar katalizatoru, aprīkojuma koroziju vai nestandarta produktu tīrību. Iepriekšējās apstrādes metodes ievērojami atšķiras atkarībā no izejvielām: ja sēru izmanto kā izejvielu, cieto sēru vispirms nosūta uz kušanas tvertni un izkausē šķidrumā sērā 130–150 grādu temperatūrā.
Pēc tam caur filtru noņem mehāniskos piemaisījumus (piemēram, nogulumus un oglekļa daļiņas), un smalkās daļiņas tiek tālāk atdalītas ar ciklona atdalītāju, lai nodrošinātu, ka sēra tīrība, kas ienāk nākamajā solī, ir lielāka vai vienāda ar 99,9%. Ja tiek pieņemts pirīts (galvenais komponents FES₂), tam vispirms jāiziet sasmalcināšanas un skrīninga procesi, lai pirītu sadalītu vienveidīgās daļiņās ar 8-15 mm. Tajā pašā laikā metāla piemaisījumus, piemēram, dzelzs ieslodzījumus, noņem ar magnētisku atdalītāju, lai novērstu dzelzs oksīdus, kas radīti turpmākajā grauzdēšanā no pielipšanas līdz aprīkojuma iekšējai sienai vai cauruļvadu bloķēšanai. Ja izejviela ir kausējama dūņu gāzi (piemēram, tik ļoti saturoša dūmvada gāze, kas ražota vara, svina un cinka kausēšanas procesā), vispirms ir jāveic putekļu noņemšana (izmantojot elektrostatisko nogulsnes vai maisa filtru, lai noņemtu putekļu dublēšanas), demonstrējot (noņemot ūdens miglu caur venturi scruber), izmantojot smago metālu. vai helātu sveķu apmaiņas metode), lai novērstu piemaisījumus dūmgāzēs, ietekmējot katalizatora aktivitāti. Izejvielu pirmapstrādes kvalitāte tieši nosaka turpmāko procesu stabilitāti. Piemēram, ja arsēna saturs pirītē ir pārāk augsts, tas izraisīs pastāvīgu saindēšanos ar nākamo vanādija katalizatoru. Tāpēc pirmapstrādes saitei stingri jākontrolē piemaisījumu saturs, kas parasti prasa kaitīgu elementu, piemēram, arsēna un selēna, saturs izejvielās, ir mazāks vai vienāds ar 0,05%.
Sēra dioksīda sagatavošana: galvenās reakcijas saite, lai ģenerētu galvenās procesa izejvielas
Sēra dioksīds (SO₂) ir serdes starpposma izejviela sērskābes ražošanai, izmantojot kontakta procesu. Sagatavošanas saitei ir jāizvēlas atbilstošais procesa maršruts atbilstoši izejvielu veidam, lai nodrošinātu, ka SO₂ izvade un tīrība atbilst nākamās oksidācijas vajadzībām. Kad sēru izmanto kā izejvielu, izsmalcināto šķidruma sēru nosūta uz sēra degli, sajaukts ar saspiestu gaisu, kas ir žāvēts (izmantojot koncentrētu sērskābi žāvēšanai, lai izvairītos no mitruma, kas ietekmē sekojošās reakcijas) proporcionāli (gaisa pārmērīga koeficients 1000-1,1.), Un zem tā. Sagpsības reakcija no 800-10. Gada.
Šīs reakcijas konvertācijas ātrums var sasniegt vairāk nekā 99,8%, un radītās SO₂ gāzes koncentrācija ir aptuveni 10%-12%(tilpuma frakcija). Tikmēr atbrīvoto siltumu var izmantot, lai radītu tvaiku enerģijas atjaunošanai. Ja pirīts tiek izmantots kā izejviela, iepriekš apstrādātās pirīta daļiņas tiek nosūtītas uz fluidizētu gultnes grauzdēšanu (verdoša krāsns), un grauzdēšanas reakciju veic ar lieko gaisu 650-850 grāda temperatūrā: 4fes₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃ + 8 SO₂ + karstums. Cepšanas procesa laikā gaisa plūsmas ātrums jākontrolē ventilatoram, lai pirīta daļiņas būtu verdošanas stāvoklī, nodrošinot pietiekamu reakciju. Ģenerētā SO₂ koncentrācija ir aptuveni 7%-9%, un blakusprodukta dzelzs oksīdu (izdedžus) var atgūt kā izejvielu dzelzs veidošanai. Gāzes kausēšanas izejvielu kausēšanai iepriekš apstrādāto dūmgāzi nosūta uz desorbcijas torni, un zemas koncentrācijas SO₂ (parasti 1%-5%) dūmgāzē tiek koncentrēta līdz 8%-10%, atšķaidot sulfurskābes desorbciju vai pirolīzes procesu, atbilstot SO₂ koncentrācijas prasībai nākamajai katalītiskajai oksidācijai. Neatkarīgi no izmantotās izejvielas, ģenerētā SO₂ gāze ir jāatdzesē ar atkritumu siltuma katlu (no 800–1000 grādiem līdz 300–400 grādiem), un siltums tiek atgūts, lai radītu vidēja spiediena tvaiku, kas ne tikai samazina sekojošā aprīkojuma, bet arī realizētu enerģijas pārstrādi.
Sēra dioksīda katalītiskā oksidācija: kontakta procesa kodols, lai realizētu konvertēšanu no SO₂ uz SO₃
Sēra dioksīda katalītiskā oksidācija ir kodola saite sērskābes ražošanas kontakta procesā. Tās būtība ir oksidēt SO₂ līdz sēra trioksīdam (SO₃) katalizatora darbībā, un šīs reakcijas konvertācijas ātrums tieši nosaka sērskābes un izplūdes gāzu emisijas indikatoru izvadi. Pašlaik Vanādija katalizatori (galvenais komponents V₂o₅, Carrier Sio₂, promoterus K₂so₄ un Na₂so₄) tiek plaši izmantoti rūpniecībā, pateicoties to augstajai aktivitātei, labajai selektivitātei un ilgajam kalpošanas laikam (parasti 3-5 gadus). Reakcija tiek veikta pārveidotājā (daudzpakāpju adiabātiskā fiksētās gultnes reaktorā), izmantojot "divpakāpju konvertēšanu un divpakāpju absorbcijas" procesu: Pirmās konvertēšanas laikā atdzesētā SO₂ gāze (kas satur o₂), kas notiek ar pārveidotāja pirmo katalizatora gultni, un reakcija notiek ar 400-450 grādu: 2So₂ + O⇌ 2So₃ + +. Tā kā šī reakcija ir eksotermiska, gultas temperatūra paaugstināsies līdz 550–600 grādiem, pārsniedzot katalizatora optimālo aktīvo temperatūru. Tāpēc pirms ieiešanas otrajā katalizatora gultā, lai turpinātu reakciju, gāze ir jāatdzesē līdz 400-420 grādiem caur vidējo siltummaini. Pirmās reklāmguvumu kopējais reklāmguvumu līmenis var sasniegt 90%-95%.
Pēc tam gāze, kas satur SO₃, nonāk pirmajā absorbcijas tornī (izmantojot 98,3% koncentrētu sērskābi, lai absorbētu SO₃), lai noņemtu lielāko daļu SO₃, izvairoties no skābes miglas veidošanās nākamajā dzesēšanas procesā. Nereaģēto SO₂ gāzi (koncentrācija aptuveni 0,5%-1%) atkal tiek uzkarsēta līdz aptuveni 400 grādiem caur siltummaini un otrajai konvertēšanai nonāk pārveidotāja trešajā un ceturtajā katalizatora gultnēs, konvertācijas ātrumam vēl vairāk palielinājās līdz vairāk nekā 99,5%. Šis process efektīvi kontrolē reakcijas temperatūru katalizatora aktivitātes diapazonā (400–600 grādos), izmantojot segmentētas reakcijas un starpposma siltuma apmaiņu, vienlaikus izvairoties no apgrieztā reakcijas, kad SO₃ sajauc ar nereaģētu SO₂ un O₂. Turklāt katalizatoru lietošanai ir nepieciešama stingra piemaisījumu satura kontrole izejvielās. Elementi, piemēram, arsēns, selēns un fluors, pielipīs katalizatora virsmai, bloķēs aktīvos centrus un izraisa katalizatora deaktivizāciju. Tāpēc katalizatora aktivitāte ir regulāri jāpārbauda, un, kad reklāmguvumu līmenis pazeminās zem 95%, katalizators ir jāmaina.
Sēra trioksīda absorbcija: izvairoties no skābes miglas veidošanās un efektīva sērskābes pagatavošana
Sēra trioksīda (SO₃) absorbcija ir galvenais solis, lai pārveidotu SO₃ ar katalītisko oksidāciju sērskābē. Tās galvenais izaicinājums ir izvairīties no tieša saskares starp SO₃ un ūdeni, veidojot skābu miglu (So₃ + H₂o → H₂so₄, šī reakcija ir ļoti eksotermiska un viegli izraisa sērskābes tvaikus, lai kondensētos sīkos pilienos, kurus ir grūti uztvert). Tāpēc par absorbciju rūpniecībā parasti izmanto 98,3% koncentrētu sērskābi. Šai sērskābes koncentrācijai ir vislielākā absorbcijas efektivitāte SO₃, un tā nav pakļauta skābes miglas veidošanai. Absorbcijas procesu veic absorbcijas tornī (parasti iesaiņots tornis vai burbuļu vāciņa tornis): SO₃ gāze (temperatūra apmēram 150-200 grādos) pēc pirmās konvertācijas nonāk absorbcijas torņa apakšdaļā un saskaras, kas ir pretrunā ar 98,3% koncentrētu sērskābi, kas izsmidzināts no torņa augšdaļas. SO₃ izšķīst koncentrētajā sērskābē, veidojot vairāk koncentrētāku sērskābi (koncentrācija līdz vairāk nekā 99,5%) vai kūpina sērskābi (sērskābi, kas satur brīvu SO₃, koncentrācija, kas izteikta kā SO₃ masas frakcija, parasti 20%-65%).
Absorbcijas tornī ir jākontrolē smidzināšanas blīvums (parasti 15-25 m³/(m² · h)) un gāzes plūsmas ātrums (0,5–1,0 m/s), lai nodrošinātu pietiekamu gāzes šķidruma kontaktu. Tajā pašā laikā tornī uzstādīto Demister (piemēram, šķiedrvielu daudzumu) izmanto, lai noņemtu gāzē ievietotos sērskābes pilienus, izvairoties no nākamo aprīkojuma korozijas. Ja ir jāizraisa atšķaidīta sērskābe (piemēram, 70% koncentrācija metāla marinēšanai), absorbcijas radīto koncentrēto sērskābi var nosūtīt uz atšķaidīšanas tvertni, un demineralizētu ūdeni lēnām pievieno maisīšanas apstākļos (tas ir stingri aizliegts, lai ūdens tieši pievienotu koncentrētam sulfuric skābei, lai novērstu vārīšanu). Atšķaidīšanas temperatūra tiek kontrolēta, nepārsniedzot 60 grādus, un koncentrāciju reāllaikā uzrauga tiešsaistes koncentrācijas mērītājs. Pēc mērķa vērtības sasniegšanas tā tiek nosūtīta uz gatavās produkta uzglabāšanas tvertni. Lai ražotu kūpinātu sērskābi, pēc absorbcijas torņa jāpievieno kūpoša sērskābes ģenerēšanas tornis, lai turpinātu saskarties ar SO₃ gāzi ar 98,3% koncentrētu sērskābi, lai bezmaksas SO₃ saturs atbilstu projektēšanas prasībām. Darbības parametru kontrole absorbcijas saitē ir būtiska. Piemēram, ja absorbējošā temperatūra ir pārāk augsta, SO₃ šķīdība samazināsies; Ja temperatūra ir pārāk zema, šķīduma viskozitāte palielināsies, ietekmējot absorbcijas efektivitāti. Tāpēc absorbējošo temperatūru parasti kontrolē ar 40–60 grādiem caur skābes dzesētāju. Tajā pašā laikā absorbcijas torņa spiediens jāsaglabā ar nelielu negatīvu spiedienu (no -50 līdz -100Pa), lai novērstu SO₃ gāzes noplūdi.
Produkta rafinēšana: koncentrācijas un tīrības pielāgošana atbilstoši pakārtotajām prasībām
Produkta rafinēšanas saites kodols ir pielāgot koncentrāciju un noņemt sērskābes piemaisījumus, kas ģenerēti absorbcijas saitē atbilstoši dažādām pakārtoto rūpniecības vajadzībām, nodrošinot, ka produkts atbilst atbilstošajiem rūpniecības standartiem. Pirmais ir koncentrācijas pielāgošana: ja pakārtotais pieprasījums ir 98% rūpnieciski koncentrēts sērskābe (ko izmanto mēslošanas līdzekļu ražošanā, piemēram, ražošanas diamonija fosfātā), 99,5% koncentrētās sērskābes, kas ģenerēta absorbcija, jānosūta uz koncentrācijas torni, uzkarsējot zemu spiedienu līdz 980 gadu vecumam), lai iegūtu ūdeni. Ja pieprasījums ir 70% atšķaidīta sērskābe (ko izmanto metāla kodināšanā dzelzs un tērauda rūpniecībā, lai noņemtu dzelzs oksīdu uz tērauda virsmas), demineralizēts ūdens jāpievieno proporcionāli atšķaidīšanas tvertnei, vienlaikus ieslēdzot maisīšanas un dzesēšanas sistēmas, lai kontrolētu temperatūru atšķaidīšanas laikā, nepārsniedzot 60 grādu, neļaujot sulfurskābei izdalīt augstu temperatūru vai koriģējošu aprīkojumu.
Otrais ir piemaisījumu noņemšana: dažādiem pielietojuma scenārijiem ir ievērojami atšķirīgas prasības sērskābes tīrībai. Piemēram, parastajai rūpnieciskajai sērskābei ir nepieciešams dzelzs saturs, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,01% un arsēna saturs, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,005%, savukārt akumulatora pakāpes sērskābe (ko izmanto kā elektrolītu svina-skābes baterijām) ir nepieciešams smagais metāls (svins, dzīvsudrabs, kadmijs), kas ir mazāks par 0,1ppm un hlorīda jonu saturu, kas ir mazāks par 0,5pm. Parastai rūpnieciskajai sērskābei filtrēšanu parasti izmanto, lai noņemtu mehāniskos piemaisījumus (piemēram, filtrēšanu caur polipropilēna filtru membrānām), un ūdeņraža peroksīdu (h₂o₂) pievieno, lai oksidētu un noņemtu reduktīvos impērus, piemēram, sēra skābi (h₂so₃). Akumulatora līmeņa sērskābei ir nepieciešams dziļa rafinēšanas process: vispirms organisko piemaisījumu noņemšanai izmanto aktivizētu oglekļa adsorbciju, pēc tam jonu apmaiņas sveķi (piemēram, katjonu apmaiņas sveķi, lai noņemtu smago metāla jonus, anjonu apmaiņas sveķi, lai noņemtu hlorīdu jonus un nitrātu jonus) tiek izmantots dziļa piemaisījums, un visbeidzot, vakuuma destilācija tiek izmantota tālāk, lai uzlabotu tīrību, lai iegūtu, lai panāktu, ka vakuums atbilst, lai iegūtu vakuumu. standarti. Turklāt kvalitātes pārbaude jāveic produkta rafinēšanas saitē, ieskaitot koncentrācijas pārbaudi (izmantojot densitometra metodi vai titrēšanas metodi) un piemaisījumu satura testēšanu (izmantojot atomu absorbcijas spektrometriju vai jonu hromatogrāfiju). Pēc testa nokārtošanas sērskābe jāuzglabā īpašās uzglabāšanas tvertnēs atbilstoši dažādiem koncentrācijas un tīrības līmeņiem (piemēram, 98% koncentrēta sērskābe oglekļa tērauda tvertnēs, atšķaidīta sērskābe FRP tvertnēs un akumulatora pakāpes sulfurskābe no nerūsējošām tērauda tvertnēm), lai izvairītos no dažādu pakāpju produktu sajaukšanas.
Izplūdes gāzu apstrāde: piesārņotāju emisiju kontrole, lai izpildītu vides standartus
Lai arī tiek pieņemts "divpakāpju konvertēšana un divpakāpju absorbcija", sērskābes ražošanas laikā joprojām tiek radīta neliels daudzums izplūdes gāzu, kas satur SO₂ (parasti SO₂ koncentrācija 500-1000 mg/m³). Tieša emisija izraisīs gaisa piesārņojumu (veidojot skābu lietu), tāpēc izplūdes gāzu apstrādes saite ir neaizstājams vides aizsardzības solis kontakta procesā. Pašlaik rūpniecībā ir trīs galvenās izplūdes gāzu apstrādes tehnoloģijas: Pirmais ir amonjaka desulfurizācijas process, kas nosūta izplūdes gāzi uz desulfurizācijas torni un saskaras ar to, salīdzinot ar amonjaka ūdeni (koncentrācija 15%-20%), kā rezultātā notiek reakcija: + 2 nh₃ · h₂o → (nh₄) ₂o₃ + h₂o + h₂o. (Nh₄) ₂so₃ + So₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
Pēc tam reakcijas šķīdumā ievada gaisu, lai oksidētu un ģenerētu amonija sulfātu: 2nh₄hso₃ + o₂ → 2 (nh₄) ₂so₄. Amonija sulfātu var pārdot kā slāpekļa mēslojumu, lai realizētu piesārņotāju resursu izmantošanu. Šī procesa SO₂ noņemšanas ātrums var sasniegt vairāk nekā 98%, un izplūdes gāzu emisijas koncentrācija ir mazāka vai vienāda ar 50 mg/m³, kas atbilst Ķīnas "integrētā gaisa piesārņotāju emisijas standarta" prasībām "(GB 16297-1996). Otrais ir kaļķu piena desulfurizācijas process, kas izmanto kaļķu pienu (Ca (OH) ₂ suspensiju) kā absorbciju, lai reaģētu ar SO₂ izplūdes gāzēm, lai ģenerētu kalcija sulfītu: So₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂o. Kalcija sulfīts tiek oksidēts, lai ģenerētu ģipsi (Caso₄ · 2H₂o), ko var izmantot būvmateriālu ražošanā (piemēram, ģipša dēļos).
Šim procesam ir zemas izmaksas, bet salīdzinoši zems SO₂ noņemšanas līmenis (apmēram 95%), kas piemērots maziem sērskābes ražošanas uzņēmumiem. Trešais ir aktivētā oglekļa adsorbcijas metode, kas izvada izplūdes gāzi caur aktivēto oglekļa adsorbcijas torni. Pēc tam, kad SO₂ tiek adsorbēts ar aktivēto oglekli, augstu koncentrāciju SO₂ gāzi rada desorbcija apkures apstākļos, kurus var atgriezt pārveidotājā, lai atkal piedalītos reakcijā, saprotot SO₂ pārstrādi.
Šim procesam nav sekundāra piesārņojuma, bet aktivētās oglekļa nomaiņas izmaksas ir augstas, piemērotas uzņēmumiem ar stingrām vides prasībām un augstām izejvielu izmaksām. Neatkarīgi no pieņemtā procesa, SO₂ emisijas koncentrācija jāuzrauga reāllaikā, izmantojot tiešsaistes uzraudzības sistēmu pēc izplūdes gāzu apstrādes, lai nodrošinātu stabilu atbilstību. Tajā pašā laikā ārstēšanas procesā radītie blakusprodukti (piemēram, amonija sulfāts un ģipsis) ir jāiznīcina, lai izvairītos no sekundārā piesārņojuma. Piemēram, ir jāpārbauda smagā metāla saturs ģipšā, un to var izmantot tikai pēc būvmateriālu standartu atbilstības.
Turklāt daži liela mēroga sērskābes ražošanas uzņēmumi arī izmanto izplūdes gāzu atkritumu siltuma atjaunošanas tehnoloģiju, izmantojot siltumu izplūdes gāzu (temperatūra apmēram 100–150 grādos), lai siltinātu demineralizētu ūdeni caur siltummaiņu, radot zema spiediena tvaiku ražošanai, turpmāk uzlabojot enerģijas izmantošanas efektivitāti un realizējot vides aizsardzības un enerģijas saglabāšanas divējādus mērķus.
