![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Технологический режим башенных систем ⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 10
Основной процесс окисления диоксида серы в производстве серной кислоты нитрозным методом осложнен многими одновременно протекающими химическими процессами. Эти процессы тесно связаны между собой, поэтому каждый из них нельзя рассматривать отдельно от других. На ход этих процессов весьма существенное влияние оказывают число башен, количество кислоты, орошающей эти башни, интенсивность процессов тепло- и массопередачи в газах и жидкости и др. Определение наиболее выгодного соотношения химических и физических факторов протекающих процессов позволяет установить оптимальный технологический режим. Непременными условиями нормальной работы башенной системы являются постоянство температуры и объема поступающего обжигового газа, а также постоянство концентрации в нем SO2 и достаточно высокая температура газа. От этого в значительной степени зависят качественные и количественные показатели работы башенных систем. Для обеспечения высокой производительности системы весьма важна герметичность аппаратуры и коммуникаций. Подсос в продукционной зоне вреден потому, что проникающий воздух понижает скорость процесса окисления диоксида серы, а также ухудшает условия процесса денитрации серной кислоты. С увеличением объема газа в peзультате подсоса воздуха повышается гидравлическое сопротивление системы и возрастают потери оксидов азота вследствие увеличения объема отходящих газов. Число башен. Процесс переработки S02 башенным способом состоит собственно из двух стадий: 1) окисления SO2 в растворе и получения серной кислоты; 2) сорбции оксидов азота из отходящих газов. Практически каждая из этих стадий включает ряд процессов и осуществляется в нескольких башнях. Строгого разграничения процессов по башням провести нельзя, так как в каждой башне одновременно с основными процессами протекают и побочные. Например, в первой башне (см. рис. 9-1) наряду с денитрацией серной кислоты происходит окисление части диоксида серы. Во второй башне одновременно протекают окисление SO2 и оксидов азота и абсорбция их орошающей кислотой, особенно в верхней части башни. В абсорбционных башнях поглощение оксидов азота сопровождается их окислением. Башенный процесс можно проводить не только в пяти, но и в большем или меньшем числе башен. Существуют, например, башенные системы из шести, семи и даже восьми башен. Теоретически возможна башенная система, в которой весь нитрозный процесс переработки диоксида серы будет протекать в одной башне (такие предложения имеются). С увеличением числа башен технологический режим системы становится более устойчивым, так как при этом легко устраняются отдельные его нарушения. Чем меньше башен в системе, тем труднее поддерживать ее постоянный технологический режим. По мере изучения нитрозного процесса число башен в системе постепенно сокращают, однако с повышением интенсивности нитрозного процесса это уменьшение не всегда оправдано. Интенсивность башенной системы (в кг/м3) характеризуется количеством серной кислоты (в пересчете на 100% H2SO4), получаемой в сутки на единицу суммарного объема всех башен. На отечественных заводах она составляет 100—150 кг/м3. В семи-башенной системе (рис. 9-8) процесс состоит в следующем. Горячий обжиговый газ поступает параллельно в две одинаковые башни — денитратор 1 и концентратор 2, являющийся первой продукционной башней. По выходе из этих башен газ объединяется в один общий поток, который проходит во вторую продукционную башню 3. Далее газ поступает в окислительный объем — башню 4 и три абсорбционные башни 5—7. Из последней абсорбционной башни 7 газ направляется в электрофильтр 8 для выделения брызг и тумана серной кислоты. Отходящие газы затем через трубу удаляются в атмосферу. Для перемещения газа через башенную систему служит вентилятор 9, устанавливаемый между первой абсорбционной башней 5 и вторым абсорбером 6. Таким образом, башни 1—5 работают при разрежении, башни 6, 7 и электрофильтр 8 — под давлением. Установка дополнительной башни в начале системы позволяет получить в одной из них (башне 1) продукционную серную кислоту с минимальным содержанием оксидов азота (0, 03%), а во второй продукционной башне 2 — менее денитрированную серную кислоту (до 0, 5% оксидов азота), подаваемую на орошение последней абсорбционной башни 7. Присутствие 0, 5% оксидов азота в кислоте, орошающей эту башню, не влияет существенно на абсорбцию в ней оксидов азота, а количество кислоты достаточно велико для создания требуемой плотности башни. Кроме того, концентрация кислоты во второй продукционной башне выше, чем в первой, а, как известно, с повышением концентрации H2SO4 улучшается абсорбция оксидов азота в последней башне системы.
Рис. 9-8. Схема современной семибашенной системы установки окисления: 1 — денитрационная башня (денитратор); 2 — первая продукционная башня (концентратор); 3 — вторая продукционная башня; 4 — полая окислительная башня (окислительный объем); 5—7 — абсорбционные башни (абсорберы); 8 — электрофильтр; 9 — хвостовой вентилятор.
По описанной схеме окисление SO2 во второй продукционной башне 3 происходит с высокой скоростью, так как эта башня орошается концентрированной нитрозой. Установка дополнительной абсорбционной башни 7 в конце системы обусловлена необходимостью глубокой очистки отходящих газов от оксидов азота в соответствии с санитарными требованиями, поэтому такую башню часто называют санитарной. Схема орошения. Общая схема орошения, т. е. передача кислоты от башни к башне, зависит от технологического режима системы и числа башен. В башенной системе, показанной на рис. 9-8, концентрированная и денитрированная серная кислота из башни (концентратора) 2 подается на орошение последней абсорбционной башни 7, благодаря чему достигается высокая степень поглощения оксидов азота. Кислота с максимальным содержанием оксидов азота (из башни 5) орошает продукционные башни 2, 3 к башню-денитратор, что способствует высокой скорости окисления диоксида серы. Если количество кислоты, вытекающей, из продукционной: башни 2, недостаточно для полного смачивания насадки последней абсорбционной башни, то часть кислоты, вытекающей из абсорбера 7, возвращается на ее орошение, т.е. последняя абсорбционная башня частично орошается «на себя». Плотность орошения. Для экономии электроэнергии плотность орошения должна быть минимальной, но достаточной для полного смачивания насадки. Минимально необходимую плотность орошения можно подсчитать исходя из поверхности насадки и толщины пленки кислоты, смачивающей эту поверхность., По лабораторным данным, минимальная плотность орошения составляет 3—4 м3/(м2 • ч). В производственных условиях плотность орошения обычно значительно выше— 10—20 м3/(м2 • ч), так как применяемые разбрызгиватели кислоты пока не обеспечивают равномерного ее распределения по всему сечению башни, с увеличением же плотности орошения неравномерность распределения кислоты уменьшается. Кроме того, повышенная плотность орошения в продукционной зоне вызывается необходимостью подачи в нее достаточного количества оксидов азота и снижением температуры газа до оптимального значения. Для характеристики работы башни пользуются также термином «кратность орошения». Под ним понимают отношение общего количества кислоты, орошающей все башни, к количеству готовой продукции. Кратность орошения определяют по данным материального баланса и обычно составляет 30—50. Чем интенсивнее работает система, тем меньше кратность орошения при одинаковой плотности орошения. В малоинтенсивных системах для создания достаточной плотности орошения приходилось повышать ее кратность путем частичного орошения башен «на себя». Концентрация орошающей кислоты. Из рис. 9-1 видно, что кислота, орошающая башни, циркулирует в едином общем цикле: из абсорбционных башен кислота направляется на орошение продукционных башен, затем часть кислоты поступает на орошение последней абсорбционной башни, остальное перекачивается на склад готовой продукции. Поэтому выбор концентрации башенной кислоты определяется не только технологическими факторами, но и требованиями, которые предъявляются потребителями кислоты, условиями ее перевозки и др. Согласно ГОСТ, концентрация башенной кислоты должна быть не менее 75% H2SO4. Температура кристаллизации такой кислоты —51 °С, - поэтому при перевозке и хранении ее в зимнее время практически исключается возможность замерзания кислоты: Башенные сернокислотные заводы могут выпускать более концентрированную кислоту, удовлетворяющую по качеству широкий круг потребителей. Однако с повышением концентрации H2SO4 в первой башне (денитраторе) ухудшается степень денитрации кислоты, а в продукционных башнях уменьшается* скорость окисления SO2 и т.д. Орошение башен кислотой пониженной концентрации (менее 75% H2SO4) нецелесообразно вследствие ухудшения условий абсорбции оксидов азота и увеличения их потерь. Кроме того, кислота концентрацией ниже 75% H2SO4 вызывает усиленную коррозию стальной и чугунной аппаратуры. На некоторых заводах для получения более концентрированной кислоты в денитрационной башне денитратор орошают небольшим количеством кислоты; кислота нагревается горячим обжиговым газом и упаривается до концентрации 90—91% H2SO4. Однако это усложняет технологический процесс и потому практикуется лишь в особых случаях. Температура и нитрозность орошающей кислоты. Чем выше температура и нитрозность кислоты, тем больше скорость абсорбции диоксида серы нитрозой. Поэтому в продукционных башнях целесообразно поддерживать возможно более высокие температуру и нитрозность орошающей кислоты. Но продукционные башни орошаются кислотой из абсорбционных башен (см. рис. 9-1), в которых с повышением температуры и нитроз-ности ухудшается поглощение оксидов азота. В связи с этим в башенном процессе следует подбирать оптимальные температуру и нитрозность орошающих кислот. Температура кислоты, орошающей последнюю абсорбционную башню, должна быть как можно ниже; она определяется температурой охлаждающей воды, подаваемой в оросительные холодильники. По нормам технологического режима температура кислоты, орошающей последнюю башню системы, не должна превышать 40 °С. При этом создаются хорошие условия для абсорбции оксидов азота, а низкая температура кислоты, поступающей из последней абсорбционной башни, влияет на температурный режим продукционных башен незначительно. Кислота, поступающая в первую абсорбционную башню, имеет температуру 45—55 °С. В результате выделения тепла при абсорбции оксидов азота и конденсации паров воды кислота нагревается на 15—20 °С и выходит из башни при температуре 60—75 °С, поступая далее на орошение денитратора и продукционных башен. Температура кислоты, вытекающей из денитрационной башни, зависит главным образом от концентрации в ней H2SO4 и от температуры обжигового газа, подаваемого в денитратор. Чем выше эта температура, тем полнее денитруется серная кислота и тем больше получается кислоты, свободной от оксидов азота, что имеет существенное значение для работы последней абсорбционной башни. Нитрозность кислоты, орошающей продукционные башни; должна обеспечивать практически полную переработку диоксида серы в серную кислоту: содержание SO2 в газе, выходящем из последней продукционной башни, не должно превышать 0, 1%. С повышением нитрозности орошающей кислоты интенсивность переработки SO2 в башнях возрастает, поэтому в современных башенных системах нитрозность кислоты, орошающей продукционные башни, достигает 15—16% (в пересчете на HNO3). На рис. 9-9 показаны кривые, построенные по практическим данным. Из рисунка видно, что основное количество SO2 перерабатывается в башнях 1 и 2, а максимальное количество оксидов азота содержится в газе, находящемся примерно в средней части продукционной башни 3. В нижней части этой башни протекает главным образом процесс переработки SO2, сопровождающийся выделением оксида азота в газовую фазу, в верхней части башни — процесс их абсорбции, причем содержание оксидов азота в газовой фазе начинает уменьшаться. Кривые I и II па рис. 9-9 характеризует работу современных башенных систем и наглядно показывают пути их интенсификации, поскольку процессы переработки SO2 и абсорбции оксидов азота протекают в основном в начале (в «голове») системы. В газе башенных систем многих зарубежных предприятий содержание; NO + NO2 ниже, поэтому интенсивность нитрозного процесса в них значительно меньше (см. рис. 9-9, кривые I a и II а). Подготовка оксидов азота к абсорбции. Расчеты и практический опыт показывают, что при одновременном окислении NO и абсорбции N2O3 серной кислотой оба процесса протекают значительно медленнее, чем в случае раздельного протекания обоих процессов. Это объясняется быстрым поглощением кислотой части NO2 вместе с эквивалентным количеством NO. В результате содержание NO в газе понижается, уменьшается и скорость окисления остального количества NO. Процесс абсорбции оксидов азота значительно ускоряется, если вначале провести окисление NO в H2O3, а затем поглощение оксидов азота. В башенной системе оксиды азота окисляются в полой окислительной башне, снабженной обводным газопроводом (байпас), по которому часть газа может поступать, минуя эту башню, непосредственно в абсорбционную башню. Таким путем регулируют степень окисления оксидов азота, поступающих на абсорбцию. В абсорбционных башнях продолжается окисление оксидов азота. Чтобы избежать окисления слишком большого количества NO (переокисления), что может привести к снижению скорости поглощения оксидов азота в абсорбционных башнях, в окислительном объеме (башне) окисляют несколько меньше NO, чем это соответствует эквимолекулярному соотношению NO и NO2. Тогда в результате дополнительного окисления NO в абсорбционных башнях достигается благоприятное для процесса поглощения эквимолекулярное соотношение оксидов азота. Степень окисления оксидов азота регулируется по составу отходя щих газов, в которых соотношение NO и NO2 также должно быть эквимолекулярным
Рис. 9-10. Санитарная башня для очистки отходящих газов башенных систем: 1 — сборник кислоты; 2 — насадка; 3 — электрофильтр.
Для предварительного окисления NO иногда вместо полон башни устанавливают башню с насадкой, орошаемую 50— 60%-ной кислотой, нитрозность которой такова, что оксиды азота не поглощаются кислотой из газов. При этом создается самостоятельный цикл орошения, не связанный с циклом орошения остальных башен. Преимущества насадочной окислительной башни перед полой заключаются в том, что в насадочной башне перерабатываются остатки диоксида серы, а газовая смесь охлаждается, благодаря чему в последующей башне улучшается абсорбция оксидов азота. Однако окислительная башня с насадкой, орошаемой разбавленной кислотой, значительно дороже полой башни, так как кожух башни и холодильники необходимо выполнять из свинца или других кислотостойких материалов. Эти недостатки насадочной башни не компенсируются ее преимуществами. Требуемая степень окисления NO в башенном процессе может быть достигнута и без выделения специально предназначенного для этой цели окислительного объема. Для этого в продукционных башнях следует создать такой режим и поддерживать соответствующие температуры (и нитрозность кислоты), чтобы в последней продукционной башне не только заканчивалось окисление SO2, но и обеспечивалась необходимая степень окисления NO. Отходящие газы нитрозного производства подвергаются специальной очистке от оксидов азота, а также от брызг и тумана серной кислоты. Содержание оксидов азота в газах после абсорбционной башни (см. рис. 9-9) достигает 0, 25% (4, 7 г/м3). Выводить в атмосферу такой газ недопустимо по санитарным условиям. Кроме того, при этом увеличиваются потери азотной кислоты, в связи с чем отходящие газы подвергают специальной очистке от оксидов азота. Наиболее эффективный способ очистки отходящих газов — обработка таза концентрированной, серной кислотой. Для этого устанавливают санитарную абсорбционную башню (рис: 9-10), орошаемую «на себя» концентрированной кислотой, получаемой со стороны или в денитрационной башне. Сернокислотный туман образуется в денитрационной и концентрационной башнях при охлаждении обжигового газа. Размеры капель тумана очень малы, поэтому их суммарная поверхность весьма велика. В дальнейшем на поверхности этих капель происходит окисление диоксида серы и образование серной кислоты, вследствие чего по выходе газа из продукционных башен размеры капель и общее количество сернокислотного тумана в газе увеличиваются. По данным специального обследования, содержание тумана серной кислоты после каждой башни при концентрации SO2 в обжиговом газе 14 г/м3 (в пересчете на H2SO4) составляет:
|