Proces „dvojitej konverzie, dvojitej absorpcie“ výroby kyseliny sírovej, stále generuje chvostový plyn obsahujúci So₂ (zvyčajne 500-1 000 mg/m³). Priama emisia ľahko spôsobuje kyslý dážď, takže pre kontaktný proces je nevyhnutné ošetrenie chvostom.
Predbežné ošetrenie surovín: Odstránenie nečistôt na zabezpečenie následnej stability procesu
Prvým krokom v kontaktnom procese na výrobu kyseliny sírovej je predbežná ošetrenie surovín, ktorej hlavným cieľom je odstrániť nečistoty zo surovín, aby sa predišlo otravám katalyzátorom, korózii zariadení alebo neštandardnej čistote produktu v následných procesoch. Metódy predbežnej liečby sa výrazne líšia v závislosti od surovín: ak sa ako surovina používa síra, tuhá síra sa najprv odošle do taviacej nádrže a roztopí sa na tekutú síru pri teplote 130-150 stupňov.
Potom sa mechanické nečistoty (ako sú častice sedimentu a uhlíka) odstránia cez filter a jemné častice sa ďalej oddeľujú od separátora cyklónu, aby sa zabezpečilo, že čistota síry vstupujúceho do ďalšieho kroku je väčšia alebo rovná 99,9%. Ak je prijatý pyrit (hlavná zložka FES₂), musí prejsť procesmi drvenia a skríningu najskôr, aby sa pyrit rozdelil do rovnomerných častíc 8-15 mm. Zároveň sa kovové nečistoty, ako sú železné spisy, odstraňujú magnetický separátor, aby sa zabránilo oxidom železa generovaných počas následného praženia pri dodržiavaní vnútornej steny zariadení alebo blokujúcimi potrubím. Ak surovina je tavou plynným plynom (ako napríklad So₂ obsahujúci plynný plyn produkovaný v procese tavenia medi, olova a zinku), je potrebné najprv vykonať prach (pomocou elektrostatického precipitátora alebo filtra vrecka na odstránenie prachových častíc), demonštrovanie vodnej hmly alebo erturiou alebo chybou na idúch uhlíka alebo idúnici uhlíka atď. Výmenná metóda) na zabránenie nečistôt v spalinovom plyne ovplyvňujúcich aktivitu katalyzátora. Kvalita predbežného ošetrenia surovín priamo určuje stabilitu následných procesov. Napríklad, ak je obsah arzénu v pyrite príliš vysoký, spôsobí to trvalé otravu následného vanádového katalyzátora. Preto musí spojenie predúpravy striktne kontrolovať obsah nečistoty, zvyčajne vyžaduje obsah škodlivých prvkov, ako je arzén a selén v surovinách, je menší alebo rovný 0,05%.
Príprava oxidu siričitého
Oxid siričitý (SO₂) je jadrová stredná surovina na výrobu kyseliny sírovej prostredníctvom kontaktného procesu. Prípravný odkaz vyžaduje výber zodpovedajúcej trasy procesu podľa typu suroviny, aby sa zabezpečila výstup a čistota SO₂ spĺňa potreby následnej oxidácie. Keď sa ako surovina používa síra, rafinovaná kvapalná síra sa odošle do horáka síry, zmiešaného so stlačeným vzduchom, ktorý bol sušený (pomocou koncentrovanej kyseliny sírovej na sušenie, aby sa zabránilo vlhkosti ovplyvňujúcej následné reakcie) v pomere (Air Forfic Duver: ST + O. + O O O O O OK +.
Miera konverzie tejto reakcie môže dosiahnuť viac ako 99,8%a koncentrácia generovaného plynu je približne 10%-12%(objemová frakcia). Medzitým sa uvoľňované teplo môže použiť na vytvorenie pary na regeneráciu energie. Ak sa ako surovina používa pyrit, vopred ošetrené pyritové častice sa odosielajú do fluidizovanej pražení lôžka (vriacej pec) a pražená reakcia sa vykonáva s prebytočným vzduchom pri teplote 650-850 stupňov: 4fes₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃+ 8} So₂ + HEAT. Počas procesu praženia musí byť prietok vzduchu riadený ventilátorom, aby sa častice pyritu udržali v stave varu, čím sa zabezpečila dostatočná reakcia. Koncentrácia generovaného SO₂ je asi 7%-9%a oxid železa vedľajšieho produktu (troska) sa môže získať ako surovina na výrobu železa. V prípade surovín na čalúnenie plynu sa vopred ošetrená spalina odosiela do desorpčnej veže a nízka koncentrácia So₂ (obvykle 1%-5%) v spalovom plyne sa koncentruje na 8%-10%prostredníctvom procesu zriedenej kyseliny sírovej alebo pyrolýzy, ktorá spĺňa požiadavku koncentrácie SO₂ na predĺženú katalytickú oxidáciu. Bez ohľadu na použitú surovinu musí byť generovaný plyn ochladený kotlom odpadového tepla (od 800 do 300 do 300-400 stupňov) a teplo sa obnovuje, aby sa vytvorilo stredne tlakové pary, čo nielen znižuje požiadavky na tepelnú odolnosť následného zariadenia, ale tiež realizuje recyklovanie energie.
Katalytická oxidácia oxidu siričitého: jadro kontaktného procesu na realizáciu konverzie z So₂ na So₃
Katalytická oxidácia oxidu siričitého je základným spojením v kontaktnom procese na výrobu kyseliny sírovej. Jeho podstatou je oxidovať So₂ na trioxid síry (SO₃) pri pôsobení katalyzátora a rýchlosť konverzie tejto reakcie priamo určuje výstup indikátorov emisií kyseliny sírovej a výfukových plynov. V súčasnosti sa katalyzátory vanád (hlavná zložka V₂O₅, Carrier SIO₂, promótory K₂so₄ a Na₂so₄) sa v priemysle široko používajú kvôli svojej vysokej aktivite, dobrej selektivite a dlhej životnosti (zvyčajne 3-5 rokov). Reakcia sa vykonáva v prevodníku (viacstupňový adiabatický reaktor s pevným lôžkom) s použitím procesu „dvojstupňovej konverzie a dvojstupňovej absorpčnej absorpcie“: počas prvej konverzie je chladený SO₂ plyn (obsahujúci O₂) prvé katalyzátorové lôžko prevodníka a dochádza k teplote teploty 400-450 stupňov: 2SE + ₂ ⇌ 2SE + teplo. Pretože táto reakcia je exotermická, teplota lôžka sa zvýši na 550-600 stupňov, čo presahuje optimálnu aktívnu teplotu katalyzátora. Preto musí byť plyn ochladený na 400-420 stupňov prostredníctvom stredného výmenníka tepla pred vstupom do druhého katalyzátora na ďalšiu reakciu. Celková miera konverzie prvej konverzie môže dosiahnuť 90%-95%.
Následne plyn obsahujúci SO₃ vstupuje do prvej absorpčnej veže (s použitím 98,3% koncentrovanej kyseliny sírovej na absorbovanie So₃), aby sa odstránila väčšina SO₃, čím sa zabráni tvorbe kyslej hmly počas následného procesu chladenia. Nereakovaný SO₂ Gas (koncentrácia asi 0,5%-1%) sa opäť zahrieva na približne 400 stupňov prostredníctvom tepelného výmenníka a vstupuje do tretieho a štvrtého katalyzátorového lôžka prevodníka pre druhú konverziu, pričom miera konverzie sa ďalej zvýšila na viac ako 99,5%. Tento proces účinne reguluje reakčnú teplotu v rozsahu katalyzátorskej aktivity (400-600 stupňov) prostredníctvom segmentovaných reakcií a strednej výmeny tepla, pričom sa vyhýba spätnej reakcii, keď sa SO₃ zmieša s nezreagovanými SO₂ a O₂. Okrem toho použitie katalyzátorov vyžaduje prísnu kontrolu obsahu nečistôt v surovinách. Prvky, ako je arzén, selén a fluór, sa priľnú k povrchu katalyzátora, blokujú aktívne centrá a spôsobia deaktiváciu katalyzátora. Preto je potrebné pravidelne testovať aktivitu katalyzátora a keď miera konverzie klesne pod 95%, je potrebné vymeniť katalyzátor.
Absorpcia trioxidu siričitého: vyhýbanie sa tvorbe kyslých hmlov a účinnej príprave kyseliny sírovej
Absorpcia trioxidu siričitého (SO₃) je kľúčovým krokom pri premene So₃ generovaného katalytickou oxidáciou na kyselinu sírovú. Jeho hlavnou výzvou je vyhnúť sa priamemu kontaktu medzi So₃ a vodou za vzniku kyslej hmly (So₃ + H₂o → H₂so₄, táto reakcia je vysoko exotermická a ľahko spôsobuje, že pary kyseliny sírovej kondenzujú na malé kvapky, ktoré je ťažké zachytiť). Preto sa ako absorpcia v priemysle bežne používa 98,3% koncentrovaná kyselina sírová. Táto koncentrácia kyseliny sírovej má najvyššiu účinnosť absorpcie pre So₃ a nie je náchylná na tvorbu kyslých hmlov. Absorpčný proces sa vykonáva v absorpčnej veži (zvyčajne zabalenej veže veže alebo bublinkovej uzáveru): plyn SO₃ (teplota asi 150-200 stupňov) po prvej konverzii, ktorá vstúpi zo spodnej časti absorpčnej veže a kontakty protiprúdovo s 98,3% koncentrovanou kyselinou sulfurčou nastriekali z vrcholu veže. So₃ sa rozpúšťa v koncentrovanej kyseline sírovej, aby sa vytvorila koncentrovanejšia kyselina sírová (koncentrácia až do 99,5%) alebo fumujúca kyselina sírová (kyselina sírová obsahujúca voľnú SO₃, koncentráciu vyjadrenú ako hmotnostná frakcia So₃, zvyčajne 20%-65%).
V absorpčnej veži sa musí hustota spreju (obvykle 15-25 m³/(m² · h)) a prietok plynu (0,5-1,0 m/s) regulovať, aby sa zabezpečilo dostatočný kontakt s plynnou kvapalinou. Zároveň sa na odstránenie kvapiek kyseliny kyseliny sírovej v plyne, ktorý sa zabráni korózii následného zariadenia, sa používa demonter (napríklad vláknina demonterov). Ak je potrebné produkovať zriedenú kyselinu sírovú (ako je 70% koncentrácia na morenovanie kovu), koncentrovaná kyselina sírová generovaná absorpciou sa môže zasielať do zriedenej nádrže a demineralizovaná voda sa pomaly pridáva za miešaných podmienok (prísne zakazuje sa pridávať vodu priamo na koncentrovanú sulfurovú kyselinu na zabránenie vŕtania). Teplota riedenia je regulovaná tak, aby nepresiahla 60 stupňov, a koncentrácia sa monitoruje v reálnom čase meračom koncentrácie online. Po dosiahnutí cieľovej hodnoty sa odošle do nádrže na skladovanie hotového produktu. Na výrobu tryskovej kyseliny sírovej sa musí po absorpčnej veži pridať vež na generovanie kyseliny sírovej po ďalšom kontakte s plynným plynom s 98,3% koncentrovanou kyselinou sírovou, aby obsah SO₃ spĺňa požiadavky na návrhy. Riadenie prevádzkových parametrov v absorpčnom spojení je rozhodujúce. Napríklad, ak je absorpčná teplota príliš vysoká, rozpustnosť SO₃ sa zníži; Ak je teplota príliš nízka, viskozita roztoku sa zvýši, čo ovplyvní účinnosť absorpcie. Preto sa absorpčná teplota zvyčajne reguluje pri 40-60 stupňoch kyslým chladičom. Zároveň sa musí tlak absorpčnej veže udržiavať pri miernom zápornom tlaku (-50 až -100P), aby sa zabránilo úniku plynu SO₃.
Rafinácia produktu: Úprava koncentrácie a čistoty podľa požiadaviek na následné prúdenie
Jadrom rafinácie produktu je upraviť koncentráciu a odstránenie nečistôt kyseliny sírovej generovanej v absorpčnom spojení podľa rôznych potrieb po prúde priemyselných odvetví, čím sa zabezpečí, že produkt spĺňa zodpovedajúce priemyselné normy. Prvou je úprava koncentrácie: ak je downstream dopyt 98% priemyselná koncentrovaná kyselina sírová (používaná pri výrobe hnojiva, ako je výroba fosforečnanu diamónie), koncentrovaná kyselina sírováka generovaná kyselinou generovanou absorpciou musí byť odoslaná do koncentračného veža, zahrievaná zavedením nízkej tlak pary (120-150 stupňov), ktorá sa musí odosielať do 98%. Ak je dopyt 70% zriedenej kyseliny sírovej (použitá v kovovom morenovaní v priemysle železa a ocele na odstránenie oxidu železa na oceľovom povrchu), musí sa pridať demineralizovaná voda v pomere k zriedenej nádrži, zatiaľ čo systémy miešania a chladenia zapínajú na reguláciu teploty alebo teploty počas zriedka, aby sa neprekročili 60 stupňov, aby sa neprekročili 60 stupňov, aby sa neprekročili 60 stupňov, aby sa predišlo 60 stupňom, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa neprekrývala 60 stupňov, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa predišlo 60 stupňom, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa predišlo 60 stupňom, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa neprekročila 60 stupňov, aby sa neprekročila 60 stupňov.
Druhým je odstránenie nečistoty: rôzne scenáre aplikácie majú výrazne odlišné požiadavky na čistotu kyseliny sírovej. Napríklad bežná priemyselná kyselina sírová vyžaduje obsah železa menší alebo rovný 0,01% a obsah arzénu menší alebo rovný 0,005%, zatiaľ čo kyselina sírová z batérie (používaná ako elektrolyt pre batérie kyseliny olovnatého) vyžaduje obsahový kov (olovo, olovo, kadmium) menší ako kyselina 0,1 ppm a chloridový ión menší ako alebo rovnaký ako 0,5ppM. V prípade bežnej priemyselnej kyseliny sírovej sa filtrácia zvyčajne používa na odstránenie mechanických nečistôt (ako je filtrácia prostredníctvom polypropylénových filtračných membrán) a peroxid vodíka (H₂O₂) sa pridáva na oxidovanie a odstraňovanie redukčnej nečistôt, ako je kyselina sufurózna (H₂SO₃). V prípade kyseliny sírovej na úrovni batérie sa vyžaduje hlboký proces rafinácie: Po prvé, aktívna adsorpcia uhlíka sa používa na odstránenie organických nečistôt, potom sa iónové výmenné živice (ako napríklad výmenné živice katiónov na odstránenie iónov ťažkých kovov, na odstránenie čistoty sa používajú ióny s nečistotami a nakoniec, aby sa odstránil čistota chloridu, aby sa zlepšila čistota, zabezpečila, že sa uisťuje, že aktarizuje sa, že nebezpečenstvo, aktarita štandardy. Okrem toho sa musí testovanie kvality vykonávať v rafinácii produktu, vrátane testovania koncentrácie (pomocou metódy denzitometra alebo metódy titrácie) a testovania obsahu nečistôt (pomocou atómovej absorpčnej spektrometrie alebo iónovej chromatografie). Po absolvovaní testu sa musí kyselina sírová ukladať v špeciálnych skladovacích nádržiach podľa rôznych hladín koncentrácie a čistoty (ako je 98% koncentrovaná kyselina sírová v nádržiach z uhlíkovej ocele, zriedka kyselina sírová v nádržiach FRP a kyselina sufúrová v zriedenej oceli), aby sa zabránilo zmiešanému znečisteniu produktov rôznych stupňov.
Ošetrenie výfukového plynu: kontrola emisií znečisťujúcich látok na splnenie environmentálnych noriem
Aj keď sa prijíma proces „dvojstupňovej konverzie a dvojstupňovej absorpcie“, počas výroby kyseliny sírovej sa stále vytvára malé množstvo výfukového plynu obsahujúceho SO₂ (zvyčajne SO₂ koncentrácia 500-1 000 mg/m³). Priama emisia spôsobí znečistenie ovzdušia (formovanie kyslého dažďa), takže spojenie úpravy výfukových plynov je nevyhnutným krokom ochrany životného prostredia v kontaktnom procese. V súčasnosti existujú v priemysle tri technológie čistenia výfukových plynov v tradičnom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom prúdovom priemysle: prvá je proces desulfurizácie amoniaku, ktorý vysiela výfukový plyn do desulfurizačnej veže a kontaktuje sa proti amoniakovej vode (koncentrácia 15%-20%), čo vedie k reakciám: So₂ + 2 NH₃ → H₂o → (NH₄) ₂SO + H. (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2nh₄hso₃.
Potom sa do reakčného roztoku zavedie vzduch na oxidáciu a generovanie síranu amónneho: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Síran amónny sa môže predávať ako dusíkové hnojivo, aby sa dosiahlo využitie znečisťujúcich látok zdrojov. Miera odstránenia tohto procesu môže dosiahnuť viac ako 98%a koncentrácia emisií výfukových plynov je nižšia alebo rovná 50 mg/m³, čo spĺňa požiadavky „integrovaného emisného štandardu znečisťujúcich látok ovzdušia“ (GB 16297-1996). Druhým je proces desulfurizácie limetkového mlieka, ktorý používa limetkové mlieko (CA (OH) ₂ suspenzia) ako absorbent, aby reagoval s So₂ vo výfukovom plyne, aby sa vytvoril sulfit vápenatého: So₂ + CA (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂o. Sulfit vápenatý sa oxiduje na generovanie sadry (Caso₄ · 2H₂o), ktorý sa môže použiť pri výrobe stavebných materiálov (napríklad sadry).
Tento proces má nízke náklady, ale relatívne nízku mieru odstránenia SO₂ (asi 95%), vhodné pre malé podniky na výrobu kyseliny sírovej. Tretím je metóda adsorpcie aktívneho uhlia, ktorá prechádza výfukovými plynmi cez aktívnu adsorpčnú vežu s aktívnou uhlím. Po SO₂ je adsorbovaný aktívnym uhlím, vysoká koncentrácia So₂ Gas sa generuje desorpciou za podmienok zahrievania, ktoré sa môže vrátiť do konvertora, aby sa znova zúčastnil na reakcii, pričom si uvedomuje recykláciu So₂.
Tento proces nemá žiadne sekundárne znečistenie, ale náklady na výmenu aktívneho uhlia sú vysoké, vhodné pre podniky s prísnymi environmentálnymi požiadavkami a vysokými nákladmi na suroviny. Bez ohľadu na prijatý proces sa musí koncentrácia emisií SO₂ monitorovať v reálnom čase prostredníctvom online monitorovacieho systému po ošetrení výfukových plynov, aby sa zabezpečilo stabilné súlad. Súčasne musia byť vedľajšie produkty generované počas procesu liečby (ako je síran amónny a sadra) zlikvidované v súlade, aby sa predišlo sekundárnemu znečisteniu. Napríklad obsah ťažkých kovov v sadre sa musí testovať a dá sa použiť až po splnení štandardov stavebného materiálu.
Okrem toho niektoré podniky na výrobu kyseliny sírovej vo veľkom meradle tiež prijímajú technológiu obnovy odpadu výfukového plynu, pričom využívajú teplo vo výfukových plynoch (teplota približne 100-150 stupňov) na ohrievanie demineralizovanej vody prostredníctvom výmenníka tepla, ktorá vytvára nízkotlakovú paru na výrobu, čo ďalej zlepšuje účinnosť využitia energie a realizuje duálne ciele ochrany životného prostredia a ochranu energie.
