Получение серной кислоты из газов обжиговых печей

ГЛАВА VIII

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛУПРОДУКТОВ

И ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОПУТНЫХ КОМПОНЕНТОВ

 

Для извлечения попутных компонентов из полупро­дуктов и отходов производства на цинковых заводах соз­даются соответствующие переделы, назначение кото­рых - обеспечить комплексное использование цинкового сырья. К таким переделам относятся: вельцевание цин­ковых кеков, производство серной кислоты, производство кадмия, редкометальное производство. Решению задачи более полного и комплексного использования сырья слу­жит также организация комбинированного свинцово-цинкового производства, на котором полупродукты и отхо­ды цинкового и свинцового заводов в зависимости от их состава поступают на переработку в то или иное произ­водство.

 

Получение серной кислоты из газов обжиговых печей

 

Общие сведения

 

Использование отходящих газов обжиговых печей ки­пящего слоя в производстве серной кислоты имеет боль­шое народнохозяйственное значение как для повышения эффективности цинкового производства, так и для охра­ны окружающей среды. Себестоимость серной кислоты, получаемой из обжиговых газов, почти в два раза ниже, чем на заводах химической промышленности, где для производства кислоты используются элементарная сера, серный колчедан или пиритный концентрат.

Получение серной кислоты наиболее современным и широко распространенным контактным методом основа­но на окислении газообразного сернистого ангидрида кислородом воздуха в присутствии катализатора по ре­акции

 

SO₂ + 0,5O₂ = SO₃.                    (89)

 

Полученный серный ангидрид при соединении с во­дой образует серную кислоту:

 

SO₃ + Н₂О = H₂SO₄.                    (90)

 

При избытке или недостатке воды получаются соот­ветственно водный раствор серной кислоты или олеум (моногидрат, содержащий растворенный серный ангид­рид в свободном виде).

Технология производства серной кислоты контактным методом состоит из следующих основных стадий:

1) получение сернистого газа;

2) очистка газа от примесей;

3) окисление сернистого ангидрида в серный ангид­рид;

4) абсорбция серного ангидрида.

Первая стадия - получение сернистого газа была опи­сана ранее (в гл. II), так как она совмещается в цинко­вом производстве с обжигом концентрата. В сернокислот­ном производстве цинковых заводов технология получе­ния серной кислоты контактным способом начинается практически с очистки газа от примесей.

 

Очистка газа от примесей

 

Как говорилось выше, в сернокислотные цехи направ­ляют обжиговые газы, очищенные от пыли в сухих элек­трофильтрах. Эти газы не пригодны для получения сер­ной кислоты из-за содержания в них пыли (100 мг/м³ и более), мышьяка, фтора, селена, теллура, паров воды и других компонентов, которые пагубно действуют на кон­тактную массу (катализатор). Для выделения из газов указанных примесей их подвергают последовательной очистке различными способами. Вначале обжиговые га­зы с температурой 350-400° С обрабатывают холодной, относительно слабой серной кислотой в промывных баш­нях. При этом газы охлаждают до 30-40° С и очищают от остатков пыли. Находящийся в газах в небольшом ко­личестве серный ангидрид при понижении температуры взаимодействует с парами воды с образованием паров, а затем тумана серной кислоты. Основные вредные примеси (As₂O₃, SeO₂, ТеО₂) при промывке частично раство­ряются в серной кислоте, но большая часть их переходит в сернокислотный туман.

Обычно очистку газов путем орошения их серной кис­лотой осуществляют в двух промывных башнях. В пер­вой башне промывку проводят 60-75 %-ной Н₂SO₄, во второй - кислотой с концентрацией 25-35%. При высо­ком содержании примесей в газе концентрация кислоты может быть более низкой.

Так как большая часть сернокислотного тумана, со­держащего вредные примеси, в орошающую серную кис­лоту не переходит, для его выделения газы подвергают двукратной очистке в мокрых электрофильтрах. В первой группе (ступени) электрофильтров улавливается основ­ное количество туманообразных примесей. Во второй группе происходит окончательная очистка газов от при­месей. С целью улучшения условий очистки во второй группе мокрых электрофильтров газы предварительно увлажняют 5% - ной Н₂SO₄.

Освобожденный от сернокислотного тумана газ содер­жит еще большое количество воды. Для се удаления газ направляют в сушильную башню, орошаемую 93-95%-ной H₂SO₄.

В процессе промывки, увлажнения и осушки газа орошающая кислота нагревается. Для охлаждения кис­лоты до заданной температуры ее пропускают через хо­лодильники различной конструкции, охлаждаемые водой или воздухом. Кроме того, концентрация орошающей серной кислоты при орошении промывных башен повы­шается, а при орошении сушильных башен понижается.

Для поддержания концентрации серной кислоты на заданном уровне в первом случае в систему орошения непрерывно подают воду. Образующийся избыток стан­дартной серной кислоты передают на склад. Во втором случае концентрацию кислоты поддерживают добавкой олеума. Так как промывная кислота, выводимая из про­цесса загрязнена примесями, в основном мышьяком, то ее или отправляют потребителям как продукцию низко­го сорта, при необходимости предварительно закрепив до нужной концентрации, или очищают от мышьяка.

Как исключение, при наличии в обжиговых газах большого количества примесей, которые могут на после­дующих стадиях сернокислотного производства сильно загрязнять готовую продукцию, промывку газов в промывных башнях иногда производят не серной кислотой, а водой. При этом получается слабая серная кислота с большим содержанием мышьяка и других примесей. Эту кислоту периодически выводят из процесса и на­правляют на очистные сооружения. При этом в процессе ее нейтрализации неизбежно теряется определенное ко­личество серной кислоты.

Очистку газа от примесей производят, как указыва­лось выше, в промывных башнях и мокрых электрофиль­трах. Орошающую кислоту охлаждают в холодильни­ках. Первая промывная башня, в которой газ охлаждает­ся с 350-400 до 80-90° С, представляет собой полый стальной цилиндр, покрытый изнутри листовым свинцом толщиной 3-5 мм или другим кислотостойким материа­лом (полиизобутиленом, фаолитом) и футерованный кислотостойкой керамикой. Толщина футеровки в ниж­ней части башни 250-300 мм, в верхней 150-200 мм. Для равномерного распределения газа по сечению баш­ни и лучшего контакта его с орошающей серной кисло­той в нижней части башни имеется свод с центральным отверстием. На некоторых предприятиях для этой цели полую часть башни заполняют керамической насадкой. Однако насадка быстрее забивается пылыо.

Орошающую кислоту подают насосами в кольцевые коллекторы, расположенные на крышке башни, откуда она через распылители подается навстречу потоку газа, который поступает в башню через патрубок в нижней ча­сти. Благодаря высокому давлению в распылителях кис­лота разбивается на мелкие капли и образует конусооб­разную струю с большой поверхностью соприкосновения с газом. Отвод кислоты из башни осуществляется через нижний штуцер, а выпуск промытого газа - через цен­тральное отверстие в крышке.

Во второй промывной башне газ охлаждается с 80-90 до 30-40° С. Конструкция этой башни несколько от­личается от первой. Так как основная часть пыли удаля­ется из газа в первой промывной башне, во второй для лучшего контакта газа с кислотой внутренняя часть за­полняется насадкой из керамических колец. В нижней части башни уложены крупные кольца диаметром 100 -120 мм, в верхней - более мелкие диаметром 50-80 мм. Обычно кольца укладывают рядами в шахматном поряд­ке. Вверху под крышкой оставляют свободное простран­ство высотой около 1 м, где размещают распылители кислоты. Насадка опирается на колосниковую решетку из керамических или андезитовых (природный кислото­стойкий камень) плит, установленных па столбиках.

Газ поступает в башню через нижнее входное отвер­стие (коробку), проходит колосниковую решетку, подни­мается вверх, распределяясь по насадке, и выходит через штуцер в крышке башни. Орошающая газ кислота из распылителей противотоком проходит насадку сверху вниз и выпускается через штуцер в нижней части баш­ни. Размеры промывных башен колеблются в широких пределах и зависят от производительности сернокислых цехов. Плотность орошения составляет 6-10 м³/ч на 1 м² сечения башни.

Кислота из первой промывной башни перед поступле­нием в холодильники отстаивается в отстойнике для уда­ления из нее твердых частиц. Отстойник представляет собой стальной футерованный резервуар диаметром до 10 м и высотой 1,2-1,5 м. Кислоту подают в верхнюю часть отстойника с одной стороны и выпускают с проти­воположной. Оседающий шлам, содержащий ртуть, се­лен и другие элементы, по мере накопления выгружают при чистке отстойника.

Для охлаждения кислоты служат различные типы хо­лодильников, изготовленных из кислотостойких материа­лов. Одним из неметаллических материалов является антегмит (графит).

Количество образующейся в промывных башнях сер­ной кислоты при промывке обжиговых газов обычно не превышает 1-2% от общего производства кислоты. Кон­центрация промывной кислоты зависит от содержания серного ангидрида и паров воды в газах, а также от ре­жима работы отделения очистки газов.

Мокрая электрическая очистка газов осуществляется в двух ступенях (группах) электрофильтров и промежу­точной увлажнительной башне. Каждая ступень включа­ет несколько (2-3) параллельно работающих аппаратов. При такой системе можно отключать один из аппаратов на периодическую промывку. Большинство заводов обо­рудовано трубчатыми или сотовыми электрофильтрами, состоящими из различного числа труб или ячеек.

В первой ступени электрофильтров осаждаются наи­более крупные капли сернокислотного тумана. Для выде­ления оставшихся мелких капель газы перед поступлени­ем во вторую ступень электрофильтров увлажняют, как сказано выше, слабой серной кислотой в увлажнитель­ной башне. Выходящая из электрофильтров кислота по­ступает в общий сборник, а шлам, содержащий иногда до 50% селена, собирается отдельно для последующей переработки. Электрофильтры первой ступени промывают (пропаривают) два-три раз в месяц, аппараты второй ступени - один - два раза в месяц.

Основным показателем качества очистки газа в мок­рых электрофильтрах является отсутствие сернокислот­ного тумана в газе, выходящем из второй ступени элек­трофильтров. Так как анализ газа на содержание тума­на и мышьяка требует много времени его производят обычно один раз в смену. Для более частого визуального контроля чистоты газа на прямых участках газохода от мокрых электрофильтров до сушильных башен устраи­вают смотровые глазки со стеклами, за которыми на оп­ределенном расстоянии в газоходе помещают электриче­ские лампочки. Если газ чистый, то лампочка видна. Ес­ли газ содержит туман, свет лампочки затемняется или становится невидимым.

Сушильная башня также выполнена из стали и футе­рована кислотостойкой керамикой. Внутреннее пространство башни заполняют керамическими кольцами, уло­женными на колосниковую решетку. В нижней части на­ходятся несколько рядов крупных колец (80-150 мм в диаметре и такой же длины). Основная масса колец име­ет размер 50х50 мм. В верхней части башни размещены отверстие для выхода газа, штуцер и распылители для кислоты. Газ поступает в нижнюю часть башни через патрубок. Кислота выпускается через нижний штуцер. Для улавливания брызг в башню встраивают брызгоуловитель или устанавливают его отдельно от нее.

Сушильная башня работает по тому же принципу противотока, что и промывные башни. Осушенный газ нагнетателем подается в контактное отделение. Основ­ным показателем работы сушильной башни является со­держание влаги в осушенном газе. Для поддержания не­обходимой концентрации орошающей кислоты в сборник сушильной башни непрерывно подают моногидрат. Одно­временно избыток сушильной кислоты выводят в абсорб­ционное отделение.

Окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид

 

Реакция окисления сернистого ангидрида SO₂+0,5O₂↔SO₃ является обратимой, т. е. она может про­текать как слева направо, так и справа налево. Направ­ление реакции в значительной степени зависит от усло­вий, в которых она протекает. К ним относится в первую очередь температура, давление и состав газов (или соот­ношение между концентрацией SO₂ и SO₃), а также ак­тивность катализатора, продолжительность контакта с с ним газов и т. д.

Ниже приведена зависимость теоретически возможной или равновесной степени превращения сернистого ангид­рида в серный ангидрид от температуры для газа, со­держащего 7% SO₂, 11% О₂ и 82% N₂ при давлении 0,1 МПа [24]:

 

Температура, °С	400	450	500	550	700
превращения, %	99,2	97,5	93,4	85,5	43,6

 

Влияние состава газов на степень превращения при температуре 475° С и давлении 0,1 МПа следующее [24]:

 

Содержание в газе, %:
SO2	2	3	4	5	6
О2	18,4	16,72	15,28	13,86	12,43
Степень превращения, %	97,1	97,0	96,8	96,5	96,2
Содержание в газе, %:
SO2	7	8	9	10
О2	11,00	9,58	8,15	6,72
Степень превращения, %	95,8	95,2	94,3	92,3

 

Из приведенных данных следует, что для успешного протекания реакции слева направо, т. е. в сторону окис­ления сернистого ангидрида, и достижения высокой сте­пени превращения необходимы пониженная температура и большой избыток кислорода в обжиговых газах. Повы­шение давления газа, по данным исследований, также способствует увеличению степени превращения. В совре­менных контактных системах давление газа невелико и практически не влияет на процесс катализа. Поэтому для данного состава газа и прочих постоянных условий сте­пень превращения зависит в основном от температуры процесса и содержания в газе кислорода. Влияние со­держания кислорода в газах особенно необходимо учи­тывать при проведении обжига цинковых концентратов на дутье, обогащенном кислородом, так как в этом случае резко уменьшается относительный избыток кислоро­да по отношению к теоретически необходимому для окис­ления сернистого ангидрида.

Степень превращения или степень окисления SO₂ в SO₃ является одним из основных показателей работы сер­нокислотных систем, характеризующих технический уро­вень производства. С увеличением степени превращения уменьшается содержание сернистого ангидрида в отхо­дящих газах, что имеет большое значение не только для экономики, но главным образом для охраны воздушного бассейна от загрязнения. При степени превращения 99,5% в отходящих газах может содержаться не более 0,04% SO₂, что отвечает санитарным, нормам. При мень­шей степени превращения содержание SO₂ в отходящих газах возрастает, и это требует принятия дополнитель­ных мер по очистке газов.

Как указывалось выше, окисление сернистого ангид­рида протекает с приемлемой скоростью только в присут­ствии катализатора. Способностью ускорять окисление SO₂ обладают различные металлы, их сплавы и окислы, некоторые соли, силикаты и многие другие вещества. Многолетней практикой установлено, что наилучшим ка­тализатором для промышленных условий является вана­диевая контактная масса, активный компонент которой состоит из пятиокиси ванадия V₂O₅ с добавкой окислов других металлов.

В настоящее время применяют несколько видов вана­диевой контактной массы. Основные из них: БАВ (ба­рий, алюминий, ванадий), примерный состав которой следующий: V₂O₅·12SiO₂·0,5Al₂O₃·2K₂O· ·3BaO·2KCl; СВД, в состав которой входит пиросульфат калия K₂S₂O₇; в последние годы получила распространение контактная масса СВС, достаточно активная при пониженных тем­пературах.

Очень важным показателем качества контактной мас­сы является температура зажигания, при которой начи­нается быстрый разогрев катализатора. Эта температура зависит не только от типа и качества контактной массы, но и от состава газовой смеси. Она повышается с умень­шением содержания кислорода в газе. Так, для газа, со­держащего 7% SO₂ и 11% О₂, температура зажигания свежей контактной массы БАВ составляет около 420° С. Если же в газе будет только 6,7% О₂ при той же кон­центрации SO₂, температура зажигания повысится до 437° С. С течением времени активность ванадиевой кон­тактной массы снижается. Поэтому катализатор пол­ностью или частично заменяют через 3-5 лет. Основной причиной снижения каталитической активности контакт­ной массы является наличие в газах веществ, отравляю­щих катализатор (мышьяк, фтор и др.). При низких температурах контактная масса разрушается серной кислотой, которая образуется при взаимодействии Н₂О с SO₃.

Скорость реакции окисления сернистого ангидрида имеет важное значение для экономики производства сер­ной кислоты. От нее зависит количество сернистого ан­гидрида, окисляющегося в определенный отрезок времени на единицу массы катализатора (т. е. расход катализа­тора и размеры контактного аппарата), а также другие технико-экономические показатели процесса. Скорость реакции окисления, в свою очередь, зависит от темпера­туры, степени превращения и состава газовой смеси. Для каждой данной степени превращения скорость окисления возрастает с повышением температуры до определенно­го предела, достигая максимума, после чего резко снижа­ется. Чем ниже степень превращения, тем выше скорость окисления сернистого ангидрида. При увеличении кон­центрации SO₂ и О₂ в газах скорость реакции окисления увеличивается.

Довольно сложная зависимость скорости реакции окисления от различных факторов не позволяет устано­вить одну оптимальную постоянную температуру про­цесса, обеспечивающую одновременно достижение высо­ких значений для двух важных показателей - степени превращения и скорости процесса. Поэтому на практике в контактных аппаратах по мере изменения условий с помощью теплообменных устройств поддерживают соот­ветствующую температуру процесса, приближающуюся к оптимальной.

Первая стадия окисления сернистого ангидрида за­ключается в том, что подогретый до 440° С газ пропуска­ют через первый слой контактной массы, где окисляется 60 - 80% общего количества SO₂. За счет выделения теп­ла реакции температура газа повышается до 500 - 600° С. Скорость реакции окисления при такой температуре очень велика, для ее протекания требуется мало времени и соответственно небольшое количество контактной мас­сы. Однако при повышении температуры степень превращения практически достигает равновесной величины и дальнейшее окисление замедляется.

Для поддержания оптимальных условий процесса газ после прохождения первого слоя катализатора охлажда­ют. Для этого его пропускают через теплообменник или добавляют к нему более холодный сернистый газ. В ка­честве охлаждающего агента в теплообменниках приме­няют холодный сернистый газ, воду или пар. После ох­лаждения газ поступает во второй слой контактной мас­сы, где происходит дальнейшее окисление SO₂. При этом температура газа повышается и его вновь приходится охлаждать. Такие операции повторяют несколько раз. И чем больше их число (т. е. чем больше слоев контактной массы), тем ближе к оптимальным температурные усло­вия процесса окисления. Обычно в промышленности ис­пользуют 3-5 слоев контактной массы.

Перед подачей исходного сернистого газа в первый слой контактной массы его нагревают в специальном по­догревателе с топкой для сжигания топлива (в период пуска системы) или в теплообменниках горячим газом, выходящим из контактного аппарата (при установив­шемся режиме). При правильно налаженном технологи­ческом процессе, когда все тепловые превращения стро­го сбалансированы, окисление сернистого ангидрида про­текает автотермично, без затраты углеродистого топлива.

Оборудование для окисления сернистого ангидрида состоит из контактных аппаратов, теплообменников и подогревателей. Контактный аппарат представляет со­бой стальной цилиндрический корпус, в центре которого находится опорная стойка, собранная из чугунных труб. Контактная масса размещается на решетках, прикреп­ленных к стенкам корпуса и опорной стойке. Количество решеток соответствует количеству слоев контактной массы. Для уменьшения потерь тепла через стенки ап­парата поверхность корпуса покрывают слоем теплоизо­ляции толщиной 150-250 мм. В корпусе имеются от­верстия с патрубками для входа и выхода газов. Обычно исходный газ подают сверху, а газ, содержащий SO₃, вы­пускают снизу аппарата. Внутренний диаметр аппарата производительностью 540 т/сут составляет 8,5 м, высота 19,6 м.

В практике сернокислотного производства применяют контактные аппараты различной конструкции с промежу­точными и внутренними теплообменниками. Промежуточные теплообменники бывают встроенными в корпус кон­тактного аппарата или выносными, расположенными вне его. Внутренние теплообменники состоят из труб, разме­щенных в слое контактной массы, по которым проходит более холодный сернистый газ. Наиболее удобны в эк­сплуатации контактные аппараты с выносными промежу­точными теплообменниками.

На решетки контактного аппарата слоем различной толщины укладывают ванадиевую контактную массу. Последнюю выпускают в виде таблеток, колец или гра­нул. Размеры колец или гранул составляют 5-15 мм. До пуска аппарата в работу контактную массу БАВ насы­щают сернистым ангидридом. Катализаторы СВД, СВС и др. выпускаются в готовом виде и не требуют предва­рительного насыщения.

Теплообменник представляет собой вертикальный стальной цилиндр с верхней и нижней решетками, в кото­рые ввальцованы цельнотянутые стальные трубы. Внут­ри корпуса для равномерного распределения газа по меж­трубному пространству и увеличения коэффициента теп­лопередачи расположены перегородки в виде решеток. Горячий газ из контактного аппарата (SО₃) с темпера­турой 500-600°С проходит по трубкам теплообменника сверху вниз. Противотоком ему в межтрубном простран­стве поднимается снизу вверх холодный сернистый газ с температурой 50°С (применяют и обратное движение газов).

Серьезную опасность для теплообменника представ­ляет содержание влаги в обжиговом газе, поступающем в контактное отделение. При концентрации влаги в газе 0,01% в нем будет образовываться столько же серной кислоты. Точка росы паров серной кислоты при такой концентрации равна 100° С. Следовательно, при темпе­ратуре стенок теплообменника 100° С на них будет кон­денсироваться кислота, которая постепенно разрушит трубы. При большей влажности газа точка росы повы­шается и достигает 150°С при содержании влаги 0,1%. Поэтому осушка газа в сушильных башнях имеет боль­шое значение для стойкости теплообменных аппаратов. Накапливающуюся в теплообменнике в результате кон­денсации серную кислоту периодически выпускают через нижний штуцер в корпусе аппарата.

Подогреватель состоит из топки, шахты, приемной ка­меры и собственно подогревателя (теплообменника). В топке сжигается жидкое топливо или газ. Топочные га­зы смешиваются с воздухом и при температуре 650-700° С поступают в шахту, а из нее - в стальную прием­ную камеру подогревателя, перекрытую чугунной, футе­рованной огнеупорным кирпичом, крышкой. Подогреватель аналогичен по конструкции теплообменнику. Топоч­ные газы проходят по трубам сверху вниз, нагревая про­тивотоком поднимающийся по межтрубному пространству сернистый газ. При этом топочные газы охлаждаются до 300-350° С и направляются в дымовую трубу, а сер­нистый газ нагревается с 50-60 до 450° С.

Как уже упоминалось выше, подогреватель газа не­обходим только при пуске в работу контактных аппара­тов. После выхода на нормальный режим процесс окис­ления идет автотермически и подогреватель может быть отключен. Однако в ряде случаев, когда концентрация сернистого ангидрида в обжиговых газах ниже расчет­ной, подогреватель необходим для поддержания задан­ного температурного режима. На некоторых сернокис­лотных заводах работают электрические подогреватели. Их применение экономически оправдывается только в тех случаях, когда подогреватели включаются в работу очень редко, в основном при пуске систем в работу после плановых остановок.

Для достижения санитарных норм по концентрации сернистого ангидрида в отходящих газах сернокислотно­го производства применяют различные методы очистки или разбавление их воздухом и сброс через дымовые трубы большой высоты. На Челябинском электролитном цинковом заводе предельно допустимые нормы содержа­ния SO₂ в газах достигнуты посредством реконструкции сернокислотного цеха на двойное контактирование.

Сущность двойного контактирования заключается в том, что процесс окисления SO₂ на катализаторе осущест­вляется в две стадии. На первой стадии степень превра­щения составляет 90%. Перед тем, как направить газ на вторую стадию, из него выделяют серный ангидрид в промежуточном абсорбере. В результате в газе увеличи­вается соотношение О₂:SO₂, что позволяет в одном или двух слоях контактной массы второй стадии получить степень превращения оставшегося сернистого ангидрида 95-97%. Таким образом, общая степень превращения составляет 99,5-99,7%, что обеспечивает снижение со­держания SO₂ в отходящих газах до 0,03-0,04%.

Так как при двойном контактировании с промежуточ­ной абсорбцией сернистый газ дважды нагревается от начальной температуры (около 50° С), то для обеспече­ния автотермичности процесса концентрацию SO₂ в газе на выходе в первую стадию контактирования необходимо поддерживать в пределах 9-10%. Такая концентрация вполне достижима при обжиге цинковых концентратов в печах КС на обогащенном кислородом дутье. Процесс двойного контактирования с двойной абсорбцией сокра­щенно называют процесс Д_к/Д_а.

 

Абсорбция серного ангидрида

 

Последней стадией производства серной кислоты кон­тактным способом является извлечение серного ан­гидрида из газовой смеси и превращение его в серную кислоту. Эта операция основана на абсорбции серного ангидрида серной кислотой в башнях, называемых аб­сорберами. Вначале серный ангидрид растворяется в кислоте, а затем взаимодействует с находящейся в ней водой:

 

n SO₃ + Н₂О = H₂SO₄+ (n— 1)SO₃.       (91)

 

В зависимости от соотношения воды и серного ангид­рида получают продукты различной концентрации. При n >1 образуется олеум, при n =1-моногидрат (100%-ная H₂SO₄), а при n <1 - водный раствор серной кислоты или разбавленная кислота. После абсорбции га­зовая смесь удаляется в атмосферу. Если процесс абсор­бции был неполным, то с газовой смесью в атмосферу сбрасывается и SO₃, увеличивая загрязнение воздушного бассейна.

Газообразный серный ангидрид наиболее полно улав­ливается серной кислотой с концентрацией 98,3%.  Сте­пень абсорбции зависит также и от температуры серной кислоты. Чем ниже температура, тем выше степень аб­сорбции. При обработке газа, содержащего SO₃, серной кислотой с концентрацией менее 98,3% часть серного ангидрида соединяется с парами воды, выделяющейся из серной кислоты, и образует сернокислотный туман, ко­торый заметен на выходе из выхлопной трубы абсорбера. Чем ниже концентрация серной кислоты и выше ее тем­пература, тем больше образуется сернокислотного ту­мана.

При обработке газа кислотой более высокой концен­трации серный ангидрид поглощается неполностью, так как из такой кислоты выделяется SO₃. В этом случае от­ходящие газы выносят в атмосферу пары SO₃, которые с влагой воздуха также образуют сернокислотный туман. Таким образом, в обоих рассмотренных случаях откло­нение от оптимальной концентрации кислоты ухудшает абсорбцию серного ангидрида и в атмосферу выделяет­ся сернокислотный туман.

Обычно серный ангидрид поглощается из газов в двух последовательно соединенных абсорберах: пер­вом - олеумном - и втором - моногидратном. Из кон­тактного отделения газ поступает в олеумный абсорбер, орошаемый олеумом, содержащим 20% SO_3(своб), в котором поглощается примерно ¹/₃ серного ангидрида. При поглощении серного ангидрида олеум нагревается за счет тепла поглощения SO₃. Концентрация его увеличивается до 21-22% S0_3(своб). Горячий концентрированный оле­ум вытекает из абсорбера в сборник, куда добавляют не­большое количество моногидрата для разбавления его до начальной концентрации 20% S0_3(своб). Из сборника одна часть олеума вновь направляется на орошение аб­сорбера, а остальную передают на склад или используют для получения концентрированной кислоты. В олеумном абсорбере улавливается не весь серный ангидрид. Поэ­тому газ из него поступает в моногидратный абсорбер, орошаемый 98,3%-ной H₂SO₄ (моногидратом).

При поглощении серного ангидрида кислота нагрева­ется и концентрация ее повышается до 98,7-99%. Из моногидратногоабсорбера кислота сливается в сборник, в который добавляют кислоту из сушильной башни или воду для разбавления до начальной концентрации 98,3%. Горячая кислота из сборника перекачивается в ороси­тельный холодильник и затем вновь поступает на оро­шение моногидратного абсорбера. Часть моногидрата не­прерывно подают в сушильную башню. Газы из моногидратного абсорбера проходят брызгоуловитель и за­тем фильтры для улавливания сернокислотного тумана. После этого газы выпускают в атмосферу.

Олеумный абсорбер выполнен в виде стального вер­тикального цилиндра с насадкой из керамических или стальных колец (олеум не разрушает сталь), уложенных на колосниковую решетку, смонтированную из стальных балок. Внутри абсорбера имеются различные устройства для равномерного распределения газа по сечению аппа­рата. Моногидратный абсорбер устроен так же, как и сушильная башня. Обычно на 1 т/ч продукции требуется от 600 до 1000 м² насадки в олеумном абсорбере и до 1200 м² насадки в моногидратном. Необходимая плот­ность орошения составляет соответственно 10-12 и 25 м³ на 1 м² сечения абсорбера.

Для обеспечения высокой степени абсорбции серного ангидрида необходимо поддерживать определенную тем­пературу орошающих кислот. Это делается путем про­пускания горячих кислот через холодильники различных конструкций.

С целью снижения температуры абсорбции газовую смесь, выходящую из контактного аппарата и содержа­щую серный ангидрид, также дополнительно охлаждают в ангидридных холодильниках. По своей конструкции ангидридные холодильники подобны теплообменникам. Обычно по трубам сверху вниз движется газ, поступаю­щий из контактного отделения с температурой около 200° С, а в межтрубном пространстве - охлаждающий воздух или вода. Недостаток ангидридных холодильни­ков, орошаемых водой, заключается в возможности про­никновения воды в трубы через неплотности в разваль­цовке и образовании разбавленной серной кислоты с сильно корродирующими свойствами.

При переработке обжиговых газов на серную кисло­ту из цинковых концентратов извлекают серу - второй по содержанию в сырье компонент. На каждую 1 т товарно­го цинка производится 1,4-1,5 т серной кислоты. На оте­чественных цинковых заводах серную кислоту выпуска­ют по ГОСТ 2184-77.

Как указывалось выше, шлам мокрых электрофиль­тров является коллектором селена, а также ртути. Со­гласно техническим условиям шлам в зависимости от содержания в нем селена классифицируется на шесть марок. В первых пяти марках нормируется только селен, которого должно быть соответственно не менее 50, 35, 20, 3 и 1,5%. В шестой марке селен не нормируется, но со­держание ртути должно быть не менее 5%. Таким обра­зом, утилизация обжиговых газов позволяет извлекать из цинковых концентратов три сопутствующих цинку ком­понента; серу в товарную продукцию, селен и ртуть - в полупродукты.