III-стадия - абсорбция
Принципиальная схема производства серной кислоты
Железного колчедана
Химическая схема производства серной кислоты из
Химическая схема получения серной кислоты включает три последовательные стадии:
1) окисление дисульфида железа кислородом воздуха:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
2) каталитическое окисление оксида серы (IV) избытком кислорода:
2SO2 + O2 = 2SO3 + Q
3) абсорбция оксида серы (IV) с образованием серной кислоты:
SO3 + H2O = H2SO4
Принципиальная схема производства серной кислоты включает три стадии:
I-я стадия - получение обжигового газа (оксида серы (IV) из колчедана:
1) операция - обжиг колчедана в печи кипящего слоя;
2) операция - охлаждение газа в котле утилизаторе;
3) операция - общая очистка газа в центробежных пылеуловителях и сухих электрофильтрах;
4) операция - специальная очистка газа в промывных башнях и мокрых электрофильтрах.
II-я стадия – контактирование:
5) операция - подогрев газа в теплообменнике;
6) операция - контактирование в контактном аппарате.
|
|
7) операция - абсорбция оксида серы и образование серной кислоты в абсорбционной башне с насадкой.
Для получения оксида серы(IV) колчедан подвергают окислительному обжигу – нагреванию до высокой температуры с перемешиванием в потоке воздуха и при его избытке.
Обжиг серного колчедана – это гетерогенный (газ – твёрдое), высокотемпературный (до 900˚С), необратимый, некаталитический процесса, идущий через ряд стадий.
1-я стадия: сначала происходит медленная эндотермическая реакция разложения дисульфида железа:
2FeS2 = FeS + S2 + Q
Реакция проводится при 500˚C для обеспечения высокой скорости реакции. При температурах ниже 500˚C не может протекать эндотермическая реакции термического разложения дисульфида железа.
2-я стадия: на второй стадии начинаются экзотермические реакции горения паров серы и окисления сульфида железа FeS.
Суммарное уравнение для процесса обжига:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 + Q
Химический состав обжигового (сернистого) газа зависит не только от исходного сырья, но и от конструкции печей, в которых осуществляется обжиг колчедана.
Для обжига колчедана существуют печи разных конструкций:
- механические полочные
- вращающиеся цилиндрические
- пылевидного обжига
- обжига в кипящем слое
В настоящее время в сернокислой промышленности для обжига колчедана применяют в основном печи «кипящего слоя» с псевдоожиженным слоем твердого материала
В настоящее время все новые сернокислотные системы оборудованы печами кипящего слоя. К достинствам этого типа печей относится их высокая интенсивность, возможность получения концентрированного газа (до 15 % аммиака) с низким содержанием SO3 и мышьяка.
|
|
Еще Д. И. Менделеев впервые заметил, что если через слой зернистого материала продувать с большой скоростью воздух в виде большого числа мелких струек, то слой разрыхляется, объём его постепенно возрастает, а затем все частицы начинают перемещаться друг относительно друга. Такой слой получил название «кипящего» или «псевдоожиженного» слоя. Вследствие перемешивания все процессы в таком слое (в том числе и обжиг) протекают быстро и полно, а температура одинакова по всему слою.
Устройство печи «кипящего слоя» изображено на рисунке 3.1:
Печь представляет собой стальной цилиндр, стенки которого выложены (футерованы) огнеупорным кирпичом. В нижней части п е чи находится газораспределительная решётка с большим числом отверстий. Под решётку подаётся воздух, со скоростью, обеспечивающей переход частиц во взвешенное состояние. В «кипящий» слой над решёткой непрерывно поступает колчедан, и из него отводится огарок.
Проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Это приведёт к увеличению времени полного превращения твердых частиц и понижению производительности печи. Температура спекания колеблется в зависимости от состава (сорта) колчедана в пределах от 800 до 900 ˚C.
Рис. 3.1 Печь «кипящего слоя» для обжига серного колчедана: 1 - стальной кожух; 2 - футеровка; 3 - решётка с отверстиями; 4 - трубы змеевика; 5 - «кипящий» слой. |
В зоне кипящего слоя расположены трубы змеевика; вода, протекающая по ним, препятствуя повышению температуры выше 800-900 ˚С, превращается в пар. (Миронович, стр. 73 – схема, или в файле)
Недостатком этих печей является большой унос пыли (до 90 % от получающегося огарка), что требует установки дополнительного оборудования по пылеулавливанию (циклоны, электрофильтры)
В печи сжигают как рядовой, так и флотационный колчедан. Флотационный колчедан кроме пирита FeS2 содержит ряд примесей (в частности, соединения мышьяка, селена, фтора), которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов (As2O3, SeO2) и фторсодержащих газообразных соединений HF, SiF4.
!!! Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа.
Продуктом обжига является обжиговый газ с температурой до 500˚С. Состав обжигового газа:
- диоксид серы (SO2)- 14-15%;
- триоксид серы (SO3)– 0,1%
- водяные пары;
- газообразные окислы мышьяка и селена;
- большое количество огарковой пыли (до 300 г/см3).
Низкое содержание оксида серы в обжиговом газе обусловлено тем, что часть кислорода воздуха расходуется в реакции на окисление железа, поэтому максимально возможная концентрация диоксида серы в обжиговом газе в этом случае ниже, чем при сжигании серы.
Наличие оксида серы (VI) в обжиговом газе обусловлено окислением незначительного количества оксида серы (IV) до оксида серы (VI). Процесс окисления вызван наличием оксида железа. Оксид железа в незначительных количествах содержится в обжиговом газе и при высоких температурах является катализатором окисления SO2 в SO3.
Огарок состоит в основном из оксидов и сульфидов железа и меди.