Поглощение оксида серы (VI)

Абсорбция оксида серы (VI) представляет собой обратимую экзотермическую реакцию и описывается уравнением:

nSO₂ + H₂O = H₂SO₄ + (n-1) SO₃ + Q

В зависимости от соотношения количества оксида серы (VI) и воды может быть получен продукт различной концентрации:

при n > 1, олеум;

при n = 1, моногидрат (100%-ная серная кислота);

при n < 1, разбавленная серная кислота

!!! Помните, что одним из основных технологических требований к обжиговому газу, поступающему на контактирование, было требование отсутствия водяных паров.

Это требование обусловлено тем, что наличие даже небольших количеств водяных паров приводит к образованию мельчайших капель паров серной кислоты, которые образуют стойкий туман, плохо поглощаемый водой и кислотой.

Условия проведения процесса абсорбции:

Во-первых, чтобы избежать образования тумана из капель серной кислоты при процессе абсорбции оксида серы (VI), необходимо, чтобы давление водяных паров над поглощающей жидкостью тоже было минимальным. Такому требованию отвечает кислота, содержащая 98,3% H₂SO₄, отличающаяся ничтожным парциальным давлением, как H₂O, так SO₃.

а) Использование серной кислоты более низкой концентрации приводит к интенсивному образованию тумана.

б) Применение 100%-ной серной кислоты или олеума приводит к снижению степени абсорбции.

Во-вторых, в связи с тем, что абсорбция оксида серы (VI) сопровождается большим количеством выделения теплоты для более полного поглощения оксида серы (VI) процесс ведут при:

а) охлаждении газа и абсорбента до 80ºС;

б) используют аппараты с большим абсорбционным объёмом;

в) процесс абсорбции ведут в две стадии.

Такие условия обеспечивают интенсивный отвод тепла.

Технология процесса абсорбции представленана рисунке 3.8:

Для снижения температуры до 80 ºС контактный газ после последнего слоя катализатора охлаждается в теплообменнике, затем в воздушном холодильнике и только после этого он поступает в адсорбер.

Адсорберы представляют собой поглотительные насадочные башни, заполненные керамическими кольцами, которые орошаются серной кислотой, текущей сверху вниз противотоком к поднимающемуся контактному газу.

Первая поглотительная башня орошается 20%-ным олеумом, который подаётся в таком количестве, чтобы содержание в нём оксида серы (VI) при прохождении через башню повысилось на 0,5% - 1,5%.

В первую поглотительную башню помимо олеума постоянно подаётся 98,5%-ная серная кислота, вытекающая из второй башни, чтобы предупредить повышение концентрации олеума выше 20%. Снижение концентрации олеума обусловлено тем, что содержащаяся в кислоте вода соединяется с оксидом серы (VI) олеума. Это и позволяет поддерживать концентрацию олеума на уровне 20%.

Продуктом этого процесса является 20%-ный олеум.

Вторая поглотительная башня орошается кислотой, с концентрацией 98,3% H₂SO₄. При этом кислоту подают в таком избытке, чтобы её концентрация за один цикл взаимодействия с контактным газом повысилась в среднем лишь на 0,2% H₂SO₄, т. е. в качестве продукта образуется 98,5%-ная серная кислота.

Рис. 3.8. Схема поглотительного отделения: 1 - холодильник; 2 - олеумная поглотительная башня; 3 - желоба, распределяющие кислоту по насадке; 4 - колосниковая решётка, поддерживающая насадку; 5 - поглотительная башня с 98-процентной кислотой; 6 - сборник кислоты; 7 - оросительные холодильники; 8 - центробежные наносы.

После охлаждения в холодильниках, только небольшая часть кислоты поступает в виде продукции. Большая часть кислоты после добавки воды или слабой кислоты возвращается на абсорбцию.

3.6. Получение серной кислоты серы путём сжигания серы

В печном газе при сжигании серы отсутствуют пыль и каталитические яды, технологическая схема производства серной кислоты из серы не содержит отделения очистки газа, отличается простотой и получила название «короткой схемы».

Принципиальная схема производства серной кислоты из серы: плавление серы, сжигание серы в избыточном токе воздуха, охлаждение газа, контактирование, адсорбция триоксида серы (Рис. 3.9).

Лучшим сырьём для производства серной кислоты является природная сера, так как при её сжигании может быть получен газ с более высокой концентрацией, более чистый, не нуждающийся в специальной очистке, что имеет большое значение в контактном способе получения кислоты.

Рис. 3.9. Схема производств серной кислоты, сжиганием серы. 1 - плавильная камера, 2 - фильтр жидкой серы, 3 - печь для сжигания серы, 4 - котел-утилизатор, 5 - контактный аппарат, 6 - система абсорбции SO₃, 7 - холодильники серной кислоты.

Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способом, отличается от процесса производства из колчедана рядом особенностей.

К ним относятся:

1) особая конструкция печей для получения обжигового газа;

2) повышенное содержание оксида серы в обжиговом газе;

3) отсутствие стадии предварительной очистки обжигового газа.

Горение серы представляет собой гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествует процесс перехода серы в жидкое состояние и последующее испарение серы.

S_тв. → S_жидк. → S_пар

Таким образом, процесс горения протекает и газовой форме в потоке предварительно высушенного воздуха и описывается уравнением:

S + O₂ = SO₂ + Q

Перед подачей в печь серу предварительно расплавляют паром в плавильном котлеи отфильтровывают от примесей. Так как температура плавления серы сравнительно низка, то путем отстаивания и последующей фильтрации от серы легко отделить механические примеси, не перешедшие в жидкую фазу, и получить исходное сырье достаточной степени чистоты.

Для сжигания чистой серы в настоящее время применяются циклонные печи (Рис. 3.11). Печь представляет собой стальной цилиндр диаметром 1,5 метра, выложенный огнеупорным кирпичом.

Воздух и сера подаются в печь тангенциально, т. е. по касательной, что приводит к образованию завихрений в обоих потоках. Это позволяет обеспечить исключительно сильное перемешивание паров серы с воздухом и интенсивность сгорания серы увеличивается.

Рис. 3.10. Производство серной кислоты из серы по «короткой схеме»: 1 - печь для сжигания серы; 2 - котёл-утилизатор с пароперегревателем (2а); 3 - пятислойный контактный аппарат; 4 - наружный теплообменник.

Рис. 3.11. Циклонная печь для сжигания серы: 1 - форкамера с форсункой для подачи серы и тангенциальным вводом воздуха; 2,4 - камеры сжигания; 3 - пережимные кольца для турбулизации воздуха

Из печи обжиговый газ поступает в котел-утилизатор и далее в последующие аппараты. Концентрация диоксида серы в обжиговом газе зависит от соотношения серы и воздуха, которые подаются на сжигание. Как правило, воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура. Обычно при сжигании серы получают обжиговый газ, содержащий до 16% SO₂.

Производство серной кислоты из сероводорода стр. 176 Соколов т.1