Proces proizvodnje sumporne kiseline "dvostruka pretvorba, dvostruka apsorpcija" i dalje stvara repni plin koji sadrže SO₂ (obično 500-1000mg/m³). Izravna emisija lako uzrokuje kiselu kišu, tako da je obrada repnog plina neophodno za kontaktni proces.
Pretrada sirovina: uklanjanje nečistoća kako bi se osigurala daljnja stabilnost procesa
Prvi korak u kontaktnom procesu za proizvodnju sumporne kiseline je prethodna obrada sirovina, čiji je osnovni cilj uklanjanje nečistoća iz sirovina kako bi se izbjeglo trovanje katalizatorom, korozija opreme ili čistoća podstandardnih proizvoda u sljedećim procesima. Metode prethodne obrade značajno se razlikuju ovisno o sirovinama: Ako se sumpor koristi kao sirovina, čvrsti sumpor se prvo šalje u spremnik za topljenje i rastopi se u tekući sumpor na temperaturi od 130-150 stupnjeva.
Zatim se mehaničke nečistoće (poput sedimenata i čestica ugljika) uklanjaju kroz filter, a sitne čestice se dalje odvoje od separatora ciklona kako bi se osigurala čistoća sumpora koji ulazi u sljedeći korak veća ili jednaka 99,9%. Ako je usvojen pirit (glavna komponenta FES₂), prvo treba proći kroz procese drobljenja i probira kako bi se pirit probio u jednolične čestice od 8-15 mm. Istodobno, metalne nečistoće poput podnesaka željeza uklanjaju se magnetskim separatorom kako bi se spriječilo da se željezni oksidi proizvedu tijekom naknadnog pečenja od pridržavanja unutarnjeg zida opreme ili blokiranja cjevovoda. If the raw material is smelting flue gas (such as SO₂-containing flue gas produced in the smelting process of copper, lead, and zinc), it is necessary to first perform dust removal (using an electrostatic precipitator or bag filter to remove dust particles), demisting (removing water mist through a Venturi scrubber), and heavy metal removal (such as removing mercury, arsenic, etc. using activated carbon adsorption or Metoda izmjene helacije smole) kako bi se spriječilo nečistoće u dimnom plinu da utječe na aktivnost katalizatora. Kvaliteta prethodne obrade sirovina izravno određuje stabilnost sljedećih procesa. Na primjer, ako je sadržaj arsena u piritu previsok, to će uzrokovati trajno trovanje sljedećeg vanadijskog katalizatora. Stoga, veza za prethodnu obradu mora strogo kontrolirati sadržaj nečistoće, obično zahtijeva da sadržaj štetnih elemenata poput arsena i selena u sirovinama bude manji ili jednak 0,05%.
Priprema sumpornog dioksida: Link reakcije jezgre za stvaranje ključnih procesnih sirovina
Sumpor -dioksid (SO₂) je jezgrena intermedijarna sirovina za proizvodnju sumporne kiseline putem kontaktnog postupka. Veza za pripremu zahtijeva odabir odgovarajućeg procesnog puta prema vrsti sirovine kako bi se osigurala izlaz i čistoća SO₂ zadovoljavanja potreba naknadne oksidacije. Kad se sumpor koristi kao sirovina, rafinirani tekući sumpor šalje se u samporni plamenik, pomiješan s komprimiranim zrakom koji je osušen (koristeći koncentriranu sumpornu kiselinu za sušenje kako bi se izbjegla vlaga koja utječe na naknadne reakcije) u proporciji (prekomjerni koeficijent zraka 1.05-1.1), a podliježe se sagorijevanjem na visokim temperaturama.
Stopa pretvorbe ove reakcije može dostići preko 99,8%, a koncentracija generiranog SO₂ plina je približno 10%-12%(volumen frakcija). U međuvremenu, oslobođena toplina može se koristiti za stvaranje pare za oporavak energije. Ako se pirit koristi kao sirovina, prethodno tretirane čestice pirita šalju se u ros fluidiziranog kreveta (ključajuća peć), a reakcija pečenja provodi se s viškom zraka na temperaturi od 650-850 stupnjeva: 4fes₂ + 11 o₂ → 2Fe₂o₃ + 8 pah. Tijekom procesa pečenja, brzinu protoka zraka mora se kontrolirati ventilatorom kako bi se čestice pirita zadržale u ključavom stanju, osiguravajući dovoljnu reakciju. Koncentracija generiranog SO₂ iznosi oko 7%-9%, a nusproizvodni oksid od željeza (šljaka) može se oporaviti kao sirovina za izradu željeza. Za topljenje sirovina dimnih plinova, prethodno tretirani dimna plin šalje se u desorpcijski toranj, a SO₂ s niskom koncentracijom (obično 1%-5%) u dimnim plinu koncentrira se na 8%-10%kroz razrijeđenu desorpciju sumporne kiseline ili proces pirolize, ispunjavajući zahtjev za koncentracijom SO₂. Bez obzira na korištenu sirovinu, generirani plin mora biti ohlađen u kotlu otpadne topline (od 800-1000 stupnjeva do 300-400 stupnjeva), a toplina se oporavlja kako bi se stvorila srednja tlak pare, što ne samo da smanjuje zahtjeve toplinske otpornosti naredne opreme, već također ostvaruje recikliranje energije.
Katalitička oksidacija sumpornog dioksida: jezgra kontaktnog procesa za realizaciju pretvorbe iz SO₂ u SO₃
Katalitička oksidacija sumpornog dioksida je jezgra u kontaktnom procesu za proizvodnju sumporne kiseline. Njegova suština je oksidiranje SO₂ do sumpornog trioksida (SO₃) pod djelovanjem katalizatora, a brzina pretvorbe ove reakcije izravno određuje izlaz pokazatelja sumporne kiseline i emisije ispušnih plinova. Trenutno se vanadijski katalizatori (glavna komponenta v₂o₅, nosač SiO₂, promotori K₂SO₄ i Na₂so₄) široko koriste u industriji zbog svoje visoke aktivnosti, dobre selektivnosti i dugog radnog vijeka (obično 3-5 godina). Reakcija se provodi u pretvaraču (višestupanjski adijabatski reaktor s fiksnim slojem) koristeći postupak "dvostupanjskog pretvorbe i dvostupanjskog apsorpcije": Tijekom prve pretvorbe, hlađeni SO₂ plin (koji sadrže O₂) ulazi u prvi krevet katalizatora pretvarača, a reakcija se pojavljuje na temperaturi od 400-450 stupnjeva: 2. Budući da je ova reakcija egzotermna, temperatura kreveta će se povećati na 550-600 stupnjeva, što je veće od optimalne aktivne temperature katalizatora. Stoga se plin mora ohladiti na 400-420 stupnjeva putem intermedijarnog izmjenjivača topline prije ulaska u drugi krevet za katalizaciju radi daljnje reakcije. Ukupna stopa pretvorbe prve pretvorbe može doseći 90%-95%.
Nakon toga, plin koji sadrži SO₃ ulazi u prvi apsorpcijski toranj (koristeći 98,3% koncentriranu sumpornu kiselinu da apsorbira SO₃) da ukloni većinu SO₃, izbjegavajući stvaranje kisele magle tijekom sljedećeg postupka hlađenja. Nereagirani SO₂ plin (koncentracija oko 0,5%-1%) ponovno se zagrijava na oko 400 stupnjeva kroz izmjenjivač topline i ulazi u treći i četvrti slojevi katalizatora pretvarača za drugu pretvorbu, a stopa pretvorbe se dodatno povećala na preko 99,5%. Ovaj postupak učinkovito kontrolira reakcijsku temperaturu unutar raspona aktivnosti katalizatora (400-600 stupnjeva) segmentiranim reakcijama i intermedijarnom izmjenom topline, a istovremeno izbjegavajući obrnutu reakciju kada se SO₃ pomiješa s nereagiranim SO₂ i O₂. Pored toga, upotreba katalizatora zahtijeva strogu kontrolu sadržaja nečistoće u sirovinama. Elementi poput arsena, selena i fluora pridržavat će se površine katalizatora, blokirati aktivne centre i uzrokovati deaktivaciju katalizatora. Stoga se aktivnost katalizatora mora redovito testirati, a kada stopa pretvorbe padne ispod 95%, katalizator treba zamijeniti.
Apsorpcija sumpornog trioksida: Izbjegavanje stvaranja kisele magle i učinkovito priprema sumporne kiseline
Apsorpcija sumpornog trioksida (SO₃) ključni je korak u pretvaranju SO₃ nastao katalitičkom oksidacijom u sumpornu kiselinu. Njegov jezgra je da izbjegne izravan kontakt između SO₃ i vode kako bi se stvorio kisela magla (SO₃ + H₂O → H₂SO₄, ova je reakcija vrlo egzotermna i lako uzrokuje da se para sumporne kiseline kondenzira u sitne kapljice koje je teško uhvatiti). Stoga se 98,3% koncentrirana sumporna kiselina obično koristi kao apsorbent u industriji. Ova koncentracija sumporne kiseline ima najveću učinkovitost apsorpcije za SO₃ i nije sklona stvaranju kisele magle. Proces apsorpcije provodi se u apsorpcijskom tornju (obično prepunom tornju ili tornju s mjehurićima): SO₃ plin (temperatura oko 150-200 stupnjeva) nakon što prva pretvorba ulazi s dna apsorpcijskog tornja i kontaktira kontrakul, s 98,3% koncentriranom sulfurnom kiselinom ispratima s vrha tornja. SO₃ se otopi u koncentriranoj sumpornoj kiselini kako bi se stvorio koncentriranija sumporna kiselina (koncentracija do preko 99,5%) ili valjana sumporna kiselina (sumporna kiselina koja sadrži slobodno SO₃, koncentracija eksprimirana kao masni frakcija SO₃, obično 20%-65%).
U tornju apsorpcije gustoća raspršivanja (obično 15-25m³/(m² · h)) i protok plina (0,5-1,0m/s) mora se kontrolirati kako bi se osigurao dovoljan kontakt s plin-tekućinom. Istodobno, za uklanjanje kapljica sumporne kiseline ugrađene u plin koristi se demister (poput vlaknastog demistera) ugrađenih u plin, izbjegavajući koroziju naknadne opreme. Ako je potrebno proizvesti razrijeđenu sumpornu kiselinu (poput 70% koncentracije za metalno kiselo kiselo, koncentrirana sumporna kiselina nastala apsorpcijom može se poslati u spremnik za razrjeđivanje, a demineralizirana voda se polako dodaje u uvjetima miješanja (strogo je zabranjena dodavanje vode izravno u koncentriranu sumpornu kiselinu da se sprječavaju). Temperatura razrjeđivanja se kontrolira da ne prelazi 60 stupnjeva, a koncentracija se u stvarnom vremenu nadgleda internetskim mjeračem koncentracije. Nakon postizanja ciljne vrijednosti, šalje se u spremnik gotovog proizvoda. Za proizvodnju sumporne kiseline odvaja, toranj za proizvodnju sumporne kiseline mora se dodati nakon apsorpcijskog tornja za daljnji kontakt SO₃ plina s 98,3% koncentriranom sumpornom kiselinom, tako da slobodni sadržaj SO₃ zadovoljava zahtjeve za dizajnom. Kontrola radnih parametara u vezi s apsorpcijom je presudna. Na primjer, ako je temperatura apsorbiranja previsoka, topljivost SO₃ će se smanjiti; Ako je temperatura preniska, viskoznost otopine će se povećavati, što utječe na učinkovitost apsorpcije. Stoga se temperatura apsorbiranja obično kontrolira na 40-60 stupnjeva kroz hladnjak kiseline. Istodobno, tlak apsorpcijskog tornja mora se održavati pri laganom negativnom tlaku (-50 do -100pa) kako bi se spriječilo curenje plina.
Rafiniranje proizvoda: podešavanje koncentracije i čistoće prema zahtjevima nizvodno
Jezgra veze za rafiniranje proizvoda je podešavanje koncentracije i uklanjanje nečistoća sumporne kiseline nastale u apsorpcijskoj vezi prema različitim potrebama industrije nizvodno, osiguravajući da proizvod zadovoljava odgovarajuće industrijske standarde. Prvo je prilagođavanje koncentracije: Ako je potražnja za nizvodno 98% industrijsko koncentrirane sumporne kiseline (koja se koristi u proizvodnji gnojiva, poput proizvodnje dijammonij fosfata), 99,5% koncentrirana sumporna kiselina nastala apsorpcijom treba poslati na koncentraciju koncentracije, u uvođenju nisko-sedmičkog stupnja. Ako je potražnja 70% razrijeđena sumporna kiselina (koja se koristi u metalnom kiselištu u industriji željeza i čelika za uklanjanje željeznog oksida na čeličnoj površini), demineralizirana voda mora se dodati proporcionalno spremniku za razrjeđivanje, dok uključivanje sustava miješanja i hlađenja radi kontrole temperature tijekom razrjeđivanja da ne pređe 60 stupnjeva, sprječavaju se u dekodiranju opreme.
Drugi je uklanjanje nečistoće: različiti scenariji primjene imaju značajno različite zahtjeve za čistoću sumporne kiseline. Na primjer, uobičajena industrijska sumporna kiselina zahtijeva sadržaj željeza manji od ili jednak 0,01%, a sadržaj arsena manji od ili jednak 0,005%, dok sumporna kiselina u bateriji (koja se koristi kao elektrolit za baterije od olovne kiseline) zahtijeva teške metale (olovo, živa, kadmij) manje od 0,1ppm i klorida. Za običnu industrijsku sumpornu kiselinu, filtracija se obično koristi za uklanjanje mehaničkih nečistoća (poput filtracije kroz membrane polipropilen filtra), a vodikov peroksid (H₂O₂) dodaje se u oksidiranje i uklanjanje reduktivnih nečistoća poput sumporne kiseline (H₂SO₃). Za sumpornu kiselinu na baterijskoj granici potreban je postupak dubokih rafiniranja: prvo se adsorpcija aktivnog ugljika koristi za uklanjanje organskih nečistoća, a zatim su smole za razmjenu iona (poput kationske razmjene smole za uklanjanje iona teških metala, anionske smole za uklanjanje kloridnih iona i nitrata) koji se koriste, a na kraju, inačno, i poboljšati se, i na kraju, vakuum, i poboljšati se, a na kraju, inadija, inadija, inadija, inadija. Standardi. Osim toga, ispitivanje kvalitete mora se provesti u vezi za rafiniranje proizvoda, uključujući ispitivanje koncentracije (pomoću metode denzitometra ili metode titracije) i ispitivanje sadržaja nečistoće (koristeći atomsku apsorpcijsku spektrometriju ili ionsku kromatografiju). Nakon prolaska testa, sumporna kiselina mora se pohraniti u posebne spremnike u skladu s različitim razinama koncentracije i čistoće (poput 98% koncentrirane sumporne kiseline u spremnicima od ugljičnog čelika, razrijeđene sumporne kiseline u FRP spremnika i baterijsku sumpornu kiselinu u spremnicima od nehrđajućih čelika) kako bi se izbjeglo miješano zagađenje različitih stupnjeva.
Liječenje ispušnog plina: Kontroliranje emisija zagađivača kako bi se zadovoljili standardi za zaštitu okoliša
Iako je usvojen postupak "dvostupanjske pretvorbe i dvostupanjskog apsorpcije", tijekom proizvodnje sumporne kiseline i dalje se stvara mala količina ispušnog plina koja sadrži SO₂ (obično SO₂ koncentracija 500-1000mg/m³). Izravna emisija uzrokovat će zagađenje zraka (formiranje kisele kiše), tako da je veza za obradu ispušnih plinova neophodan korak zaštite okoliša u kontaktnom procesu. Trenutno postoje tri tehnologije liječenja ispušnog plina u industriji: prvi je postupak desulfurizacije amonijaka, koji ispušni plin šalje u kulu za odstupanje i kontaktira ga protiv amonijaka (koncentracija 15%-20%), što rezultira reakcijama: ₂ ₂ ₂ → →). (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Zatim se uvodi zrak u reakcijsku otopinu na oksidiranje i stvaranje amonijevog sulfata: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Amonijev sulfat može se prodati kao dušično gnojivo kako bi se ostvarila korištenje zagađivača. Stopa uklanjanja SO₂-a u ovom procesu može dostići preko 98%, a koncentracija emisije ispušnih plinova manja je ili jednaka 50 mg/m³, udovoljavajući zahtjevima kineskog "integriranog standarda zagađivača zraka" (GB 16297-1996). Drugi je postupak desulfurizacije vapnenog mlijeka, koji koristi vapno mlijeko (CA (OH) ₂ suspenzija) kao apsorbent da reagira s SO₂ u ispušnom plinu za stvaranje kalcijevog sulfita: SO₂ + CA (OH) ₂ → CASO₃ ↓ + H₂O. Kalcijev sulfit se oksidira za stvaranje gipsa (caso₄ · 2H₂O), koji se može koristiti u proizvodnji građevinskih materijala (poput gipsuma).
Ovaj postupak ima nisku cijenu, ali relativno nisku stopu uklanjanja SO₂ (oko 95%), pogodno za mala poduzeća za proizvodnju sumporne kiseline. Treća je metoda adsorpcije aktivnog ugljika, koja prolazi ispušni plin kroz adsorpcijski toranj s aktivnim ugljikom. Nakon što se SO₂ adsorbira aktivnim ugljikom, SO₂-koncentracijski plin se generira desorpcijom u uvjetima grijanja, koji se može vratiti u pretvarač kako bi se ponovno sudjelovao u reakciji, shvaćajući recikliranje SO₂.
Ovaj postupak nema sekundarno zagađenje, ali troškovi zamjene aktivnog ugljika visoki su, pogodni za poduzeća sa strogim zahtjevima za okoliš i visokim troškovima sirovina. Bez obzira na usvojeni postupak, koncentracija SO₂ emisije mora se pratiti u stvarnom vremenu putem mrežnog sustava praćenja nakon liječenja ispušnog plina kako bi se osigurala stabilna usklađenost. Istodobno, nusproizvodi nastali tijekom postupka liječenja (poput amonijevog sulfata i gipsa) moraju se odlagati u skladu s poštivanjem kako bi se izbjeglo sekundarno zagađenje. Na primjer, sadržaj teških metala u gipsu mora se testirati i može se koristiti tek nakon ispunjavanja standarda građevinskog materijala.
Osim toga, neka poduzeća za proizvodnju sumporne kiseline velike razmjere također prihvaćaju tehnologiju oporavka otpadne topline ispušnih plinova, koristeći toplinu u ispušnom plinu (temperatura oko 100-150 stupnjeva) za toplinu demineralizirane vode kroz izmjenjivač topline, stvarajući paru s niskim tlakom za proizvodnju, dodatno poboljšanje učinkovitosti korištenja energije i ostvarivanja dvostrukih ciljeva zaštite okoliša i energetske zaštite.
