ИТС 2-2019 Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот

     3.1.2 Сернокислотные системы одинарного контактирования с системой очистки хвостовых газов

На рисунке 3.6 представлена принципиальная технологическая схема производства серной кислоты по методу одинарного контактирования с системой очистки хвостовых газов.

Сырье - жидкая или расплавленная гранулированная (комовая) сера - отфильтровывается от механических примесей и подается на сжигание в серную печь. При сжигании серы в качестве кислородсодержащего агента используется атмосферный воздух, предварительно осушенный путем абсорбции влаги концентрированной серной кислотой в сушильной башне. В процессе горения серы в серной топке образуется технологический газ с температурой 1000-1200°С и содержанием диоксида серы 9-12 об.%. Следует отметить, что при производстве серной кислоты из серы исходную концентрацию поддерживают на уровне близком к максимальному с целью увеличения энергоэффективности системы и снижения размеров технологического оборудования.

После стадии сжигания серы технологический газ направляется в котел-утилизатор, где происходит его охлаждение до температуры, необходимой для устойчивой работы катализатора окисления сернистого газа, - 390-420°С. Тепло, выделяющееся при охлаждении технологического газа, используется для получения энергетического пара.

После котла-утилизатора технологический газ направляется на стадию каталитического окисления в . Окисление проводится в аппаратах со стационарными слоями катализатора в адиабатическом режиме с промежуточным охлаждением газа между слоями. В контактном аппарате, как правило, используется четыре слоя катализатора. Тепло, выделяющееся в процессе окисления сернистого газа, также используется для получения энергетического пара; для этого в контактном отделении сернокислотной системы располагаются выносные элементы котла в отдельных корпусах (экономайзеры и пароперегреватели) (их расположение и количество определяется поставщиком технологии), а также теплообменники, подогревающие воздух на входе в серную печь. Таким образом, удельный выход пара в системе одинарного контактирования несколько выше, чем в системе ДКДА. Так как при реализации данного технологического процесса отсутствует стадия промежуточного извлечения из технологического газа, то общая степень конверсии в достаточно низкая (97-98%) и требуется дополнительная доочистка отходящих газов установки перед выбросом их в атмосферу. После контактного аппарата технологический газ направляется в моногидратный абсорбер для извлечения (в случае получения на установке олеума параллельно с моногидратным абсорбером устанавливается дополнительный олеумный абсорбер), а затем в установку хвостовой очистки. Абсорбция серного ангидрида в моногидратном абсорбере осуществляется серной кислотой с концентрацией 97-98,5 масс.%. При этих концентрациях равновесное давление паров над серной кислотой минимально, что позволяет повысить эффективную степень абсорбции до 99,995%. В процессе абсорбции образуется туман и брызги серной кислоты, которые уносятся с газовым потоком и выбрасываются в атмосферу. Для их улавливания в верхней части моногидратного абсорбера устанавливаются брызготуманоуловители патронного типа. В качестве фильтрующих элементов в данном виде оборудования используется синтетическое кислотостойкое волокно.

Закрепленная серная кислота из моногидратного абсорбера самотеком направляется в кислотный сборник, туда же подается вода для регулирования концентрации кислоты. Тепло абсорбции и разбавления серной кислоты снимается оборотной водой в кислотных кожухотрубных или пластинчатых теплообменниках. Из кислотного сборника серная кислота отводится на склад. Так как серная кислота с концентрацией 98,5 масс.%, используемая для орошения абсорберов, имеет высокую температуру кристаллизации (+1,8°С), то в российских условиях перед отводом ее на склад она разбавляется до концентрации 92,5-96,0 масс.% (температура кристаллизации - минус 31°С). Разбавление производится либо в отдельном сборнике, либо в цикле сушильной башни - в этом случае сушильная башня орошается кислотой с концентрацией 92,5-96,0 масс.%.

Для доочистки отходящих газов сернокислотного производства, как правило, применяются регенеративные технологии, позволяющие выделить из газового потока и повторно его использовать в производстве серной кислоты. К таким технологиям относятся:

- поглощение растворами сульфита/бисульфита аммония или натрия с последующей их регенерацией и выделением чистого в газовую фазу;

- поглощение аминными поглотителями с последующей их регенерацией и выделением чистого в газовую фазу;

- поглощение слабыми натрийзамещенными органическими основаниями с последующей их регенерацией и выделением чистого в газовую фазу.

На российских предприятиях применяется регенеративная очистка отходящих газов от с помощью раствора сульфита-бисульфита аммония. Образующийся в процессе поглощения избыток раствора сульфита аммония обрабатывается серной кислотой с получением газообразного , который возвращается в процесс производства серной кислоты, и раствора сульфата аммония, который используется в производстве кристаллического сульфата аммония или других минеральных удобрений.

В других технологических решениях, на данный момент не внедренных на российских предприятиях (аминная очистка, использование натрийзамещенных органических оснований), регенерация поглотительных растворов осуществляется с помощью пара низкого давления. При этом расход пара зависит от требуемой степени очистки отходящего газа. К сожалению, при использовании данных методов очистки увеличенная выработка пара, достигаемая в системах одинарного контактирования, нивелируется дополнительным потреблением пара для регенерации поглотителя в процессе очистки отходящих газов, поэтому удельная выработка пара в таких системах сравнима с показателями систем двойного контактирования.

1 - серная печь; 2 - котел-утилизатор; 3 - контактный аппарат; 4 - пароперегреватель 2-й ступени; 5 - пароперегреватель 1-й ступени; 6 - подогреватель воздуха; 7 - экономайзер; 8 - олеумный абсорбер; 9 - моногидратный абсорбер; 10 - сушильная башня; 11 - циркуляционный сборник олеумного абсорбера; 12а/б - объединенный циркуляционный сборник сушильной башни и моногидратного абсорбера; 13 - сборник продукционной кислоты; 14 - кислотные холодильники; 15 - установка очистки хвостовых газов; 16 - нагнетатель; 17 - выхлопная труба

Рисунок 3.6 - Вариант реализации технологической схемы производства серной кислоты методом ОК с олеумным абсорбером и хвостовой очисткой отходящих газов