Производство серной кислоты (стр. 1 из 8)
Содержание
1. Введение
2. Общая характеристика установки производства серной кислоты
3. Сырьевые источники получения серной кислоты
4.Краткое описание промышленных способов получения серной кислоты
5.Выбор катализатора
6. Обоснование способа производства
7. Стадии и химизм процесса
8. Термодинамический анализ
9. Кинетика процесса окисления SO2
10. Конденсация серной кислоты
11. Термодинамический анализ процесса конденсации
12. Описание технологической схемы процесса
13. Расчет материального баланса
14. Расчет теплового баланса
15. Расчет контактного аппарата
16. Меры безопасности при эксплуатации производственного объекта
17. Список литературы
1. Введение
Серная кислота - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.
В технике под серной кислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различного состава: п SО3 · т Н2О.
Моногидрат серной кислоты - бесцветная маслянистая жидкость с температурой кристаллизации 10,37 оС, температурой кипения 296,2 оС и плотностью 1,85 т/м3. С водой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидраты состава Н2SО4 · Н2О, Н2SО4 · 2Н2О, Н2SО4 · 4Н2О и соединения с оксидом серы Н2SО4 · SО3 и Н2SО4 ·2SО3.
Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе ее товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации.
Температура кипения серной кислоты также зависит от ее концентрации, то есть состава системы "оксид серы (VI) - вода". С повышением концентрации водной серной кислоты температура ее кипения возрастает и достигает максимума 336,5 оС при концентрации 98,3 %, что отвечает азеотропному составу, а затем снижается. Температура кипения олеума с увеличением содержания свободного оксида серы (VI) снижается от 296,2 оС (температура кипения моногидрата) до 44,7 оС, отвечающей температуре кипения 100 %-ного оксида серы (VI).
При нагревании паров серной кислоты выше 400 оС она подвергается термической диссоциации по схеме:
400оС 700 оС
2 Н2SО4 <=> 2Н2О + 2SО3 <=> 2Н2О + 2SО2 + О2.
Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Мировое производство ее за последние 25 лет выросло более чем в три раза и составляет в настоящее время более 160 млн. т в год.
Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60 %), а также в производстве красителей (от 2 до 16 %), химических волокон ( от 5 до 15 %) и металлургии (от 2 до 3 %). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.
2. Общая характеристика установки производства серной кислоты
Установка предназначена для получения технической серной кислоты из сероводородсодержащего газа. Сероводородный газ поступает с установок гидроочистки, блока сероочистки газов, установки регенерации амина и отпарки кислых стоков.
Ввод установки в эксплуатацию - 1999 г.
Установка производства серной кислоты рассчитана на переработку 24 тыс. тонн в год сероводородсодержащего газа.
Проектная производительность установки по серной кислоте составляет 65 тыс. тонн в год.
Проект установки выполнен ОАО "ВНИПИнефть" на основании технологии датской фирмы "Хальдор Топсе АС" и ОАО "НИУИФ" г. Москва.
Российская часть установки представлена секцией подготовки сырья, котлами-утилизаторами КУ-А,В,С сжигания сероводородсодержащего газа, блоками деаэрации обессоленной воды, нейтрализации сернокислотных сбросов и обеспечения установки воздухом КИП.
Датской стороной предоставлен блок WSA в составе:
· контактного аппарата (конвертера);
· конденсатора;
· системой циркуляции и откачки серной кислоты;
· системой воздуходувок подачи воздуха на сжигание H2S, охлаждения и разбавления технологического газа;
· системой подачи силиконового масла (блок управления кислотными парами) в технологический газ с целью снижения выбросов SOx в атмосферу.
3. Сырьевые источники получения серной кислоты
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы (IV).
Природные залежи самородной серы невелики, хотя кларк ее равен 0,1 %. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов металлов и сульфатов метало, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного и попутного газов. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.
Таким образом, сырьевые источники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железный колчедан. Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы тепловых электростанций и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (IV).
При этом доля колчедана в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.
В общей схеме сернокислотного производства существенное значение имеют две первые стадии – подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурное оформление существенно зависят от природы сырья, которая в значительной степени, определяет сложность технологического производства серной кислоты.
4. Краткое описание промышленных способов получения серной кислоты
Производство серной кислоты из серусодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов. Это может быть представлено в виде следующей схемы:
где I – стадия получения печного газа (оксида серы (IV)),
II – стадия каталитического окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI) и абсорбции его (переработка в серную кислоту).
В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очистки печного газа и другие механические и физико-химические операции.
В общем случае производство серной кислоты может быть выражено в следующем виде:
Сырье
подготовка сырья сжигание (обжиг) сырья очистка печного газа контактирование абсорбцияконтактированного газа
СЕРНАЯ КИСЛОТАКонкретная технологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностей каталитического окисления оксида серы (IV), наличия или отсутствия стадии абсорбции оксида серы (VI).
В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SО2 вSО3, различают два основных метода получения серной кислоты.
В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SО2 вSО3 проводят на твердых катализаторах.
Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса – абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции:
SО3 + Н2О
Н2SО4При проведении процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота.
Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:
SО3 + N2О3 + Н2О
Н2SО4 + 2NОВ настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.
1) Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:
- окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:
4FеS2 + 11О2 = 2Fе2S3 + 8SО2,
- каталитическое окисление оксида серы (IV) избытком кислорода печного газа:
2SО2 + О2
2SО3- абсорбция оксида серы (VI) с образованием серной кислоты:
SО3 + Н2О
Н2SО4По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий.