 |
Технологическая схема призводства серной кислоты из колчедана методом двойного контактирования — двойной абсорбции (метод ДК — ДА).
|
|
|
|
Расходные коэффиенты при производстве из колчедана серной кислоты следующие
Аколч = 0,82 Т/ Т моногидрата
х с чертой s = 45%.
Аэл/энерг 82,8 кВт*час/т
АН2О = 50 м^3/т.
Схема есть в методических указаниях.
Колчедан через дозатор подают в печь кипящего слоя (1). Полученный обжиговый газ, содержащий 13%SO2, и имеющий на выходе из печи температуру 700 гр. цельс, подают, сначала в котёл — утилизатор (3), а за тем на стадию сухой очистки от пыли в циклон (4) и электрофильтр (5). Дальше идёт очистное отделение, и очистное отделение состоит из двух промывных башен (6) и (7), двух пар мокрых электрофильтров (8) и (9) и сушильной башни (10). В очистном отделении происходит очистка от соединений мышьяка, селена, фтора и сушка. Первая полая башня (6) работает в испарительном режиме. Циркулирующая кислота охлаждает газ, при этом теплота затрачивается на испарение воды из кислоты поступающей на орошение. Концентрацию орошающей кислоты, равную 40 — 60 процентам, поддерживают постоянной за счёт разбавления 10 — ти — 15 — ти процентной кислотой из второй промывной башни (7). Кислота из башни поступает в сборник (18) и после охлаждения возвращается на орошение. При охлаждении газа триоксид серы и пары воды конденсируются в виде мельчайших капелек сернокислотного тумана. В этих капельках расторяется оксид мышьяка с образованием мышьяково — сернокислотного тумана, который улавливается в промывных башнях. В первой башне улавливаются так же остатки пыли, селен, теллур и другие примеси, образуется около 5% грязной серной кислоты от общей выработки, которую выдают как нестандартную продукцию. После второй промывной башни (7) газ проходит последовательно две пары электрофильтров (8) и (9), где происходит окончательнеая очистка газа от мышьсяковистого тумана. Далее газ проходит насадочную сушильную башню (10), орошаемую 93 — 94% серной кислотой, при температуре 28 — 30 гр. цельс. Килота циркулирует между сушильной башней (10) и сборником (18). Часть кислоты отводится как готовая продукция на склад. Для поддержания постоянной концентрации серной кислоты в сборник 18 вводят 98 — 99% серную кислоту из моногидратрных абсорберов (17) и (20). Для поддержания постоянной температуры, серную кислоту охлаждают в воздушном холодитльнике (22). Перед сушильной башней обжиговый газ разбавляют воздухом, с целью снижения концентрации SO2 до 5 процентов и создания избытка ислорода.
|
|
|
 |
После обжиговой башни (10), обжиговыый газ проходит через фильтр — брызгоуловитель (11) и поступает в турбогазодувку (12). Башни, газоходы и отборники кислот, обычно устанавливают стальные, футероввоные кислотоупорным кирпичём. Сухие SO2 и SO3 не агрессивны, по этому, всю последующю аппаратуру до многогидратного абсорбера можно изготавливать из углеродистой стали. В теплообменниках (13а,б,в), газ нагревается за счёт теплоты продуктов реакции до температуры зажигания катализатора(420 — 440 гр. цельс) и поступает на первый слой катализатора контактного аппарата 14. В первом слое катализатора происходит окисление SО2 на 74%, с одновременным повышением температуры до 600 градусов. После охлаждения в темплообменнике (13в) до 465 градусов цельсия газ поступает на второй слой катализатора, где степень превращения достигает 86%, а температура газа возрастаетдо 514 гр. цельс. После охлаждения в темплообменнике (13г) до 450 гр. цельс, газ поступает на третий слой катализатора контактного аппарата, где степень превращения SО2 увеличивается до 94,5%, температура повышается до 470 гр.цельс. За тем, в соответсвии с требованиями метода ДКДА, реакционный газ охлаждают в теплообменниках (13ж,б,а) до 100 градусов и направляют на абсорбцию первой ступени сначала в олеумный абсорбер (21), за тем в моногидратный абсорбер (20). После моногидратного абсорбера (20) и фильтра — брызгоуловителя (11) газ вновь нагревают в теплообменниках (13ж,е,д,г) до температуры 430 градусов цельсия, и подают на четвёртый слой катализатора. Концентрация диоксида серы в газе составляет 0,75% — 0,85%. В четвёртом слое происходит окисление SO2 на 80%, температура повышается до 450 гр. цельс. Реакционную смесь вновь охлаждают до температуры 409 гр. цельс в теплообменнике (13з), и направляют на последний — пятый слой катализатора контактного аппарата. Общая степень превращения после пяти стадий составляет 99,9%. Газовую смесь, после охлаждения направляют в моногидратный абсорбер второй ступени абсорбции (17). Непоглащённый газ состоящий в основном из воздуха пропускается через фильтр 11 и выбрасывается через выхлопную трубу в атмосферу. Недостатком схемы является необходимость охлаждения газа после первой ступени для абсорбции SO3 и нагревания для катализа после абсорбции. Благодаря этому методу получилось снизить выброс SO2 примерно в 10 раз.
|
|
|
Самостоятельно рассмотреть темы: методы связывания атмосферного азота; получение азотоводородной смеси для синтеза аммиака.
Вопрос
Синтез аммиака.
Схема двухступенчатой конверсии метана с водяным паром с последующей конверссией оксида углерода СО. Для синтеза аммиака необходимо иметь свободные азот и водород. Водород в промышленности получают конверсией метана или его гомологов с последующей конверсией монооксида углерода, или конверсией монооксида углерода СО или водяного газа. Взаимодействие метана в водяных парах с кислородом и диоксидом углерода протекает по следующим реакциям:
1) СН4 + Н2О = СО + 3Н2 — 206 кДж.
2) СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2 — 248 кДж.
3) СН4 + 1/2О2 = СО + 2Н2 + 35 кДж.
Процесс конверсии идёт при повышенной температуре и в присутствии катализатора. Катализаторы очень чувствительным к примесям содержащим серу, по этому природный газ сначала очищается гидрированием.
Очищенный газ подвергается двухступенчатой конверсии с водяным паром в трубчатом и шахтном конверторе. Газ полученный после конверсии метана содержит от 20% до 40% СО, и по этому подвергается вторичной конверсии
|
|
|
4) СО2 + Н2О = СО2 + Н2 + 36,6 кДж.
Давление увеличивает только скорость этой реакции не влияя на выход. Увеличение содержания водяного пара в газовой смеси способствет более полной конверсии монооксида углерода. Повышение температуры так же увеличивает скороть реакции, но по скольку реакция обратимая экзотермическая, оптимальная температура понижается по мере роста степени превращения СО в СО2. По этому процесс проводят в две ступени в конверторе полочного типа с понижением температуры за счёт испарения воды между полками. Суммарный процесс конверсии метана протекает с поглащением тепла.
5) Сн4 + 2Н2О = СО2 + 4Н2 — 165 кДж.
Очищенный природный газ смешивается в смесителе (1) с водяным паром в соотношении пар:газ = 2,5:1. Полученная смесь направляется на первую ступень конверсии в трубчатый контактный аппарат (2). В конверторе на никелевых катализаторах(раньше это были катализаторы ГИАП — 16 и ГИАП — 3 — 6Н), при температуре 700 гр. цельс, конвертируется примерно 70% метана. Катализатор расположен в вертикально расположенных трубках из жароупорной хромо — никелевой стали, которые обогреваются с наружной стороны топочными газами. Парогазовая смесь проходит по трубкам сверху вниз. Далее газ направляется в контактный аппарат ёмкостного типа (3) на вторую ступень конверсии метана. В шахном конверторе использую алюмохромный катализатор ГИАП — 14 и никелевый катализатор ГИАП — 36Н. В этот конвертор вводится воздух для окисления метана по реакции 3. Температура в конверторе поддерживается на уровен 850 гр. цельс. Воздух в конвертор подают в таком количестве, что бы после того как содержащийся в нём кислород вступит в реакцию с метаном, получилась смесь в соотношении азот:водород = 1:3. Горячий газ из конвертора (3) поступает в котёл — утилизатор (4), где теплота используется для получения водяного пара. Температура газа снижается до 400 градусов. Из котла — утилизатора, газ направляется в парогазосмеситель (5), куда подаётся водяной пар необходимый для конверсии оксида углерода по реакции 4 и далее в конвертор оксида углерода (6). В зависимости от температурного режима в конверторе используют или железо — хромовый катализатор СТК, или медь — цинк — хромовый катализатор НТК. В конвертор (6), для снижения температуры при проведении обратимой экзотермической реакции 4 вводят конденсат между слоями катализатора. За тем газ охлаждается и подаётся на очистку от монооксида и диоксида углерода, сероводорода, и других газов. Диоксид углерода поглащается водой; моноэтаноламином; растворами щёлочей
|
|
|
СО2 + 2RNH2 + H2O = (RNH3)2CO3
CO2 + (RNH3)2CO3+ Н2О = 2RNH3HCO3,
R — это этанольная группа -CH2-CH2-OH.
Очистка от СО осуществлятся либо поглащением медно — аммиачным растором, либо промывкой жидким азотом, либо каталитическим гидрированием.
Аммиак применяется для получения удобрений:
NH4NO3
(NH4)2SO4
(NH2)2CO
(NH4)2CO3
NH4HCO3
(NH4)2HPO4 + NH4HPO4.
Аммиак используют при получении азотной кислоты, жидкого азота, реактивов. Аммиак обладает выраженным раздражжающщим действием на слизистые оболочки человека, острое отравление приводит к повреждению кожных покровов и слизистых, пневмонии. ПДКрз = 0,02 г/м^3
Смесь аммиака с воздухом концентрацией 16 — 28% взрывоопасна.
N2 + 3H2 = 2NH3 + Q. Тепловой эффект реакции зависит от температуры и давления, смещение равновесия в сторону образования аммиака происходит при повышении давления и снижении температуры. Синтез аммиака без применения катализаторов протекает медленно. Катализаторами могут быть: железо; платина; осмий; уран и другие метллы с незаполненым предпоследним электронным уровнм. В технологии получения аммиака используют Al2O3; K2O; CaO; SiO2. Выход аммиака зависит от температуры, давления, времени соприкосновения газовой смеси с катализатором, состава газовой смеси, активности катализатора, конструкции аппарата. Расходные коэффициенты для призводства одной тонны аммиака из природного газа и воздуха следующие: А прир. Газ = 860 м^3/т, Эл. Энергия 1200 — 1300 кВт * част / т, АН2О = 30 м^3 /т
Авод. Пар = 1 Т/Т.
Катализаторы
Конверсии СН4 = 0,07 кг/т
конверсии СО = 0,4 кг/т
синтеза NH3 = 0,08 кг/т.
Вопрос
По применяемому давлению промышленные установки синтеза аммиака подразделяются на системы низкого давления (от 10 до 15 МПа), среднего давления (25 — 60 МПа), и высокого давления (от 60 до 100 МПа).
Наибольшее распространение получили системы работающие под средним давлением. Азотоводородная смесь не полностью превращается в аммиак. Содержание аммиака в газе выходящем из колонны составляет 14 — 20%. Эта смесь охлаждается, аммиак конденсируется и отделяется от газа, а непрореагировавшая азото — водородная смесь, при помощи циркуляционного компрессора, возвращается в контактный аппарат. Свежая азото — водородная смесь, внедостающем количестве добавляется к циркулирующей смеси. В циркулирующем газе присходит постепенное накопление инертных примесей: метан и аргон, по этому в производственной практике прибегают к выбросу части циркулирующей газовой смеси. Это называется продувокй газа. Таким образом удерживают количество примесей на определённом уровне. Частично примеси растворяются в конденсирующемся жидком аммиаке. Крупнотоннажное производство аммиака даёт следующие выбросы в окружающую среду:
|
|
|
1) жидкие стоки (конденсат и промывочные растворы систем охлаждения и продувки);
2) газообразные выбросы (аммиак, углекислыйы газ, другие газы);
3) Потери низкопотенциальной энергии в системах воздушного и водяного охлаждения.
Свежаю азото — водородная смесь подаётся в нижнюю часть конденсационной колонны (6), где очищается промывкой жидким аммиаком от следов влаги, масла и СО2. Далее смесь подаётся в колонну синтеза (2), где происходит образование аммиака. Прореагировавшая азото — водородо — аммиачная смесь выводится из колонны синтеза (2) при 400 гр. цельс, проходит через паровой котёл (1) и водяной холодильник (3), где охлаждается до температуры 30 — 40 гр. цельс и поступает в сепаратор 4. В водяном холодильнике при 30 МПа. Конденсируется лишь часть аммиака. За тем газ турбоциркуляционным компрессором (5) подаётся в конденсационную колонну (6) и испаритель (7), где за счёт испарения жидкого аммиака получают холод. Из конденсационной колонны, газ вновь поступает в колонну синтеза. Основной аппарат установки — это колонна синтеза. Особые требования предъявляются к материалу колонны. Особенно опасно обезуглероживание стали при действии водорода пр ивысокой температуре. Это приводит к снижению прочности, по этому корпус изготавливается из хромо — ванадиевой стали. Основной поток газа поступает в колонну, проходит по кольцевой щели между корпусом колонны (1) и корпусом катализаторной коробки (2) и поступает в межтрубное пространство теплообменника (4). Здесь синтез — газ нагревается конвертированным газом до 420 — 440 гр. цельс. и входит последовательно в 4 слоя катализатора (6,7,8,9), между которыми подаётся холодный байпасный газ. После четвёртного слоя катализатора, газовая смесь при 500 — 515 гр. цельс поднимается по центральной трубе 10, проходит по трубкам теплообменника 4, охлаждаясь при этом до 320 — 350 г. цельс, и выходит из колонны.
Технологическе характеристики колонны.
P = 31,5 МПа.
t = 300 - 520 гр. цельс.
Внутренний диаметр = 2400 мм.
Толшина стенки = 250 мм.
Вопрос
|
|
|
