Proces „dvojitá konverze kyseliny sírové, dvojitá absorpce“, stále generuje ocasní plyn obsahující SO₂ (obvykle 500-1000 mg/m³). Přímá emise snadno způsobují kyselý déšť, takže pro kontaktní proces je nezbytné ošetření ocasu.
Předběžné ošetření surovin: Odstranění nečistot, aby byla zajištěna následná stabilita procesu
Prvním krokem v kontaktním procesu produkce kyseliny sírové je předběžné ošetření suroviny, jehož hlavním cílem je odstranit nečistoty ze surovin, aby se zabránilo otravě katalyzátorem, korozi vybavení nebo nestandardní čistoty produktu v následujících procesech. The pretreatment methods vary significantly depending on the raw materials: if sulfur is used as the raw material, solid sulfur is first sent to a melting tank and melted into liquid sulfur at a temperature of 130-150℃.
Poté jsou mechanické nečistoty (jako jsou sediment a uhlíkové částice) odstraněny filtrem a jemné částice jsou dále odděleny separátorem cyklónu, aby se zajistila, že čistota síry vstupující do dalšího kroku je větší nebo rovná 99,9%. Pokud je přijat pyrit (hlavní složka FES₂), musí nejprve projít procesy rozdrcení a screeningu, aby se pyrit rozložil na jednotné částice 8-15 mm. At the same time, metal impurities such as iron filings are removed by a magnetic separator to prevent iron oxides generated during subsequent roasting from adhering to the inner wall of equipment or blocking pipelines. 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 nebo metoda výměny pryskyřice chelating), aby se zabránilo nečistotám v kouřově plynu ovlivňující aktivitu katalyzátoru. Kvalita předběžného ošetření suroviny přímo určuje stabilitu následných procesů. Například, pokud je obsah arsenu v pyritu příliš vysoký, způsobí to trvalé otravy následným katalyzátorem vanadu. Proto musí spojení před léčbou přísně ovládat obsah nečistoty, obvykle vyžadující obsah škodlivých prvků, jako je arsen a selen v surovinách, menší nebo rovný 0,05%.
Příprava oxidu siřičitého: Core Reakce Link Pro generování klíčových procesů surovin
Oxid siřičitý (SO₂) je jádrem střední suroviny pro produkci kyseliny sírové prostřednictvím kontaktního procesu. Přípravní spojení vyžaduje výběr odpovídající procesní trasy podle typu suroviny, aby se zajistilo, že výstup a čistota SO₂ splňuje potřeby následné oxidace. When sulfur is used as the raw material, the refined liquid sulfur is sent to a sulfur burner, mixed with compressed air that has been dried (using concentrated sulfuric acid for drying to avoid moisture affecting subsequent reactions) in proportion (air excess coefficient 1.05-1.1), and undergoes a combustion reaction at a high temperature of 800-1000℃: S + O₂ → SO₂ + heat.
Míra přeměny této reakce může dosáhnout více než 99,8%a koncentrace generovaného plynu So₂ je přibližně 10%-12%(objemová frakce). Mezitím lze uvolněné teplo použít ke generování páry pro zotavení energie. Pokud se jako suroviny používá pyrity, předem ošetřené částice pyritu se odesílají do fluidního pražeče (vroucí pec) a pečení se provádí s přebytečným vzduchem při teplotě 650-850 stupňů: 4Fes₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃ + 8. Během procesu pražení musí být průtok vzduchu řízen ventilátorem, aby se pyritové částice udržely ve stavu varu, což zajišťuje dostatečnou reakci. Koncentrace generovaného SO₂ je asi 7%-9%a vedlejší oxid železa (struska) může být získán jako surovina pro výrobu železa. U surovin tavícího kouřového plynu je předem ošetřený kouřový plyn odeslán do desorpční věže a nízká koncentrace SO₂ (obvykle 1%-5%) je koncentrována na 8%-10%prostřednictvím zředěné desorpce kyseliny sírové nebo pyrolýzou. Bez ohledu na použité suroviny musí být generovaný plyn chlazen kotlem odpadního tepla (od 800 do 1 000 stupňů na 300–400 stupňů) a teplo se získává za účelem generování středně tlakové páry, což nejen snižuje požadavky na odolnost proti tepelnému odolnosti následného vybavení, ale také si uvědomí recyklování energie.
Katalytická oxidace oxidu siřičitého: jádro kontaktního procesu pro realizaci přeměny z SO₂ na SO₃
Katalytická oxidace oxidu siřičitého je jádrem spojení v kontaktním procesu pro produkci kyseliny sírové. Jeho podstatou je oxidovat SO₂ na oxid sírový (SO₃) pod působením katalyzátoru a rychlost přeměny této reakce přímo určuje výstup ukazatelů emise kyseliny sírové a výfukových plynů. V současné době jsou katalyzátory Vanadia (hlavní složka V₂o₅, nosič Sio₂, promotory K₂so₄ a Na₂so₄) v průmyslu široce používány kvůli jejich vysoké aktivitě, dobré selektivitě a dlouhé životnosti (obvykle 3-5 let). Reakce se provádí v převaděči (vícestupňový adiabatický reaktor s pevným ložem) za použití procesu „dvoustupňové konverze a dvoustupňové absorpce“: Během první konverze vstupuje chlazený plyn (obsahující O₂) do prvního katalyzátoru převodníku a dochází k reakci při teplotě 400-450 stupňů: 2so₂ + o₂ ⇌ 2S2. Protože tato reakce je exotermická, teplota lože se zvýší na 550-600 stupňů, což překročí optimální aktivní teplotu katalyzátoru. Proto musí být plyn ochlazen na 400-420 stupňů přes přechodný výměník tepla před vstupem do druhého katalyzátoru pro další reakci. Celková konverzní míra první konverze může dosáhnout 90%-95%.
Následně plyn obsahující SO₃ vstupuje do první absorpční věže (s použitím 98,3% koncentrované kyseliny sírové, aby absorboval SO₃), aby odstranil většinu SO₃, čímž se zabránil tvorbě kyselé mlhy během následného procesu chlazení. Nezorvený plyn SO₂ (koncentrace asi 0,5%-1%) se znovu zahřívá na asi 400 stupňů pomocí tepelného výměníku a vstupuje do třetí a čtvrtého katalyzátoru převodníku pro druhou konverzi, přičemž rychlost konverze se dále zvýšila na více než 99,5%. This process effectively controls the reaction temperature within the catalyst activity range (400-600℃) through segmented reactions and intermediate heat exchange, while avoiding the reverse reaction when SO₃ is mixed with unreacted SO₂ and O₂. Použití katalyzátorů navíc vyžaduje přísnou kontrolu obsahu nečistot v surovinách. Prvky jako arsen, selen a fluor se budou držet povrchu katalyzátoru, blokovat aktivní centra a způsobí deaktivaci katalyzátoru. Proto musí být aktivita katalyzátoru pravidelně testována, a když rychlost konverze klesne pod 95%, musí být katalyzátor vyměněn.
Absorpce oxidu síry: vyhýbání se tvorbě kyselé mlhy a účinné přípravy kyseliny sírové
Absorpce oxidu síry (SO₃) je klíčovým krokem při přeměně SO₃ generovaného katalytickou oxidací na kyselinu sírovou. Jeho hlavní výzvou je vyhnout se přímému kontaktu mezi SO₃ a vodou za vzniku kyselé mlhy (SO₃ + H₂O → H₂so₄ je tato reakce vysoce exotermická a snadno způsobuje, že pára kyseliny sírové kondenzuje do malých kapiček, které je obtížné zachytit). Proto se jako absorbent v průmyslu běžně používá 98,3% koncentrovaná kyselina sírová. Tato koncentrace kyseliny sírové má nejvyšší absorpční účinnost pro SO₃ a není náchylná k tvorbě kyselé mlhy. Absorpční proces se provádí v absorpční věži (obvykle ve věži zabalené věže nebo bublinové věži): plyn So₃ (teplota asi 150-200 stupňů) po první konverzi vstoupí ze dna absorpční věže a kontaktuje proti průběhu 98,3% koncentrovaného kyseliny sírové z horní části věže. Takže se rozpustí v koncentrované kyselině sírové za vzniku koncentrované kyseliny sírové (koncentrace až do 99,5%) nebo plumající kyselinu sírovou (kyselina sírová obsahující volnou SO₃, koncentrace exprimovaná jako hmotnostní frakce SO₃, obvykle 20%-65%).
V absorpční věži musí být hustota spreje (obvykle 15-25 m³/(m² · h)) a průtok plynu (0,5-1,0 m/s) kontrolován, aby se zajistilo dostatečný kontakt s plynem. Současně se pro odstranění kapiček kyseliny sírové v plynu používá demister (jako je demister vláken) nainstalovaný ve věži, což zabrání korozi následného zařízení. Pokud je třeba vyrobit zřednění kyseliny sírové (jako je 70% koncentrace pro moření kovu), může být koncentrovaná kyselina sírová generovaná absorpcí odeslána do zředěné nádrže a demineralizovaná voda se pomalu přidává za míchací podmínky (je přísně zakázána přidávat vodu přímo do koncentrované kyseliny sírové). Teplota zředění není kontrolována tak, aby nepřesahovala 60 stupňů a koncentrace je monitorována v reálném čase online koncentrační měřič. Po dosažení cílové hodnoty je odeslán do nádrže na hotový produkt. Pro produkci kyseliny proucí kyselinou sírovou musí být po absorpční věži přidána plumající věž kyseliny sírové, aby se další kontaktoval plyn s 98,3% koncentrovanou kyselinou sírovou, takže obsah volného SO₃ splňuje požadavky na návrh. Řízení provozních parametrů v absorpční spojení je zásadní. Například, pokud je absorpční teplota příliš vysoká, rozpustnost SO₃ se sníží; Pokud je teplota příliš nízká, zvýší se viskozita roztoku, což ovlivní účinnost absorpce. Absorpční teplota je proto obvykle řízena při 40-60 stupňů pomocí kyselinového chladiče. Současně musí být tlak absorpční věže udržován při mírném záporném tlaku (-50 až -100PA), aby se zabránilo úniku plynu.
Rafinace produktu: Úpravy koncentrace a čistoty podle požadavků downstream
Jádrem odkazu na rafinaci produktu je upravit koncentraci a odstranit nečistoty kyseliny sírové generované v absorpční spojení podle různých potřeb downstream průmyslových odvětví, což zajišťuje, že produkt splňuje odpovídající průmyslové standardy. Prvním je úprava koncentrace: Pokud je poptávka po proudu 98% průmyslová koncentrovaná kyselina sírová (používaná při produkci hnojiv, jako je výroba fosforečnanu s diamomenním), je třeba 99,5% koncentrovanou kyselinu sírovou generovanou absorpcí, která má být zavedena do koncentrační věže, která má zavést nízkotlakou páru (120-150 stupňů), aby se vyvolala koncentrace, která se vyvíjí na koncentraci 98%. Je -li poptávka 70% zředěná kyselina sírová (používaná v kovovém moření v železném a ocelářském průmyslu k odstranění oxidu železa na povrchu oceli), musí být demineralizovaná voda přidána v poměru k ředěcím nádrži, zatímco zapíná míchání a chlazení, aby se regulovala teplota během zředění, aby nepřekročila 60 stupňů.
Druhým je odstranění nečistot: různé scénáře aplikací mají výrazně odlišné požadavky na čistotu kyseliny sírové. Například běžná průmyslová kyselina sírová vyžaduje obsah železa menší nebo roven 0,01% a obsah arsenu menší nebo rovný 0,005%, zatímco kyselina sírová (používaná jako elektrolyt pro baterie s nižší nebo rovným obsahu 0,5pm) vyžaduje méně než 0,5pm. Pro běžnou průmyslovou kyselinu sírovou se filtrace obvykle používá k odstranění mechanických nečistot (jako je filtrace pomocí polypropylenových filtračních membrán) a peroxid vodíku (H₂o₂) se přidává k oxidaci a odstranění reduktivních nečistot, jako je kyselina sírová (h₂so₃). For battery-grade sulfuric acid, a deep refining process is required: first, activated carbon adsorption is used to remove organic impurities, then ion exchange resins (such as cation exchange resins to remove heavy metal ions, anion exchange resins to remove chloride ions and nitrate ions) are used for deep impurity removal, and finally, vacuum distillation is used to further improve purity, ensuring that the impurity content meets the battery-grade standards. Kromě toho musí být testování kvality prováděno ve spojení s rafinací produktu, včetně testování koncentrace (pomocí metody denzitometru nebo metody titrací) a testování obsahu nečistoty (pomocí atomové absorpční spektrometrie nebo iontové chromatografie). Po absolvování testu musí být kyselina sírová uložena ve speciálních skladovacích nádržích podle různých koncentrací a čistoty (jako je 98% koncentrované kyseliny sírové v uhlíkových ocelích, zředěné kyselině sírové v nádržích FRP a kyseliny sírové baterie v nerezové ocelové nádrže), aby se zabránilo smíšenému znečištění různých stupňů.
Ošetření výfukových plynů: kontrola emisí znečišťujících látek pro splnění environmentálních standardů
Přestože je přijata proces „dvoustupňové konverze a dvoustupňové absorpční“, během produkce kyseliny sírové je stále generováno malé množství výfukových plynů obsahujících SO₂ (obvykle koncentrace 500-1000 mg/m³). Přímé emise způsobí znečištění ovzduší (formování kyselého déšť), takže spojení úpravy výfukových plynů je nepostradatelným krokem ochrany životního prostředí v kontaktním procesu. V současné době jsou v průmyslu tři technologie zpracování výfukových plynů z běžného proudu: prvním je proces odsiření amoniaku, který vysílá výfukový plyn do odsulfurizační věže a kontaktuje ji protikooproudové vodou amoniaku (koncentrace 15%-20%), což má za následek reakce: So₂ + 2 · · · · · · · · · · · · · · (NH₄) (Nh₄) ₂so₃ + so₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
Poté je do reakčního roztoku zaveden vzduch k oxidaci a generování síranu amonného: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Síran amonný může být prodáván jako hnojivo dusíka k realizaci využití zdrojů znečišťujících látek. Míra odstranění tohoto procesu může dosáhnout více než 98%a koncentrace emisí výfukových plynů je menší nebo rovná 50 mg/m³, přičemž splňuje požadavky čínského „integrovaného emisního standardu znečišťujících látek“ (GB 16297-1996). Druhým je proces odsiření vápna, který používá vápno mléko (Ca (OH) ₂ suspenze) jako absorbent, který reaguje s SO₂ ve výfukových plynech za vzniku siřičitého vápenatého: SO₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. Sulfizit vápenatý je oxidován za účelem generování sádry (caso₄ · 2H₂o), který lze použít při výrobě stavebních materiálů (jako jsou desky sádry).
Tento proces má nízké náklady, ale relativně nízkou míru odstranění SO₂ (asi 95%), vhodný pro malé podniky na produkci kyseliny sírové. Třetí je metoda aktivované adsorpce uhlíku, která prochází výfukovým plynem prostřednictvím aktivované uhlíkové adsorpční věže. Poté, co je SO₂ adsorbován aktivovaným uhlíkem, je vysoký koncentrace, takže plyn je generován desorpcí za podmínek zahřívání, který může být vrácen do převodníku, aby se znovu podílel na reakci, a uvědomil si recyklaci SO₂.
Tento proces nemá žádné sekundární znečištění, ale náklady na aktivovanou náhradu uhlíku jsou vysoké, vhodné pro podniky s přísnými environmentálními požadavky a vysokými náklady na suroviny. Bez ohledu na přijatý proces musí být koncentrace emisí SO₂ monitorována v reálném čase prostřednictvím online monitorovacího systému po ošetření výfukových plynů, aby se zajistila stabilní shoda. Současně musí být vedlejší produkty generované během procesu léčby (jako je síran a sádry amonia) zlikvidovány, aby se zabránilo sekundárnímu znečištění. Například obsah sádry těžkých kovů musí být testován a může být použit až po splnění standardů stavebních materiálů.
Kromě toho některé rozsáhlé podniky pro výrobu kyseliny sírové také přijímají technologii pro zotavení tepla odpadního plynu odpadního odpadu, využívají teplo ve výfukových plynech (teplota asi 100-150 stupňů) k tepelné demineralizované vodě prostřednictvím tepelného výměníku, což vytváří nízkotlakou páru pro výrobu, další zlepšení účinnosti využití energie a realizaci ochrany životního prostředí a ochranu energie a ochrana energie a energii a ochranu energie a ochranu energie.
