Rikkihappotuotannon "kaksinkertainen muuntaminen, kaksois absorptio" -prosessi tuottaa edelleen niin sisältävää häntäkaasua (tyypillisesti 500-1000 mg/m³). Suora päästö aiheuttaa helposti happoa, joten hännän kaasukäsittely on välttämätöntä kosketusprosessissa.
Raaka -aineiden esikäsittely: Epäpuhtauksien poistaminen seuraavan prosessin vakauden varmistamiseksi
Ensimmäinen askel rikkihapon tuotannon kosketusprosessissa on raaka -aineiden esikäsittely, jonka päätavoitteena on poistaa epäpuhtaudet raaka -aineista katalyytin myrkytyksen, laitteiden korroosion tai huonomman tasaisen tuotteiden puhtauden välttämiseksi seuraavissa prosesseissa. Esikäsittelymenetelmät vaihtelevat merkittävästi raaka-aineista riippuen: Jos raaka-aineena käytetään rikkiä, kiinteä rikki lähetetään ensin sulatussäiliöön ja sulaa nestemäiseksi rikkiän lämpötilassa 130-150 asteessa.
Sitten mekaaniset epäpuhtaudet (kuten sedimentti ja hiilihiukkaset) poistetaan suodattimen läpi, ja hienot hiukkaset erotetaan edelleen syklonierottimella varmistaakseen, että seuraava vaiheeseen pääsy rikin puhtaus on suurempi tai yhtä suuri kuin 99,9%. Jos pyriitti (pääkomponentti FES₂) otetaan käyttöön, sen on ensin läpäistävä murskaus- ja seulontaprosessit, jotta pyriitti katkaisee 8-15 mm: n tasaiset hiukkaset. Samanaikaisesti metallihäiriöt, kuten rautahakemukset, poistetaan magneettisella erottimella estämään seuraavan paahtamisen aikana syntyneet rautaoksidit tarttuen laitteiden sisäseinään tai estäviä putkistoja. Jos raaka-aine sulattaa savukaasua (kuten kuparin, lyijyn ja sinkin sulatusprosessissa tuotettua niin sisältävää savukaasua), pölynpoistojen on ensin suoritettava (käyttämällä sähköstaattista sadetta tai pussisuodattimia pölyhiukkasten poistamiseksi), demoont (sellainen kuin Venturi-kuoren käyttäminen. adsorptio- tai kelatoiva hartsinvaihtomenetelmä) savukaasun epäpuhtauksien estämiseksi katalyyttitoiminnan vaikuttamisesta. Raaka -aineiden esikäsittelyn laatu määrittää suoraan seuraavien prosessien stabiilisuuden. Esimerkiksi, jos pyriitin arseenipitoisuus on liian korkea, se aiheuttaa seuraavan vanadiumkatalyytin pysyvän myrkytyksen. Siksi esikäsittelylinkin on tiukasti hallita epäpuhtaussisältöä, mikä yleensä vaatii haitallisten elementtien, kuten arseenin ja seleenin, sisältöä raaka -aineissa olevan pienempiä tai yhtä suuret kuin 0,05%.
Rikkidioksidin valmistus: ydinreaktiolinkki avainprosessin raaka -aineiden tuottamiseksi
Rikkidioksidi (SO₂) on keskiosan raaka -aine rikkihapon tuotantoon kosketusprosessin kautta. Valmistuslinkki vaatii vastaavan prosessireitin valitsemisen raaka -aineen tyypin mukaan So₂: n lähtö ja puhtaus vastaa seuraavan hapettumisen tarpeita. Kun rikkiä käytetään raaka-aineena, puhdistettu nestemäinen rikki lähetetään rikkipolttimeen, sekoitettuna kuivattuun paineilaan (käyttämällä konsentroituja rikkihappoa kuivumaan kosteutta, joka vaikuttaa myöhempiin reaktioihin) suhteessa (ilma-ylimääräinen kertoimet 1,05-1,1) ja saa aikaan polttoreaktiota korkealla lämpötilassa 800-1000 asteittain: S + O₂ O₂ O₂ O₂ Op: n.
Tämän reaktion muuntamisnopeus voi saavuttaa yli 99,8%ja muodostetun SO₂-kaasun pitoisuus on noin 10%-12%(tilavuusosuus). Samaan aikaan vapautettua lämpöä voidaan käyttää höyryn tuottamiseen energian talteenottoon. Jos raaka-aineena käytetään pyriittiä, esikäsitellyt pyriittipartikkelit lähetetään fluidoituun sängyn paahtimoon (kiehuva uuni) ja paahtava reaktio suoritetaan ylimääräisellä ilmalla lämpötilassa 650-850 astetta: 4fes₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃ + 8 niin lämpö. Paahtoprosessin aikana tuulettimen on ohjattava ilmavirtausnopeutta pyriittipartikkelien pitämiseksi kiehuvassa tilassa, mikä varmistaa riittävän reaktion. Generoituneen SO₂: n pitoisuus on noin 7%-9%, ja sivutuotteen rautaoksidi (kuonan) voidaan talteen hyödyntää raa'an raudanvalmistusta varten. Sulattavien savukaasujen raaka-aineiden kohdalla esikäsitetty savukaasu lähetetään desorptiotorniin, ja matalakeskeinen SO₂ (yleensä 1%-5%) savukaasussa on keskittynyt 8%: iin -10%: iin laimennetun rikkihappojen desorptio- tai pyrolyysiprosessin avulla, mikä vastaa So₂-pitoisuuden vaatimusta myöhemmälle katalyyttiselle hapetinnille. Käytetystä raaka-aineesta riippumatta generoitu SO₂-kaasu on jäähdytettävä jätealueella (800-1000 asteesta 300–400 asteeseen), ja lämpöä saadaan aikaan lämpöpainetta höyryn tuottamiseksi, mikä ei vain vähennä seuraavien laitteiden lämmönkestävyyttä koskevia vaatimuksia, vaan myös toteuttaa energian kierrätyksen.
Rikkidioksidin katalyyttinen hapettuminen: kosketusprosessin ydin muuntamisen toteuttamiseksi So₂: sta SO₃: ksi
Rikkidioksidin katalyyttinen hapettuminen on ydinhapon tuotannon kosketusprosessin ydinlinkki. Sen olemus on hapettaa niin rikkitrioksidia (SO₃) katalyytin vaikutuksesta, ja tämän reaktion muuntamisnopeus määrittää suoraan rikkihappo- ja pakokaasupäästöindikaattorien ulostulon. Tällä hetkellä vanadiumkatalyyttejä (pääkomponentti V₂O₅, kantaja-operaattorit, promoottoreita k₂so₄ ja na₂so₄) käytetään laajalti teollisuudessa niiden korkean aktiivisuuden, hyvän selektiivisyyden ja pitkän käyttöikäisyyden (yleensä 3-5 vuotta) vuoksi. Reaktio suoritetaan muuntimessa (monivaiheinen adiabaattinen kiinteän sängyn reaktori) käyttämällä "kaksivaiheista muuntamista ja kaksivaiheista imeytymistä": Prosessi: Ensimmäisen muuntamisen aikana jäähdytetty SO₂-kaasu (joka sisältää O₂: n) ensimmäiseen katalyytin sänkyyn, ja reaktio tapahtuu 400-450 asteen lämpötilassa: 2SO₂ + O₂ 2SO₃ + HOMOT. Koska tämä reaktio on eksoterminen, sängyn lämpötila nousee 550–600 asteeseen, ylittäen katalyytin optimaalisen aktiivisen lämpötilan. Siksi kaasu on jäähdytettävä 400-420 asteeseen välivaiheenvaihtimen läpi ennen siirtymistä toiseen katalysaattorikerrokseen lisäreaktiota varten. Ensimmäisen muuntamisen kokonaismuunnosaste voi saavuttaa 90%-95%.
Myöhemmin kaasu, joka sisältää SO₃: ta, saapuu ensimmäiseen absorptiotorniin (käyttämällä 98,3% konsentroitua rikkihappoa SO₃: n absorboimiseksi) suurimman osan SO₃: sta välttäen happamuen muodostumista seuraavan jäähdytysprosessin aikana. Reagoimaton SO₂-kaasu (pitoisuus noin 0,5%-1%) lämmitetään uudelleen noin 400 asteeseen lämmönvaihtimen kautta ja siirtyy muun muuntajan muun muuntajan kolmanteen ja neljänteen katalyyttipeitteisiin, muuntamisnopeuden ollessa edelleen yli 99,5%. Tämä prosessi hallitsee reaktiolämpötilaa tehokkaasti katalyytin aktiivisuusalueella (400-600 astetta) segmentoitujen reaktioiden ja välituotteen lämmönvaihdon kautta välttäen samalla käänteistä reaktiota, kun SO₃ sekoitetaan reagoimattoman SO₂: n ja O₂: n kanssa. Lisäksi katalyyttien käyttö vaatii raaka -aineiden epäpuhtauspitoisuuden tiukan hallinnan. Elementit, kuten arseeni, seleeni ja fluori, tarttuvat katalyytin pintaan, estävät aktiiviset keskukset ja aiheuttavat katalyytin deaktivoinnin. Siksi katalyyttiaktiivisuus on testattava säännöllisesti, ja kun muuntoprosentti laskee alle 95%, katalyytti on vaihdettava.
Rikkitrioksidin imeytyminen: happamuisten sumujen muodostumisen välttäminen ja rikkihappon tehokkaasti valmistaminen
Rikitrioksidin (SO₃) imeytyminen on avainvaihe muunnettaessa katalyyttistä hapettumista rikkihapoksi. Sen keskeinen haaste on välttää SO₃: n ja veden välistä suoraa kosketusta happamisemun muodostamiseksi (So₃ + H₂O → H₂so₄, tämä reaktio on erittäin eksoterminen ja aiheuttaa helposti rikkihappohöyryn tiivistymisen pieniksi pisaroiksi, joita on vaikea siepata). Siksi 98,3% konsentroitua rikkihappoa käytetään yleisesti absorboivana teollisuudessa. Tällä rikkihapon pitoisuudella on suurin absorptiotehokkuus SO₃: lle, eikä se ole alttiita happojen sumujen muodostumiselle. Absorptioprosessi suoritetaan absorptiotornissa (yleensä pakattu torni tai kuplakorkkitorni): SO₃-kaasu (lämpötila noin 150-200 astetta) sen jälkeen, kun ensimmäinen muuntaminen tulee absorptiotornin pohjasta ja koskettaa vastavirtaisesti 98,3%: n tiivistetyn rikkihappoa, joka on ruiskutettu tornin yläosasta. SO₃ liukenee konsentroituneeseen rikkihapossa muodostaen enemmän konsentroituneita rikkihappoja (pitoisuus jopa 99,5%) tai rikkihapon polttamiseen (rikkihappo, joka sisältää vapaata SO₃: ta, pitoisuutena, joka ilmenee Massan fraktiona, yleensä 20%-65%).
Absorptiotornissa ruiskutustiheys (yleensä 15-25 m³/(m² · h)) ja kaasun virtausnopeutta (0,5-1,0 m/s) on ohjattava riittävän kaasu-neste-kosketuksen varmistamiseksi. Samanaikaisesti torniin asennetun demisterin (kuten kuitujen dember) käytetään kaasuun kiinnitettyjen rikkihappopisaroiden poistamiseen välttäen seuraavien laitteiden korroosiota. Jos laimennettua rikkihappoa (kuten 70 -prosenttinen pitoisuus metallisuojalle) on tuotettava, absorptiolla syntynyt tiivistetty rikkihappo voidaan lähettää laimennussäiliöön ja demineralisoitua vettä lisätään hitaasti sekoitusolosuhteissa (kiehumisen estämiseksi on tiukasti kielletty lisää vettä suoraan konsentroituun rikkihappoon). Laimennuslämpötilaa säädetään enintään 60 astetta, ja pitoisuutta tarkkaillaan reaaliajassa online-pitoisuusmittarilla. Saavuttuaan tavoitearvon, se lähetetään lopputuotteen varastosäiliöön. Rikkihapon polttavan rikkihapon tuottamiseksi on lisättävä rikki hapon muodostumisen torni absorptiotornin jälkeen, jotta saadaan yhteyttä SO₃ -kaasuun 98,3% väkevöityyn rikkihapolla, jotta vapaa SO₃ -pitoisuus täyttää suunnitteluvaatimukset. Käyttöparametrien hallinta absorptiolinkissä on ratkaisevan tärkeää. Esimerkiksi, jos absorboiva lämpötila on liian korkea, SO₃: n liukoisuus laskee; Jos lämpötila on liian alhainen, liuoksen viskositeetti kasvaa, mikä vaikuttaa absorptiotehokkuuteen. Siksi absorboiva lämpötilaa säädetään yleensä 40–60 asteessa happojäähdyttimen läpi. Samanaikaisesti absorptiotornin paine on pidettävä pienessä negatiivisessa paineessa (-50 --100Pa) kaasuvuotojen estämiseksi.
Tuotteiden puhdistaminen: Pitoisuuden ja puhtauden säätäminen loppupään vaatimusten mukaan
Tuotteen hienosäätöyhteyden ydin on säätää absorptioyhteessä syntyneen rikkihapon pitoisuutta ja poistaa loppupään teollisuuden eri tarpeiden mukaisesti varmistaen, että tuote täyttää vastaavat teollisuusstandardit. Ensimmäinen on pitoisuuden säätö: Jos loppupään kysyntä on 98% teollisuuskonsentroitua rikkihappoa (käytetään lannoitteiden tuotannossa, kuten diammoniumfosfaatin valmistus), absorptiolla syntynyt 99,5% konsentroitu rikkihappo on lähetettävä pitoisuustorniin, joka lämmitetään matalapaineisen höyryn (120-150 asteen) haittanaan, jotka on muodostettu. Jos kysyntä on 70% laimennettua rikkihappoa (jota käytetään rauta- ja terästeollisuuden metallisuottamisessa rautaoksidin poistamiseksi teräspinnalla), demineralisoitua vettä on lisättävä suhteessa laimennussäiliöön, samalla kun se kytketään sekoittaen ja jäähdytysjärjestelmät lämpötilan hallitsemiseksi laimennoksen aikana, jotta se ei ylitä 60 astetta, estäen rikkihappoa hajoamasta korkeissa lämpötiloissa tai syöpäri -laitteissa.
Toinen on epäpuhtauksien poistaminen: eri sovellusskenaarioilla on huomattavasti erilaisia vaatimuksia rikkihappojen puhtaudesta. Esimerkiksi tavallinen teollisuusrikkihappo vaatii, että rautapitoisuus on vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,01% ja arseenipitoisuus, joka on vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,005%, kun taas akun luokan rikkihappo (käytetään elektrolyyttinä lyijyhappeaparistoihin) vaatii raskasmetallia (lyijy-, elohopea-, kadmiumpitoisuutta), joka on vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,1PPM ja kloridi-ionipitoisuus alle tai yhtä suuri kuin 0,5PPM. Tavalliselle teollisuusrikkihapolle suodatusta käytetään yleensä mekaanisten epäpuhtauksien poistamiseen (kuten suodatus polypropeenisuodattimien kalvojen kautta) ja vetyperoksidia (H₂O₂) lisätään pelkistävien epäpuhtauksien, kuten rikkihappojen (h₂so₃), hapettamiseksi ja poistamiseksi. Akun luokan rikkihapossa vaaditaan syvää jalostusprosessia: Ensinnäkin aktivoitua hiilen adsorptiota käytetään orgaanisten epäpuhtauksien poistamiseen, sitten ioninvaihtohartsit (kuten kationinvaihtohartsit raskasmetalli-ionien poistamiseksi, anioninvaihtohartsit kloridi-ionien ja nitraatti-ionien poistamiseksi) käytetään syvän epävarmuuden poistamiseen, ja akku-syventämisessä on käytetty. standardit. Lisäksi tuotteen puhdistuslinkissä on suoritettava laatutestaus, mukaan lukien pitoisuustestaus (käyttämällä densitometrimenetelmää tai titrausmenetelmää) ja epäpuhtauspitoisuuden testaus (käyttämällä atomien absorptiospektrometriaa tai ionikromatografiaa). Kokeen läpäisyn jälkeen rikkihappo on varastoitava erityisiin varastosäiliöihin erilaisten pitoisuuksien ja puhtaustasojen mukaan (kuten 98% konsentroitua rikkihappoa hiiliterästankeissa, laimentavat rikkihappoa FRP-säiliöissä ja akun luokan rikkihappo ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa säiliöissä) eri asteiden tuotteiden sekoitettua pilaantumista.
Pakokaasunkäsittely: Saasteiden päästöjen hallinta ympäristöstandardien täyttämiseksi
Vaikka "kaksivaiheinen muuntaminen ja kaksivaiheinen absorptio" -prosessi on hyväksytty, pieni määrä pakokaasua, joka sisältää SO₂: ta (yleensä SO₂: n pitoisuus 500-1000 mg/m³) syntyy edelleen rikkihapon tuotannon aikana. Suora päästö aiheuttaa ilman pilaantumista (happoa sadetta), joten pakokaasunkäsittelyyhteys on välttämätön ympäristönsuojeluvaihe kosketusprosessissa. Tällä hetkellä teollisuudessa on kolme valtavirran pakokaasukäsittelytekniikkaa: ensimmäinen on ammoniakin poistumisprosessi, joka lähettää pakokaasun desulfurisointitorniin ja koskettaa sitä vastavirtaisesti ammoniakkivedellä (pitoisuus 15%-20%), mikä johtaa reaktioihin: SO₂ + 2 nh₃ · H₂O → (NH₄) ₂ (Nh₄) ₂so₃ + so₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
Sitten ilma viedään reaktioliuokseen ammoniumsulfaatin hapettamiseksi ja tuottamiseksi: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂so₄. Ammoniumsulfaattia voidaan myydä typpilannoitteena epäpuhtauksien resurssien hyödyntämisen toteuttamiseksi. Tämän prosessin poistoaste voi saavuttaa yli 98%, ja pakokaasupäästöpitoisuus on pienempi tai yhtä suuri kuin 50 mg/m³, joka täyttää Kiinan "integroidun päästöstandardin" (GB 16297-1996) vaatimukset. Toinen on kalkkimaiton poistumisprosessi, joka käyttää kalkkimaitoa (CA (OH) ₂ suspensio) imukykyiseksi, joka reagoi kaasukaasun SO₂: n kanssa kalsiumsulfiitin tuottamiseksi: SO₂ + CA (OH) ₂ → CASO₃ ↓ + H₂O. Kalsiumsulfiitti hapetetaan kipsin (CASO₄ · 2H₂O) tuottamiseksi, jota voidaan käyttää rakennusmateriaalien (kuten kipsilevyjen) tuotannossa.
Tällä prosessilla on alhaiset kustannukset, mutta suhteellisen alhainen SO₂: n poistoaste (noin 95%), joka sopii pienille rikkihapon tuotantoyrityksille. Kolmas on aktivoitu hiilen adsorptiomenetelmä, joka ohittaa pakokaasun aktivoidun hiilen adsorptiotornin kautta. Sen jälkeen, kun Aktivoitu hiili adsorboituu, korkean keskittyvä SO₂-kaasu syntyy desorptiolla lämmitysolosuhteissa, jotka voidaan palauttaa muuntimeen osallistumaan reaktioon uudelleen, toteuttaen SO₂: n kierrätyksen.
Tällä prosessilla ei ole toissijaista pilaantumista, mutta aktivoidun hiilen korvaamisen kustannukset ovat korkeat, sopivat yrityksille, joilla on tiukat ympäristövaatimukset ja korkeat raaka -ainekustannukset. Käytetystä prosessista riippumatta SO₂-päästöpitoisuutta on tarkkailtava reaaliajassa online-valvontajärjestelmän kautta pakokaasun hoidon jälkeen vakaan vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi. Samanaikaisesti hoitoprosessin aikana syntyneet sivutuotteet (kuten ammoniumsulfaatti ja kipsi) on hävitettävä vaatimustenmukaisesti sekundaarisen pilaantumisen välttämiseksi. Esimerkiksi kipsin raskasmetallipitoisuus on testattava ja sitä voidaan käyttää vasta rakennusmateriaalistandardien täyttämisen jälkeen.
Lisäksi jotkut laajamittaiset rikkihapon tuotantoyritykset omaksuvat myös pakokaasujätteen lämmön talteenottotekniikkaa käyttämällä lämpökaasun lämpöä (lämpötila noin 100–150 astetta) kuumentamaan vettä lämmönvaihtimen kautta, mikä tuottaa matalapaineista höyryä tuotannon parantamiseksi, energian hyödyntämisen tehokkuuden edelleen ja toteuttaa edelleen ympäristönsuojelun ja energian säilyttämisen.
