7.1. Обжиговый газ

Возможность контактного окисления сернистого ангидрида в серный была установлена в первой половине 19 века, однако промышленное использование этого способа началось лишь в 20 веке, при развитии методов очистки обжигового газа от вредных примесей и влаги. Очистное отделение по количеству аппаратов, их объему, расходу электроэнергии и воды составляют большую часть контактного производства серной кислоты.

Продукты окислительного обжига колчедана – это обжиговый газ и огарок, состоящий из оксида железа (III), пустой породы и невыгоревшего остатка дисульфида железа. В состав обжигового газа входят оксид серы (IV) - 13–14 %, кислород – 2 %, азот и около 0,1% оксида серы (VI), образовавшегося за счет каталитического действия оксида железа.

Обжиговый газ необходимо очистить от пыли, сернокислотного тумана и веществ, являющихся каталитическими ядами или представляющими ценность как побочные продукты.

Количество пыли в газе зависит от качества сжигаемого сырья, величины его частиц, конструкции печей и т.д. В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические, пылевидного обжига, кипящего слоя.

Самые эффективные из них – это печи «кипящего слоя», где мелкие частицы как бы кипят, т.к. находятся в непрерывном движении. Процесс обжига частиц проходит очень интенсивно (до 10000 кг/м² сут) и обеспечивает более полное выгорание дисульфида железа, однако сами частицы при этом истираются и дают особенно много мелкой пыли. В настоящее время печи кипящего слоя полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты из колчедана. Химический состав этой пыли соответствует огарку.

На выходе запыленность газа не должна превышать 0,1-0,2 г/м³, т.к. пыль засоряет аппаратуру, повышает гидравлическое сопротивление аппаратов и трубопроводов, негативно действует на катализатор контактного отделения, загрязняет продукт - кислоту. Поскольку размер частиц лежит в очень широком диапазоне – (менее 1 мкм до 500 мкм), а также потому, что это твердые вещества (пыль) и жидкие (туман), поэтому применяют ступенчатую очистку газа различными способами.

Перед подачей обжигового газа в контактный аппарат нужно отделить примеси, являющиеся ядами для контактной массы (мышьяк, фтор), примеси, присутствие которых нежелательно (пыль, пары воды) и извлечь ценные металлы (селен, теллур).

Большую часть пыли и сернокислотного тумана удаляют из обжигового газа в процессе общей очистки газа, которая включает операции механической (грубой) и электрической (тонкой) очистки. Механическую очистку газа осуществляют пропусканием газа через центробежные пылеуловители (циклоны) и волокнистые фильтры, снижающие содержание пыли в газе до 10–20 г/м³. Глубокая очистка от пыли осуществляется в сухих электрофильтрах.

После общей очистки обжиговый газ, полученный из колчедана, обязательно подвергается специальной очистке для удаления остатков пыли и тумана и, главным образом, соединений мышьяка и селена, которые при этом утилизируются. В специальную очистку газа входят операции охлаждения его до температуры ниже температур плавления оксида мышьяка и селена в башнях, орошаемых последовательно 60% и 30% серной кислотой, удаления сернокислотного тумана в мокрых электрофильтрах и завершающей осушки газа в скрубберах, орошаемых последовательно 95% серной кислотой. Пары воды не отравляют катализатор, но соединяясь с некоторым количеством серного ангидрида, всегда содержащимся в обжиговом газе, образуют пары серной кислоты, которые существуют в виде тумана. Кислотный туман очень сильно корродирует аппаратуру, примеси, содержащиеся в нем, отравляют катализатор, увеличивают гидравлическое сопротивление, уменьшают коэффициент теплоотдачи за счет отложений.