2 Специальная часть

2.1 Описание технологической схемы установки

Использование в качестве сырья чистой серы позволяет вести технологический процесс производства серной кислоты по "короткой схеме". В основе процесса получения серной кислоты из серы лежат следующие химические реакции:

S + O₂ → SO₂ + Q (7)

SO₂ + O₂ → SO₃ + Q (8)

SO₃ + H₂O → H₂SO₄ + Q (9)

Сущность технологического процесса состоит в окислении элементарной серы до триоксида и соединение триоксида серы с водой с получением концентрированной серной кислоты. Окисление серы проводится в два этапа, сначала до диоксида серы, затем до триоксида серы на ванадиевом катализаторе. Все реакции процесса – экзотермические.

Схема производства серной кислоты из серы.

1-серная печь; 2-котел-утилизатор; 3 - экономайзер; 4-пусковая топка; 5-теплообменик, 6-теплообменники пусковой топки; 7-контактный аппарат; 8-теплообменники; 9-олеумный абсорбер; 10-сушильная башня; 11 и 12-соотв. первый и второй моногидратные абсорберы; 13-сборники кислоты.

Процесс получения серной кислоты методом двойного контактирования с промежуточной абсорбцией состоит из основных технологических стадий:

• выгрузка гранулированной/комовой серы из железнодорожных вагонов на эстакаде и из судов в промпорту (в период навигации);

• складирование серы на закрытом и открытом складах;

• редуцирование и охлаждение перегретого пара с ТЭЦ до требуемых параметров;

• плавление и фильтрация жидкой серы;

• разгрузка жидкой серы из железнодорожных цистерн на узле слива и складирования жидкой серы с последующей фильтрацией (осуществляется по постоянному технологическому регламенту производства серной кислоты № 210-5-2008);

• редуцирование и охлаждение перегретого пара с ТЭЦ до требуемых параметров для узла слива и складирования жидкой серы (осуществляется по постоянному технологическому регламенту производства серной кислоты № 210-5-2008);

• осушка воздуха до регламентируемой концентрации влаги в сушильной башне сушильно-абсорбционного отделения;

• сжигание жидкой серы в атмосфере сухого воздуха и утилизация тепла с получением энергетического пара;

• первая ступень окисления диоксида серы в триоксид на ванадиевом катализаторе (последовательно на 1-ом, 2-ом и 3-ем слоях контактного аппарата) и утилизация тепла конверсии;

• первая ступень абсорбции триоксида серы в первом моногидратном абсорбере сушильно-абсорбционного отделения;

• вторая ступень окисления диоксида серы в триоксид на ванадиевом катализаторе (последовательно на 4-ом и 5-ом слоях контактного аппарата) и утилизация тепла конверсии;

• вторая ступень абсорбции триоксида серы во втором моногидратном абсорбере сушильно-абсорбционного отделения;

• водооборотное снабжение

• складирование и отгрузка готовой продукции

• узел пускового подогревателя

Сушильное отделение

Назначение отделения — осушка атмосферного воздуха от паров воды серной кислотой в сушильной башне.

В сушильной башне происходят следующие процессы:

- осушка воздуха;

- разогрев воздуха и кислоты;

- снижение концентрации циркулирующей серной кислоты.

Атмосферный воздух от содержащейся в нем влаги подвергается тщательной осушке в сушильной башне серной кислотой с массовой долей от 92,5 % до 96,0 % H₂SO₄.

При поглощении паров воды серной кислотой выделяется большое количество тепла, вследствие чего кислота нагревается и частично испаряется. При нарушении технологического режима процесса осушки, пары кислоты, смешиваясь с более холодным воздухом, поступающим на осушку, конденсируются с образованием тумана. Присутствие тумана серной кислоты в технологическом газе недопустимо по причинам:

а) интенсивной коррозии теплообменной аппаратуры контактного узла за счет конденсации кислоты при охлаждении газа в данном оборудовании;

б) загрязнения атмосферы и потери продукции с выхлопными газами в связи с тем, что туман серной кислоты практически не улавливается в абсорбционных башнях.

Процесс поглощения влаги воздуха кислотой является абсорбционным, в котором участвуют две фазы: жидкая и газовая, и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую.

Для объяснения процесса абсорбции предложена пленочная теория, согласно которой по обе стороны поверхности раздела фаз образуются неподвижные пленки газа и жидкости. Молекулы абсорбируемого компонента диффундируют из общей массы газа через газовую пленку к поверхности раздела фаз, затем от этой поверхности проходят через жидкостную пленку в основную массу жидкости.

Качество осушки зависит от плотности орошения насадки и равномерного распределения кислоты по сечению башни, что позволяет наиболее полно использовать поверхность насадки. Количество орошающей кислоты на башню регулируется путем изменения числа оборотов электродвигателя погружного насоса поз. 257/1 с помощью частотного преобразователя. Проектный расход кислоты через сушильную башню должен составлять 620 м³/ч.

Атмосферный воздух в количестве от 140 до 160 тыс. м³/ч при нормальных условиях после воздухозаборника поступает под насадку сушильной башни (поз. 255) и проходит вверх в противоток орошающей кислоте. Сушильная башня имеет следующую схему орошения:

-сборник (поз. 256)

- насос (поз. 257/1)

- кожухотрубчатые холодильники (поз. Т-1/1, Т-1/2)

- напорный бак (поз. 259)

- распределительное устройство сушильной башни

- сборник (поз. 256).

В процессе осушки происходит разогрев воздуха и кислоты, снижение концентрации серной кислоты. Температура кислоты на входе в башню для обеспечения лучшей осушки и минимального выноса тумана должна составлять от 40 ^оС до 50 ^оС, а на выходе повышаться приблизительно на 5 ^оС. Для охлаждения кислоты в цикле установлены 2 кожухотрубчатых теплообменника поз. Т-1/1, Т-1/2 с площадью поверхности 230 м² и 214 м² соответственно. Температура кислоты на орошение автоматически регулируется регулирующим клапаном путем изменения потока кислоты, подаваемой по трубопроводу, байпасирующему холодильники цикла сушильной башни. Для охлаждения применяется вода оборотного цикла.

В сборник сушильной башни поступает избыток моногидрата из объединенного цикла орошения первой и второй моногидратных башен с массовой долей (концентрацией) от 98,3 % до 98,9 % Н₂SО₄ в количестве до 90 м³/ч. Для гибкой регулировки температуры в сборнике объединенного цикла орошения первой и второй моногидратных башен туда постоянно возвращается от 40 до 50 м³/ч сушильной кислоты. Уровень кислоты в сборнике сушильной башни поз. 256 контролируется двумя уровнемерами и сигнализатором верхнего уровня. Избыток кислоты по уровню в сборнике поз. 256 из цикла сушильной башни в количестве до 50 м³/ч передается на склад готовой продукции с помощью регулирующего клапана. В зависимости от влагосодержания воздуха для поддержания концентрации кислоты от 92,5 % до 96,0 % с помощью регулирующего клапана в цикл сушильной башни подается вода в количестве от 2 до 6 м³/ч. Концентрация кислоты контролируется кондуктометром радиочастотным бесконтактным проточного типа "Краб".

Устройство сушильной башни

Сушильная башня (СБ) представляет собой стальной вертикальный цилиндр внутренним диаметром 6350 мм и высотой цилиндрической части 9175 мм. Корпус башни изнутри футерован кислотостойким кирпичом, с центром на высоте 1610 мм от примыкания эллиптического днища, башня имеет штуцер входа газа диаметром 2500 мм. На эллиптическом днище имеется патрубок кислотовыхода с чистым сечением без футеровки диаметром 1200 мм. В верхней части сушильной башни смонтирован штуцер выхода газа диаметром 1800 мм.

Для достижения качественной осушки газа в СБ имеется насадка с общим объемом 92 м³, насыпанная на колосниковой решетке, опирающейся на выступ футеровки и несущие арочные опоры из кислотостойкого кирпича. Колосниковая решетка выполнена из нержавеющей стали. Общая высота несущих колонн и колосниковой решетки 4000 мм от примыкания эллиптического днища башни.

Для равномерного распределения орошающей серной кислоты сушильная башня имеет распределительное устройство, состоящее из пяти желобов. На каждом желобе размещены в определенном порядке патрубки со сливными прорезями для кислоты. Все прорези размещены на одинаковом расстоянии от днища желоба и имеют одинаковый размер. Желоба системы распределения кислоты подвешиваются на тягах, каждый вывешивается в строго горизонтальном положении, все на одном уровне. В зазор между насадкой и концами труб переливных патрубков засыпается насадка "Инталокс 2" на одинаковую высоту.

В распределительные желоба кислота поступает из коллектора, проходящего над центрами всех желобов. В коллектор кислота подается из напорного бака через трубопровод диаметром 450 мм с отм. +13.535 м.

Напорный бак смонтирован на площадке обслуживания оборудования сушильно-абсорбционного отделения за пределами СБ на отметке +12.125 м. Из напорного бака в сборник введена переливная линия для исключения переполнения напорного бака. Для опорожнения напорного бака предусмотрена дренажная линия диаметром 50 мм с задвижкой, направленная в переливную линию бака.

Для минимизации выноса брызг и тумана серной кислоты сушильная башня оборудована сетчатым брызгоуловителем типа TowerGARD Mesh Pad, состоящим из 28 секций. Содержание тумана серной кислоты на выходе из брызгоуловителя не должно превышать 20 мг/м³, расчетная эффективность улавливания частиц более 5 микрон - 99,5 %.