1.1.3 Екі есе байланысу және екі есе сіңіру әдісімен күкірттен күкірт қышқылын өндіру

Екі есе байланысу және екі есе сіңіру әдіс бойынша күкірттен күкіртті қышқылдар өндіріс келесі 5 суретте көрсетілген.

Ауа шаңнан тазартудан кейін кептіргіш мұнараға газ үрлегішпен айдалып, ол 93-98%- дық күкірт қышқылымен ылғалдылығы 0,01% дейін кептіреді. Кептірген ауа байланысқан жылу алмастырғыштарды алдын ала жылыту үшін күкіртті пешке түседі. Пеште форсункалармен берілетін күкіртті жағады Т=140⁰С :

S+ О₂ = SO₂ + 297,028 кДж.

Өртеудің алдында күкіртты ерітіп алады (tеру=113°С). Алынатын күкіртті газдың шоғыры 18% болады және ластанған қоспалары болмайды.

Газ қазанда суытылып және оның құрамында SO₂ 9-10% қалғанша ауамен араластырады содан соң 420°С түйісту қондырғысымен конверсия кезеңіне түсіп ол жерде үш қабатқа катализатор қатысында түйісіп, содан кейін газ жылу алмастырғыштармен салқындатылып жатыр.

S O₂+ 1/2O₂ = SO₃ + 96,296 кДж.

Осыдан кейін құрамында 8,5-9,5% SO₃ газын, 200°С температурада бірінші олеуммен сіңіру сатысына түседі, олеум абсорбері сосын суарылатын 98% күкіртті қышқылын бірінші моногидратты сорғышпен сіңіріледі:

SO₃+ Н₂О = Н₂ SO₄ + 130,56 кДж.

Бұдан әрі газ күкірт қышқылдың шашырауынан кейін тазартудан өтеді, 420°С дейін қыздырып, конверсияның екінші кезеңіне түсіп және катализатордың екі қабатына ағып өтеді. Сорудың екінші кезеңінің алдында газды үнемдегіште суытылады,суармалы 98% күкірт қышқылымен ол екінші кезеңінде моногидрат абсорберіне беріледі сосын шашыраудан тазартылғаннан кейін атмосфераға шығарылады[5].

.

1- күкірт пеш; 2 - қазан- утилизатор; 3 - экономайзер;4 –қосу кнопкасы; 5,6 –қосу кнопкасының жылу алмастырғышы; 7 -байланыс аппараты;

8 -жылу алмастырғыштар; 9 –олеумдік абсорбер; 10 - құрғатқыштың мұнарасы; 11- бірінші моногидратты абсорбер; 12 – екінші моногидратты абсорбер; 13 – қышқылжинаушы

5 Сурет – Күкірттен күкірт қышқылын өндіру схемасы

1.2 Түйістіру бөлімінде күкірт ангидридтің тотығуының технологиялық үрдісінің сипаттамасы

1.2.1 Тотығу үрдісінің физика-химиялық негіздері

Күкірт қышқылы өндірісінде түйістіру әдісімен SО₂ тотығуының реакциясы катализатор арқылы жүреді:

Бұл үшін газды стационарлық күйдегі катализатормен түйістіріледі. Тотыққан SO₃ -нің көлемін газдағы күкірт диокидінің жалпы мөлшерімен сипаттайды. Әрбір катализатор нақты өзіне тән алмасу дәрежесін қамтамасыз етеді. Күкірт қышқылын өндіру кәсіпорындарында БАВ, СВД, СВНТ, СВС, ИК-1-4 катализаторы қолданылады. Көбінесе өнеркәсіпте СВД,СВНТ катализаторлары пайдаланылады. Олар жоғарғы технологиялық көрсеткіштерді қамтамасыз етеді.

1.2.2 Айналудың тепе-теңдік дәрежесі

Катализатордағы SО₂-нің айналу дәрежесі оның белсенділігіне, газ құрамына, газдың катализатормен катынасу ұзақтығына, қысымына тәуелді. Осы құрамды газ үшін теория жүзінде, айналудың тепе-теңдік дәрежесі температураға тәуелді деп алынады да, келесі теңдікпен көрсетіледі:

Мұндағы, Р_SO3 және Р so₂- S0₂мен SО₃ -тепе-тең қысымы.

1.2.3 SО₂- нің SОз-ке тотығу ракциясының жылдамдығы

SО₂-нің тотығу жылдамдығы өте маңызды фактор болып табылады. Осы реакцияның жылдамдығына келесілер тәуелді: уақыт бірлігін катализатор массасының бірлігіне шаққандағы тотығатын күкірт диоксидінің мөлшері, катализатор шығыны, контактылы аппараттың өлшемдері және басқада үрдістің технико-экономикалық көрсеткіштері.

SО₂-нің тотығу жылдамдығы тұрақты жылдамдықпен сипатталады:

мұндағы, Е- активтену энергиясы, Дж/моль, кал/моль

К- универсалды газды тұрақты 8,326 Дж/моль*К, 1,98кал/моль°С, Т-абсолютті температура, К-коффициент.

SО₂-нің SО₃-ке тотығу ракциясының Е активтену энергиясы өте үлкен, сондықтан катализаторсыз гомогенді тотығу реакциясы жоғары темпера-турада да жүруі мүмкін емес. Күшті катализатордың қатысуымен активтену энергиясы төмендейді, яғни гетерогенді химиялық реакцияның жылдамдығы жоғарлайды, сонымен катализатордың рөлі Е активтену энергиясын төмендетеді.

Температура жоғарылағанда 400°С-тан 500°С-қа жоғарылағанда, реакция жылдамдығының константасы отыз есе жоғарлайды. Бірақ К азаяды. Тотығу үрдісінің жылдамдығы екі шамаға тәуелді, оның бірі температура жоғарылағанда жоғарылайды, екіншісі-төмендейді.

1.2.4  Ѕ0₃ абсорбциясы технологиясы

Түйісу қондырғысы алдындағы S0₂ алғашқы қоспасына тәуелді болатын, S0₃ қоспасымен түйісуден кейін, сонымен бірге катализатордағы түйісу дәрежесіне қышқылдануына қарай, қышқылдану үрдісінде абсорбцияға газ келе бастайды.

Абсорбция процесі келесі тендеумен өрнектеледі:

n Н₂0 + SО₃ = (n- 1)Н₂0 + Н₂Ѕ0₄ + Q

n=1 болғанда жоғарғы тендеуге сәйкес моногидрат немесе 100% күкірт қышқылы түзіледі. n <1 болған жағдайда моногидраттағы еркін S0₃ ерітіндісін құрайтын олеум алынады. n >1 болған жағдайда бастапқы реагенттердің өзара әсері нәтижесінде күшті күкірт қышқылы түзіледі, егер, су буы мен күкірт ангидриді тікелей әсерлессе, онда ұсакдисперсті күкіртқышқылдық тұман түзілгендігі білініп, жүзеге асырылуы екіталай техникалық мәселе туындар еді. Ѕ0₃ күкірт қышқылының судағы күшті ерітіндісімен өзара әсерлескенде басқалай көрініс болады. Бұл жағдайда қышқыл шоғырланады, өйткені күкірт ангидриді ондағы суды өзіне қосып алып қышқыл түзеді[3].

S0₃ жұтылуы оны сіңіруші қышқыл жұтқыш-ерітіндінің максимум шоғырлану деңгейі 98,3% Н₂ S0₄ жеткенде жақсы жүреді.

Ѕ0₃ абсорбциясының толықтығы оның жұтқыш ерітіндісінің концентрациясы 98,3-98,5%) Н₂ S0₄ болғанда қышқылдың температурасына тәуелді болмайды.

Егер қышқыл концентрациясы жоғары болса, онда Н₂S0₄ молекулалары S 0₃ түзе отырып ыдырай бастайды да абсорбция процесін қиындатады.

S0₃ жеткілікті толық абсорбциясын қамтамасыз ету үшін абсорбция мұнарасы салмасының күйін, салма мен ылғалдың жеткілікті бөлінуін, құрғату және жуу бөлімдеріндегі күкірт қышқылының тұманынан газды тазарту және газды құрғатуды үнемі қадағалап отыру керек.

Сонымен бірге, процестің белгілі бір температуралық режимін және ылғалдандырушы қышқылдың белгілі бір мөлшерін қамтамасыз етіп отыру қажет[5].

Абсорбердің шығару түтігінен шыққан газда тұман болмауы абсорбцияның негізгі көрсеткіші болып табылады; тұман газда шамамен 20 мг/м³ (немесе 0,0005% S0₃) болған жағдайда ғана көріне бастайды. Абсорбцияның олеумді және моногидратты абсорбердің тізбектеле қосылу кезіндегі технологиялық режимі 1 кестеде келтірілген.

1 кесте. Олеумді және моногидратты абсорбердің тізбектеле қосылуы кезіндегі абсорбцияның технологиялық режимі

Абсорбция аппараты	Олеумдік мұнара,	Моногидратты мүнара,
	кіру/шығу	кіру/шығу
Температура, °С
газдың	80-150/60-70	60-70/80
қышқылдың	45-60/60-70	50-60/55-70
қышқыл
концентрациясы, %
(массамен)	18,5-20,0/22,0-24,0	98,3-98,7/98,0-99,0

Абсорбция процесін екі абсорбция мұнараларымен жүргізеді (олеумдік және моногидратты). Олеумдік абсорбер құрғату мұнарасы сияқты биіктігі 1,5 м болат цилиндрден тұрады. Ішкі бөлігін тек оттық тордың орналасуы биіктігіне шегендейді, сонымен бірге мұнараның табаны мен газ қорабын шегендейді. Қондырғы өлшемі 50x50 мм керамика сақиналардан және өлшемі 25x25 мм болатын біршама ұсақ сақиналардан тұрады.

Мұнарадағы газдың өтуі жылдамдығы 1 м/с жетсе, ал өту тығыздығы сағатына 8-15 м³/м² (мұнараның көлденең қимасы) аралығында болады.

Моногидратты абсорбердің құрғату мұнарасынан елеулі айырмашылығы жоқ, бірақ оның өлшемдері біршама үлкен болуы мүмкін (биіктігі 15 м кем емес және т.б.). Газдың жылдамдығы 1 м/с тең, өту тығыздығы 20 м/(мт) кем емес. Салма қатарластырып қойылған 50x50 мм өлшемді сақиналардан тұрады.

Мұнараның сулау құрылғысы құрғатушы мұнараның сулау құрылғысына ұқсас.

Газ түйісу арқылы бөлінген соң ангидридті мұздатқыш арқылы өтіп, олеумді мұнара абсорбцияға түседі, онда әдетте 104-105% Н₂S0₄(яғни 18-20% еркін S0₃ құрайтын олеум) қамтитын қышқылмен суланады. Олеумнің араластырылымдағы ерітіндісі абсорбция барысында газдағы барлық S0₃ 30-дан 70% дейін жұтады, сөйтіп 20-24% еркін S0₃ жететін жоғарырақ концентрацияға бекиді.

Абсорберден шыққан олеумге моногидратты абсорберді сулау циклі жинағынан тиісті мөлшерде қышқыл қосады. Олеум мұздатқыш арқылы үрлегішпен мұнараға сулауға беріліп, бір бөлігі өнім түрінде қышқылдар қорына барып қосылады.

Газ олеум абсорберінен концентрациясы Н₂S0₄ 97,0-99,0% қышқылмен суланатын моногидратты абсорберге түсіп, онда S0₃ бір бөлігі олеумдік абсорберден қалған газда жұтылады. Сулайтын абсорберде қышқыл 98,5-99,0% Н₂S0₄ дейін бекиді және қызады. Ол моногидрат қоспасына ағып, онда құрғату бөлімінің құрғату мұнарасынан қышқыл қосылады. Осы процесті жүзеге асыру барысында қажетті суды құрғатушы қышқыл қоспасы арқылы жіберген жөн.

Ыстық қышқыл сорғыш арқылы моногидрат қоспасынан суыту үшін моногидратты мұздатқышқа жіберіліп, қайтадан абсорбер сулануына келіп түседі.

Моногидраттың бір бөлігі үздіксіз олеум және сульфат мұнарасы қоспасына беріліп тұрады[6].

 

1-бөлімнің қорытындысы

Күкірт қышқылы өндіріс көлемі бойынша химиялық заттардың арасында алғашқы орындардың қатарында келеді. Ол халық шаруашылығының көптеген салаларында қажетті өнімдердің кең көлемде ассортименттерін алу үшін қолданыла отырып, оған деген мұқтаждық үнемі өсіп келеді.

Әдебиеттік шолу негізінде мынадай қорытындыға келуге болады.Күкірт қышқылын шығарып келген өндірістердің технологиялық базасы ескірген. Сондықтан күкірт қышқылы өндірісі болашақта қарқынды даму үшін, энергия құны аз кететін экономикалық жағынан тиімді жана қондырғылар қолданып, өндірістерді модернизациялау керек.

Экологиялық мәселелер мен энергияның құны күкірт қышқылды қондырғыларды өңдеуде негізгі факторлардың бірі болып табылады. Дипломдық жоба күкірт қышқылын өндіру, электр энергия өндірісімен, қатты кесекті күкіртті шикізат ретінде қолданып, екі түйістіру/екі абсорбциясы технологиясына негізделіп жасалынды. СКЗ-U зауытында жаңа қондырғыларда жылуды пайдаға асырудың жолдары қарастырылды. Жобада Monsanto Enviro –chem Systems компаниясы ұсынған жаңа технологиясы мен қондырғылары қолданды. Жобада күкіртті жағу бөлімінде құрғақ ауаның сұйық күкіртпен тиімді араластыратын, металдарды коррозиядан және жоғары температураның әсерінен қорғайтын қалыпты орындалған футеровкадан тұратын күкіртті жағатын МЕСS компаниясы жобалаған форсункалы пеш қолданылды.