Технология получения серной кислоты различными способами давно известна и достаточно исследована [1]. Несмотря на это, до настоящего времени усовершенствование технологического оборудования и процесса её получения представляет научный интерес и проблема является весьма актуальной. В представленной работе изучена возможность усовершенствования технологии получения серной кислоты методом двойного контактирования.

В производственных условиях получение серной кислоты является весьма сложным технологическим процессом и при этом существенное значение имеет скорость окисления сернистого ангидрида в серный ангидрид. От скорости этой реакции зависит количество сернистого ангидрида, окисляющегося в единицу времени на единицу массы катализатора и следовательно, расход катализатора, размеры контактного аппарата и другие показатели процесса контактирования [2]. Скорость процесса контактирования зависит от константы скорости реакции, которая увеличивается с повышением температуры. Поэтому, необходимо процесс вести так, чтобы скорость окисления была возможно большая в начале процесса при максимально высокой температуре, а по мере степени контактирования температуру можно понижать.

Сущность изученного метода двойного контактирования состоит в том, что после частичного окисления сернистого ангидрида в серный, технологический газ выводят из контактного аппарата с целью дальнейшего его окисления [3]. В таблице приведены технологические показатели окисление сернистого (SO₂) ангидрида в серный ангидрид (SO₃) двойным контактированием в потоке свежего катализатора.

серная кислота метод двойное контактирование

Таблица 1. Технологические показатели окисления сернистого (SO₂) ангидрида в серный ангидрид (SO₃) двойным контактированием

Такой метод позволяет повысить процент контактирования сернистого ангидрида в серный до 99,5 - 99,7% и обеспечить выбросы газовоздушной смеси в атмосферу в пределах установленных норм. При этом отпадает необходимость в специальной санитарной установке для очистки выбросных газов.

Одновременное увеличение скорости окисления сернистого ангидрида в серный за счет оптимизации их соотношений и путем абсорбции серного ангидрида после первой ступени - третьего слоя катализатора сдвигает равновесие реакции окисления в сторону образования серного ангидрида.

В производстве серной кислоты методом двойного контактирования окисление сернистого ангидрида в серный в присутствии катализатора (в технике это называют контактной массой) идет по реакции:

SO₂ + Ѕ O₂ - SO₃

В данной системе применяется ванадиевая контактная масса "Сульфохем" и механизм окисления следующий: активный комплекс, в состав которого входит пятиокись ванадия (V₂O₅), находится при температуре процесса выше 380⁰С в виде расплава на поверхности пористого носителя - K₂SiO₃. Сернистый ангидрид и кислород (сухой воздух), сорбцируемые с поверхности контактной массы и растворимые в расплаве, взаимодействуют с пятиокисью ванадия: V₂O₅ + SO₂ = V₂O₄ + SO₃

V₂O₄ + Ѕ O₂ = V₂O₅

С течением времени активность ванадиевой контактной массы снижается. Основной причиной этого является засорение пор контактной массы золой, содержащейся в сере, образование на поверхности слоя корки, а также взаимодействие ванадия с компонентами смеси и др. При этом также уменьшается механическая прочность гранул контактной массы, особенно первого слоя контактного аппарата.

Количество подаваемой серы на сжигание составляет 11863 кг/час. При содержании золы в сере 0,005% загруженный первый слой контактной массы в количестве 53 м^{3 (}с насыпной плотностью 0,67-1,0 г/см³) по истечении времени (50 - 60 дней) постепенно теряет активность и прочность, следовательно, степень контактирования снижается от 99,7% до 95 - 96%, что значительно ухудшает экологию окружающей среды и экономические показатели производства. На основе наблюдении за технологическими показателями производства, зависимость сопротивления и степень контактирования по слоям и степень контактирования І ступени от времени представлены в таблице 2.

Таблица 2. Зависимость степень контактирования от времени

С целью устранения указанных недостатков и с целью усовершенствования процесса был установлен в горизонтальной части газохода (Д= 2000 мм) т. н. "газовый фильтр". "Газовый фильтр" предоставляет собой разделенную по методу [4] (фракции размером Д=6-8 мм, L =20-24мм) отработанную контактную массу, полностью потерявшую активность при толщине 300 мм. В результате проводимых работ зола, содержащаяся в сернистом газе, удерживается в "газовом фильтре" который периодически (один раз в два месяца при планово-предупредительном ремонте) освобождается и заполняется новыми партиями отработанной контактной массы. На рисунке приведена зависимость изменения гидравлического сопротивления первого слоя контактного аппарата от времени. Как следует из рисунка, использование "газового фильтра" на входе первого слоя контактного аппарата исключает засорение пор контактной массы золой серы, стабилизируется гидравлическое сопротивление первого слоя и в целом, контактного аппарата, не снижая при этом степень контактирования 99,7%.

Рис.1. Изменение гидравлического сопротивления первого слоя контактного аппарата от времени: 1 - без "газового фильтра"; 2 - после установки "газового фильтра"

Литература