Организация производства на нефте-химическом предприятии

 

3. Назначение и области применения серной кислоты.

Серная кислота находит самое широкое применение. Самый крупный потребитель серной кислоты - производство минеральных удобрений. На 1 т Р2О5 фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH4)2SO4 - 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений. Серная кислота также используется для получения соляной, азотной, фосфорной, плавиковой и многих органических кислот методом обмена, органических сульфосоединений, для очистки различных газов, входит в состав нитрующих смесей, используется в производстве красителей, для зарядки аккумуляторов, в металлургии серную кислоту применяют для обнаружения микротрещин в готовой продукции, на металлообрабатывающих заводах серную кислоту используют в цехах гальванопокрытий. Как известно, перед нанесением на металлические изделия электрическим методом никеля, хрома, меди их нужно тщательно очистить, протереть, обезжирить и, наконец, выдержать непродолжительное время в ванне с раствором серной кислоты. При этом она растворяет тончайший слой металла и с ним удаляются следы загрязнений. В то же время поверхность металла становится более шершавой: на ней появляются микроскопические углубления и выступы. Электролитические покрытия к такой поверхности лучше пристают и более прочно сцеплены с металлом. Также серная кислота необходима для переработки различных руд и ископаемых. При переработке руд редких металлов большое значение имеет кислотный способ их расщепления. Обычно для этой цели используют наиболее дешевую нелетучую серную кислоту. Измельченную руду смешивают в определенной пропорции с серной кислотой и нагревают. Полученный раствор и осадок дальше перерабатывают химическим путем, исходя из химических свойств того элемента, который нужно выделить из раствора. На химическую переработку руд редких элементов расходуют тысячи тонн серной кислоты. Большое количество серной кислоты требуется нефтеперерабатывающей промышленности для очистки нефти и ее различных фракций. В органическом синтезе концентрированная серная кислота - необходимый компонент при получении многих красителей и лекарственных веществ. Широко применяются соли серной кислоты. Сульфат натрия (глауберова соль Nа2SO4 * 10Н2О) применяется для производства соды и в стекольной промышленности. Сульфат кальция распространен в природе в виде двуводного кристаллогидрата гипса (СаSO4 * 2Н2О) и безводной соли ангидрита (Са SO4). Ангидритовые вяжущие материалы получают путем обжига гипсового камня при повышенных температурах (600-700 оС) с различными добавками. При этом получают отделочный гипсовый цемент и кальцинированный гипс (экстрих-гипс). Эти материалы затвердевают значительно медленнее, чем полуводный гипс, и применяются для изготовления строительных растворов и бетонов малой прочности, а также искусственного мрамора, бесшовных настилов полов и др. Сульфат магния, или горькая соль (МgSO4*7Н2О) применяется в медицине как слабительное. Сульфат железа (II), или железный купорос (FеSO4*7Н2О) применяется для приготовления желтой кровяной соли (К4[Fе(СN)6]), чернил, для очистки воды и консервирования дерева. Сульфат меди, или медный купорос (СuSO4*5Н2О) применяется для борьбы с различными грибками - вредителями сельского хозяйства, для производства медных покрытий и получения различных соединений меди. Из растворов, содержащих сульфат трехвалентного металла (Fе3+, Аl3+, Сг3+) и сульфат одновалентного металла (К+, NН4+, Rb+), выкристаллизовываются двойные соли типа К2 SO4Al2(SO4)32*4H2O или КАl(SO4)3*12Н2О. Вместо калия и алюминия могут стоять в любом сочетании перечисленные элементы. Эти соединения называются квасцами. Квасцы существуют только в твердом виде. В растворе они ведут себя как две самостоятельные соли, т. е. как смесь сульфатов одно- и трехвалентных металлов. Разбавленные растворы серной кислоты и ее солей применяют в текстильной, а также в других отраслях легкой промышленности. В пищевой промышленности серная кислота применяется для получения крахмала, патоки и ряда других продуктов. В электротехнике она используется в качестве электролита в аккумуляторах. Серную кислоту используют для осушки газов и при концентрации кислот. Наконец, серную кислоту применяют как компонент реакционной среды в процессах нитрования, в частности, при получении взрывчатых веществ.

1.4 Описание технологического метода производства серной кислоты

 

Производство контактным методом.

 

Производство серной кислоты включает в себя следующую последовательность стадий:

Обжиг серного колчедана или серы.

Окисление диоксида серы.

 

 

Абсорбция триоксида серы.

 

Исходные вещества – минеральное сырье – содержит примеси, поэтому выходящие со стадии обжига газы подвергаются очистке. Первая стадия – обжиг, специфичен для каждого вида сырья, и далее она будет рассматриваться для колчедана и серы как наиболее распространенных исходных веществ. Стадии окисления и абсорбции в основном одинаковы в разных способах получения серной кислоты. Поэтому эти стадии будут рассмотрены как типовые процессы.

 

Рис.1- Технологическая схема производства серной кислоты из колчедана

1- печь; 2- система гидроудаления огарка; 3- котел-утилизатор; 4- циклон с пересыпным устройством; 5- сухой электрофильтр; 6- полая промывная башня; 7- насадочная промывная башня; 8,9- мокрые электрофильтры; 10- сушильная башня; 11- фильтр-брызгоуловитель; 12- турбогазодувка; 13- теплообменники контактного узла; 14- контактный аппарат; 15- пусковой подогреватель; 16- теплообменник; 17- второй моногидратный абсорбер; 18- сборник кислоты; 19 - холодильник; 20- первый моногидратный абсорбер; 21- олеумный абсорбер; 22- холодильник воздушного охлаждения кислоты

 

Технологическая схема производства серной кислоты из железного колчедана с использованием принципа двойного контактирования показана на рис.1. Колчедан через дозатор подают в печь 1 кипящего слоя. Полученный запыленный обжиговый газ, содержащий 13 % SO2 и имеющий на выходе из печи температуру около 700°С, подают сначала в котел-утилизатор 3, а затем на стадию сухой очистки от огарковой пыли (в циклоны 4 и в сухой электрофильтр 5). В котле-утилизаторе 3 происходит охлаждение газа с одновременным получением энергетического водяного пара (давление 4 МПа и температура 450 °С), который может быть использован как в самой установке для компенсации затрат энергии на работу компрессоров и насосов, так и в других цехах завода.

В очистном отделении, состоящем из двух промывных башен 6 и 7, двух пар мокрых электрофильтров 8 и 9 и сушильной башни 10, происходит очистка газа от соединений мышьяка, селена, фтора и его осушка.

Первая полая промывная башня 6 работает в испарительном режиме: циркулирующая кислота охлаждает газ, при этом теплота затрачивается на испарение воды из кислоты, поступающей на орошение. Концентрацию орошающей кислоты в первой башне, равную 40... 50%-ной H2SO4, поддерживают постоянной путем разбавления 10... 15%-ной кислотой из второй промывной башни 7. Кислота из второй башни поступает в сборник 18 и после охлаждения возвращается на орошение.

После второй промывной башни газ проходит последовательно две пары мокрых электрофильтров 8 и 9, затем насадочную сушильную башню 10, орошаемую 93...94%-ной серной кислотой при температуре 28...30°С. Кислота циркулирует между сушильной башней 10 и сборником 18, часть кислоты отводится как готовая продукция на склад. Для поддержания постоянной концентрации H2SO4 в сборник кислоты 18 вводят 98... 99%-ную кислоту из моногидратных абсорберов 17 и 20. Для поддержания постоянной температуры на стадии осушки циркулирующую кислоту охлаждают в холодильнике воздушного охлаждения 22. Перед сушильной башней обжиговый газ разбавляют воздухом для снижения в нем концентрации SO2 до 9 % и увеличения избытка кислорода в соответствии с оптимальными условиями окисления диоксида серы.

После сушильной башни обжиговый газ проходит через фильтр-брызгоуловитель 11 и поступает в турбогазодувку 12. В теплообменниках 13 газ нагревается за счет теплоты продуктов реакции до температуры зажигания катализатора (420...440°С) и поступает на первый слой контактного аппарата, где происходит окисление 74 % SO2 с одновременным повышением температуры до 600°С. После охлаждения до 465°С газ поступает на второй слой контактного аппарата, где степень превращения достигает 86%, а температура газа возрастает до 514ºС. После охлаждения до температуры 450ºС газ поступает на третий слой контактного аппарата, где степень превращения SO2 увеличивается до 94...94,5 %, а температура повышается до 470°С.

Затем реакционный газ охлаждают в теплообменниках 13 до 100°С и направляют на абсорбцию первой ступени: сначала в олеумный абсорбер 21, затем в моногидратный абсорбер 20. После моногидратного абсорбера и фильтра-брызгоуловителя газ вновь нагревают до температуры 430°С и подают на четвертый слой катализатора. Концентрация SO2 в газе составляет теперь 0,75...0,85 %. В четвертом слое происходит окисление остаточного SO2 с конверсией ≈ 80 %, сопровождающееся повышением температуры до 449°С. Реакционную смесь вновь охлаждают до температуры 409°С и направляют на последний (пятый) слой контактного аппарата. Общая степень превращения после пяти стадий контактирования составляет 99,9%.

Газовую смесь после охлаждения направляют в моногидратный абсорбер второй ступени абсорбции 17. Непоглощенный газ, состоящий в основном из воздуха, пропускают через фильтр 11 для выделения брызг и тумана и выбрасывают в атмосферу через выхлопную трубу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. РАСЧЁТНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

2.1. Выбор и расчет потребности в основном технологическом оборудовании для выполнения производственной программы

 

 

Для производства серной кислоты примерный перечень основного технологического оборудования и его технико-экономические параметры представлены в таблице №6.

 

Таблица №6. Основные технико-экономические характеристики технологического оборудования.

Наименование оборудования	Тип оборудования	Производительность, тонн/час	Продолжительность ремонта, час.			Период между ремонтами, час.
			Средний	Текущий	Капитальный	Средний	Текущий	Капита-льный
Контактный аппарат	К-39-4	2,92	96	8	600	17280	720	34560
Печь для сжигания серы	КС-200	5,79	300	12	720	17280	720	34560
Промывная башня (брызгоулавливатель)	ПБ	3,45	240	12	720	8640	720	34560
Сушильная башня	СБ	3,45	96	8	360	8640	720	34560
Абсорбер для кислоты технической	АТ	3,45	120	8	600	17280	720	86400
Абсорбер для кислоты реактивной	АР	0,14	48	8	120	8640	2160	17280

 

 

 

 

 

Планируемая производственная программа

Наименование продукции	Ед. измер.	Плановый годовой объём производства продукции
		Вариант
		1
Серная кислота, техническая	тонн	25000
Серная кислота, реактивная	тонн	15000

 

1. Эффективный фонд времени работы оборудования в среднем за год (Тэф) рассчитывается по формуле:

                                     (1)

где:

Тном – номинальный (режимный) фонд времени работы оборудования за год, устанавливаемый согласно установленному режиму работы предприятия (цеха);

Тном  =8640 час.

- время простоя оборудования  в ремонтах в среднем за  год в течение ремонтного цикла.

  (2)

где:

 – продолжительность ремонта к-го типа (час),

m – продолжительность ремонтного цикла (лет).

 

Следует учитывать, что при проведении более трудоемкого ремонта предусматривается проведение всех более мелких ремонтов. Так, при проведении капитального (К) ремонта проводятся и средний (С), и текущий (Т) ремонты. Таким образом, общее количество планируемых текущих ремонтов ( ) в течение ремонтного цикла, не совмещенных с проведением более крупных ремонтов может быть рассчитано следующим образом:

                              (3)

где:

 - количество планируемых средних  ремонтов, не совмещенных с капитальным  ремонтом, в течение ремонтного  цикла;

1 –  количество капитальных ремонтов  в межремонтном цикле.

Расчетное количество ремонтов к -го типа ( ) в течение ремонтного цикла (РЦ):

     (4)

    - продолжительность ремонтного  цикла;

- пробег между двумя смежными  ремонтами одного типа для  каждого вида оборудований, представленных  в табл. 6.

1. для среднего ремонта:

1. Контактный аппарат (К-39-4) :

=34560/17280=2

2. Печь для сжигания серы (КС-200):

=34560/17280=2

3. Промывная башня (ПБ):

=34560/8640=4

4. Сушильная башня (СБ):

     =34560/8640=4:

5. Абсорбер для кислоты технической (АТ):