Технология неорганических веществ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  РФ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования 
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» 
Озерский технологический институт филиал НИЯУ МИФИ 
Южно-Уральский политехнический колледж 
Комиссия химической технологии и радиационной безопасности 
 
 

 

 

 
Реферат

Предмет: Технология неорганических веществ

Тема

Преподователь О. М. Казакова

 

Студент гр. ХТ-02  М. А. Халилеева 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Озерск 
2012

Содержание

Введение

1 Общая характеристика установки производства серной кислоты

2 Сырьевые источники получения серной кислоты

3

4  Охрана окружающей среды связанная с производством серной кислоты.

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Серная кислота - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

В технике под серной кислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различного состава: п SО₃ · т Н₂О.

Моногидрат серной кислоты - бесцветная маслянистая жидкость с температурой кристаллизации 10,37 ^оС, температурой кипения 296,2 ^оС и плотностью 1,85 т/м³. С водой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидраты состава Н₂SО₄ · Н₂О, Н₂SО₄ · 2Н₂О, Н₂SО₄ · 4Н₂О и соединения с оксидом серы Н₂SО₄ · SО₃ и Н₂SО₄ ·2SО₃.

Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные  температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе ее товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации.

Температура кипения серной кислоты также зависит от ее концентрации, то есть состава системы "оксид  серы (VI) - вода". С повышением концентрации водной серной кислоты температура  ее кипения возрастает и достигает  максимума 336,5^оС при концентрации 98,3 %, что отвечает азеотропному составу, а затем снижается. Температура кипения олеума с увеличением содержания свободного оксида серы (VI) снижается от 296,2 ^оС (температура кипения моногидрата) до 44,7 ^оС, отвечающей температуре кипения 100 %-ного оксида серы (VI).

При нагревании паров серной кислоты выше 400 ^оС она подвергается термической диссоциации по схеме:

400^оС 700 ^оС

2 Н₂SО₄ <=> 2Н₂О + 2SО₃ <=> 2Н₂О + 2SО₂ + О₂.

Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Мировое производство ее за последние 25 лет выросло более чем в три раза и составляет в настоящее время более 160 млн. т в год.

Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60 %), а также в производстве красителей (от 2 до 16 %), химических волокон  ( от 5 до 15 %) и металлургии (от 2 до 3 %). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Общая характеристика установки производства серной кислоты

 

Установка предназначена  для получения технической серной кислоты из сероводородсодержащего газа. Сероводородный газ поступает  с установок гидроочистки, блока  сероочистки газов, установки регенерации  амина и отпарки кислых стоков.

Ввод установки в эксплуатацию - 1999 г.

Установка производства серной кислоты рассчитана на переработку 24 тыс. тонн в год сероводородсодержащего газа.

Проектная производительность установки по серной кислоте составляет 65 тыс. тонн в год.

Проект установки выполнен ОАО "ВНИПИнефть" на основании технологии датской фирмы "Хальдор Топсе АС" и ОАО "НИУИФ" г. Москва.

Российская часть установки  представлена секцией подготовки сырья, котлами-утилизаторами КУ-А,В,С сжигания сероводородсодержащего газа, блоками деаэрации обессоленной воды, нейтрализации сернокислотных сбросов и обеспечения установки воздухом КИП.

Датской стороной предоставлен блок WSA в составе:

·  контактного аппарата (конвертера);

·  конденсатора;

·  системой циркуляции и откачки серной кислоты;

·  системой воздуходувок подачи воздуха на сжигание H₂S, охлаждения и разбавления технологического газа;

·  системой подачи силиконового масла (блок управления кислотными парами) в технологический газ с целью снижения выбросов SO_x в атмосферу. 

 

 

 

 

 

 

2  Сырьевые источники получения серной кислоты

 

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы (IV).

Природные залежи самородной серы невелики, хотя кларк ее равен 0,1 %. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов металлов и сульфатов метало, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного и попутного газов. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.

Таким образом, сырьевые источники  производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в  качестве сырья используют преимущественно  элементарную серу и железный колчедан. Ограниченное использование таких  видов сырья, как топочные газы тепловых электростанций и газы медеплавильного  производства, объясняется низкой концентрацией  в них оксида серы (IV).

При этом доля колчедана  в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.

В общей схеме сернокислотного  производства существенное значение имеют  две первые стадии – подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурное оформление существенно зависят от природы  сырья, которая в значительной степени, определяет сложность технологического производства серной кислоты.

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Окисление БО₂ происходит, в основном, в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность башенного способа заключается в том, что полученный при сжигании сернистого сырья сернистый газ, содержащий примерно 9% SО₂ и 9-10% О₂, очищается от пыли и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких башен с насадкой. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных химическими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные оксиды азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты КОНSО₄. В последующих трех – четырех башнях десорбированные в газовую фазу в результате реакции окислы азота поглощаются серной кислотой, образуя вновь нитрозилсерную кислоту. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться. Нитрозным способом получают загрязненную примесями и разбавленную 70–75 % серную кислоту, которая используется в основном в производстве минеральных удобрений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Нитрозный метод

 

Нитрозный метод получения H2SO4 был впервые применён в середине XVIII века. До 20-х годов текущего века процесс получения серной кислоты  нитрозным методом проводился в  больших свинцовых камерах (камерный метод). Теперь он осуществляется в  специальных башнях (башенный способ). Получаемая по башенному способу  кислота, как правило, содержит 76 % H2SO4 и несколько загрязнена различными примесями. Основным потребителем этой кислоты является промышленность минеральных  удобрений.

Башни выкладываются из кислотоупорных керамических плит с наружным кожухом  из листовой стали. Внутри они неплотно заполнены насадкой из кислотоупорной керамики.

На рис. 1 изображена принципиальная схема производства серной кислоты  башенным способом. Первая башня, в  которую поступает горячий обжиговый  газ, предназначена для выделения  окислов азота из кислоты, орошающей  башню. Этот процесс называется денитрацией  серной кислоты, а башня 1 носит название денитрационной. Около ¹/₃денитрованной кислоты, вытекающей из этой башни, передается на склад как готовая продукция, а остальное поступает на орошение последней башни 4.

 

1 – денитрационная башня; 2 – продукционная башня; 3 – окислительная башня; 4 – абсорбционная башня; 5 – холодильники кислоты

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема башенной системы

 

Денитрационная башня орошается небольшим количеством серной кислоты, поэтому кислота в ней сильно нагревается, что способствует выделению окислов азота. Одновременно с денитрацией кислоты в башне 1 сернистый ангидрид частично абсорбируется серной кислотой и окисляется окислами азота. По характеру протекающих процессов первую башню можно схематически разделить на три зоны. В нижней зоне происходит упаривание серной кислоты с выделением водяных паров в газовую фазу, в средней зоне окислы азота выделяются из нитрозы вследствие наибольшего ее разбавления, в верхней зоне конденсируются поступающие снизу пары воды и, следовательно, происходит разбавление нитрозы и частичное окисление растворяющегося в ней SO₂. Строгого разделения перечисленных процессов по зонам провести нельзя, так как частично они совмещаются друг с другом. Кроме этих процессов, в первой башне из газа улавливаются также остатки пыли, поглощаются мышьяковистый ангидрид и двуокись селена, конденсируются пары серной кислоты (образуются из SO₃, присутствующего в обжиговом газе), происходит образование сернокислотного тумана и др. Туман лишь частично поглощается в первой башне, большая его часть поступает в последующие башни системы, где вследствие большой суммарной поверхности частиц тумана он существенно влияет на протекающие в башнях процессы.

Готовую продукцию в башенных системах отводят только из денитрационной башни, где почти полностью улавливаются все примеси обжигового газа, поэтому башенная кислота загрязнена мышьяком, селеном, огарковой пылью и другими примесями.

Основное назначение второй башни — абсорбция сернистого ангидрида из обжигового газа серной кислотой и окисление SO₂ нитрозой. В этой башне образуется большая часть серной кислоты (70 — 80% продукции системы), поэтому ее часто называют продукционной башней. Процесс кислотообразования протекает по всей высоте башни 2, однако основное количество сернистого ангидрида окисляется в ее нижней части, где условия наиболее благоприятны для этого процесса. Окислы азота, выделяющиеся из нитрозы при окислении SO₂, частично поглощаются в верхней части башни орошающей ее нитрозой, но большая часть окислов поступает вместе с газовым потоком в окислительную башню 3. Здесь окисляется такое количество окиси азота, которое требуется, чтобы соотношение между NO и NO₂ было наиболее благоприятным для поглощения их в абсорбционных башнях.

В башне 3 NO окисляется кислородом, содержащимся в газе. Степень окисления  окислов азота в этой башне  регулируют, пропуская часть газа по обводному газопроводу помимо башни (байпас). Из окислительной башни  газ поступает в башню 4, где  окислы азота поглощаются орошающей  ее серной кислотой; эту башню называют абсорбционной или поглотительной.

При охлаждении обжигового газа и образовании серной кислоты  выделяется большое количество тепла, поэтому в денитрационной и продукционных башнях орошающая кислота нагревается и перед возвратом на орошение ее приходится охлаждать. Для этого установлены холодильники 5. В процессе производства башенной кислоты неизбежны потери окислов азота с отходящими газами, с продукционной кислотой и др. Для восполнения этих потерь в продукционную башню 2 подается азотная кислота. Вода, необходимая для образования серной кислоты, вводится в денитрационную и продукционную башни 1 и 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Охрана окружающей среды связанная с производством серной кислоты.

 

Основным сырьем для производства серной кислоты, является сера. Она  относится к числу наиболее распространенных числу химических элементов на нашей  планете.

Производство серной кислоты происходит в три стадии на первой стадии получают SO₂, путем обжига FeS₂, затем SO₃, после чего на третьей стадии получают серную кислоту.

Научно-техническая революция  и связанный с ней интенсивный  рост химического производства, вызывает существенные негативные изменения  в окружающей среде. Например отравление пресных вод, загрязнение земной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался в тисках экологического кризиса. Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы - увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов. По вине “кислых” дождей повреждены памятники архитектуры (Тадж-Макал).