Студопедия — Экологическая характеристика некоторых промышленных производств
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Экологическая характеристика некоторых промышленных производств






 

Все процессы химической технологии можно разделить на шесть основных групп: механические, гидродинамические, тепловые, диффузионные, или массообменные, химические, управления и оптимизации производством. В химической промышленности процессы классифицируются по принципу осуществления процессов, взаимного перемещения реагирующих веществ или тепловых потоков, достижения полноты протекания обратимых реакций и фазового состояния. Химико-технологический процесс состоит из трех последовательно осуществляющихся элементарных стадий: подвод реагирующих компонентов в зону реакции; химические реакции; отвод полученных продуктов из зоны реакции. Подвод реагирующих компонентов взону реакции совершается путем молекулярной диффузии или конвекции. При интенсивном перемешивании компонентов конвективный процесс называют турбулентной диффузией. Процессы, в которых совершается переход вещества из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз, называются массопередачей.

Химические реакции, составляющие основу технологического процесса, классифицируются по основным признакам. По условиям проведения они делятся на: изотермические, протекающие при постоянной температуре, и неизотермические, при которых температура процесса непостоянна; реакции, протекающие при постоянном или переменном объеме (давлении); адиабатические (без подвода теплоты извне или ее отвода в окружающую среду); неадиабатические (теплообмен происходит с окружающей средой). По фазовому состоянию реагентов различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) реакции. По механизму реакций они делятся на простые, параллельные и последовательные (консеквентные); все эти реакции могут быть как обратимыми, так и необратимыми.

Отвод полученных продуктов из зоны реакции может производиться так же, как и подвод реагирующих компонентов, т.е. диффузией или конвекцией.

Знание основных закономерностей, которым подчиняются химико-технологические процессы, позволяет установить оптимальные условия процесса, т.е. совокупность основных показателей – температуру, давление, концентрацию исходных реагентов и т.д. Изложенные выше принципы организации химико-технологических промышленных процессов относятся и к процессам очистки различных промышленных выбросов: газообразных, водных, твердых.

Рассмотрим процессы нефтехимической промышленности.

Методы переработки нефти делятся на первичные и вторичные. Первичные – это физические методы разделения нефти на составляющие, основанные на разных интервалах температур кипения отдельных фракций нефти, т. е. это процесс прямой перегонки нефти. Вторичные методы переработки нефти предусматривают полное преобразование сырья в результате химических реакций, изменяющих структуру углеводородов. Осуществление подобных преобразований требует высокой температуры, давления и катализаторов и называются процессами крекинга и риформинга.

Крекинг – (от «расщеплять») переработка нефти и ее фракций для получения, главным образом, моторных топлив, а также химического сырья, протекающая с распадом тяжелых углеводородов. Наряду с распадом при крекинге идет изомеризация и синтез новых молекул, например, в результате циклизации, полимеризации и конденсации. Крекинг может осуществляться как чисто термический, так и каталитический. Термический крекинг идет по свободному радикальному механизму ввиде цепных реакций при температуре 470–5400С и давлении 40–60 атм. Бензины этих фракций содержат много непредельных углеводородов, нестабильны при хранении, маловосприимчивы к тетраэтилсвинцу. Такие бензины требуют дальнейшей переработки путем риформинга – (от анг. reform – переделывать, улучшать) – промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высокооктановых бензинов и ароматических углеводородов. Каталитический крекинг протекает при температуре 450–5200С, давлении 2–3 атм в реакционных колоннах с неподвижным или циркулирующим катализатором синтетических или природных алюмосиликатов. Сырьем является газойль – фракции нефти, выкипающие в интервале 200–4000С и занимающие при перегонке нефти промежуточное положение между керосином и легкими индустриальными маслами. Получаемые продукты: высококачественный моторный бензин с октановым числом 85 для автомобилей и авиации; керосино-газойлевые фракции, пригодные в качестве дизельного и реактивного топлива и кокс – углеродистые отложения на катализаторе, которые получают при регенерации катализатора путем выжигания. Для переработки средних и тяжелых дистиллятов с большим содержанием сернистых и смолистых соединений, непригодных для переработки каталитическим методом применяется гидрокрегинг – каталитический крекинг в присутствии водорода при
Т – 350–4500С и давлении 30–140 атм, расходе водорода 170–350 м3 на м3 сырья. Применение водорода обеспечивает эффективное гидрирование на катализаторе высокомолекулярных и сернистых соединений с их последующим распадом на крекирующем компоненте (алюмосиликате). При этом выход светлых продуктов достигает 70% (в пересчете на нефть) и снижается содержание серы и непредельных углеводородов.

Переработка нефти ведется по двум направлениям:

1) на установках топливного и масляного блоков получают моторные топлива и масла, парафины, церезины, битумы;

2) на установках химического блока – синтетические жирные кислоты, синтетические масла, деэмульгаторы, присадки, серная кислота, сера, различные углеводороды.

Зона загрязнения мощных НПЗ простирается на расстояние более 20 км, количество выделяющихся вредных веществ определяется мощностью НПЗ и составляет (в % от мощности предприятия): углеводороды – 1, 5–2, 8, сероводород – 0, 0025–0, 0035 на 1% серы в нефти, оксид углерода – 30–40% от массы сжигаемого топлива, сернистый ангидрид – 200% от массы серы в сжигаемом топливе. Потери углеводородов в атмосферу составляют (в %) – 75, в воду – 20, в почву – 5. На современных предприятиях первичная перегонка нефти сочетается с обессоливанием, стабилизацией и вторичной перегонкой бензина на установках большой мощности ЭЛОУ АВТ-6 (электро-обессоливающих автоматических установках, цифра означает мощность установки в млн.т). Основные отходы установок (загрязняющие атмосферный воздух, кг/час): дымовые газы из трубчатых печей, в составе которых пыль органическая – 5, 3, диоксид серы – 900, 9, оксид углерода – 32, 9, оксиды азота – 50, 2, углеводороды – 3, 2, вентиляционные газы, содержащие аммиак, углеводороды и сероводород. Сточные воды установок содержат солевые растворы, образующиеся при обезвоживании и обессоливании сырой нефти, а также при работе и мойке насосов и технологического оборудования, содержащие нефтепродукты, кислые растворы сульфидов, растворы щелочи.

Дымовые газы из трубчатых печей, а также газы, образующиеся при регенерации катализатора, содержащие углеводороды, оксид углерода и вентиляционные газы, в состав которых входят бензол, толуол и другие углеводороды являются выбросами технологических установок платформинга – каталитического риформинга на платиновом катализаторе. Сточные воды этих установок содержат нефтепродукты, а твердые отходы – это отработанный катализатор.

Важнейшая технологическая установка нефтехимического производства – это удаление сернистых, азотистых, кислородсодержащих соединений путем их деструктивной гидрогенизации в процессе взаимодействия с водородом. Гидроочистке подвергают все нефтяные топлива, смазочные масла и парафины в присутствии алюмокобальтмолибденового или алюмоникельмолибденового катализатора. Часть образующихся отходов возвращается в производственный цикл – это газ, использующийся в качестве топлива на установке, отгон (бензиновая фракция с низким октановым числом), который добавляется к бензинам, и сероводород, который используется для производства серной кислоты и серы. Дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива и регенерации катализатора и вентиляционные газы, содержащие углеводороды и сероводород являются выбросами установки в атмосферный воздух. Сточные воды, содержащие отработанную щелочь, промышленно-ливневые стоки с нефтепродуктами и моноэтаноламином поступают на очистные сооружения.

Выделение нормальных алканов из керосингазойлевых фракций путем адсорбции на молекулярных ситах (цеолитах) осуществляется на технологической установке производства жидких парафинов «Парекс». Процесс состоит из следующих стадий: адсорбция нормальных алканов цеолитом при его контакте с сырьем, продувка адсорбента от неадсорбируемых цеолитом компонентов сырья, десорбция (выделение) нормальных алканов из пор цеолита с помощью аммиака. Выбросы установки: диоксид серы и углерода, водяные пары, азот, кислород и диоксид никеля с дымовыми газами и газами, образующимися при сжигании, активизации катализатора и метанизации, аммиак, углеводороды, щелочные аэрозоли, серная кислота с вентиляционными газами. Сточные воды установки содержат сульфаты, сульфиты, сульфонаты и гидроксид натрия, аммиак, бисульфит натрия, цианиды. Твердые отходы: цеолиты, силикагели. Кислый гудрон, образующийся как отход, используется при производстве серной кислоты.

Установка производства нефтяных масел состоит из 3-х этапов: подготовка сырья-мазута или продуктов его вакуумной перегонки и получение исходных масляных фракций, получение компонентов из исходных масляных фракций, смешение компонентов и добавление присадок для получения товарных марок масел. Производство компонентов из исходных масляных фракций – сложный многоступенчатый процесс, основное назначение каждой стадии – полное или частичное удаление определенных групп соединений, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства масел. При этом используются органические растворители (пропан, фенол, метилэтилкетон, толуол), охлаждение сырья с помощью аммиачной холодильной установки. В выбросах дымовых и вентиляционных газов содержатся все вышеперечисленные соединения. Высокомолекулярные смолистые вещества и нафтеновые кислоты, а также остатки растворителей из масляных компонентов удаляют отбеливающими глинами – этот процесс является завершающей стадией при получении смазочных масел. Атмосфера загрязняется дымовыми газами, твердые отходы в виде отработанной отбеливающей глины поступают в отвал, а отработанная фильтровальная бумага и ткань сжигаются. Промышленно-ливневые сточные воды поступают на очистные сооружения. Производство присадок для повышения эксплуатационных свойств масел предусматривает добавление к базовому маслу антиокислительных, антикоррозионных депрессаторов, вязкостных, противоизносных, моющих или многофункциональных присадок, которые получают путем многостадийного органического синтеза. Загрязняют атмосферу углеводороды, аммиак, диоксид серы, оксид серы с вентиляционными газами, выделяющиеся при производстве сульфонатной присадки. В производстве сукцинамидной присадки добавляются выбросы малеинового ангидрида, а также ксилол, азот, водяные пары. Сточные воды содержат сульфиды, изопропанол, эфироизвлекаемые и взвешенные вещества, нефтепродукты, ароматические углеводороды, малеиновый ангидрид, ксилол. К жидким продуктам относится гудрон, который используется для производства концентрата «Карпатол-2», применяемый для интенсификации нефтедобычи и в цементной промышленности. Производство битумов сопровождается выбросами дымовых и вентиляционных газов, а жидкий отход – «черный соляр» – используется в качестве топлива. Твердые отходы – битумная крошка – полностью используются по назначению. На предприятии имеются две системы водоотведения. Первая система, в которую поступают ливневые сточные воды, промывные воды от мытья полов, сальников, торцов насосов, а также после пропарки и промывки емкостного оборудования. Вторая система служит для приема солевых и сернисто-щелочных вод установок первичной перегонки нефти и гидроочистки, установок «Парекс», раствор сульфата аммония с установок производства присадок. Сточные воды обеих систем канализации поступают на очистные сооружения, где подвергаются очистке от всех видов загрязнений путем биологической очистки. Таким образом, нефтехимическое производство состоит из многих технологических процессов, протекающих при высоких температурах и давлении в агрессивных средах. При этом образуются различные полезные для человека продукты и соединения, часть их попадает в атмосферу, воду и почву, являясь загрязнителями окружающей среды. Экологизация подобных производств заключается в использовании этих загрязнений, в качестве топлива или получении других продуктов и очистке воздушных выбросов и сточных вод.

Производство полиэтилена. Полиэтилен – это продукт полимеризации этилена, который получают пиролизом этана, прямогонных бензинов, вакуумных газойлей и других продуктов. Процесс производства включает следующие стадии: пиролиз; газоразделение; компрессию; полимеризацию; грануляцию; узел смешения и окончательной обработки готовой продукции. На каждой стадии имеются источники вредных выбросов. На стадии пиролиза – это дымовые газы, содержащие оксид и диоксид углерода, оксиды азота. При газоразделении с дымовыми газами выделяются оксиды углерода; с топливным газом – ацетилен; этилен, пропилен, пропан и газообразные углеводороды выделяются через предохранительные клапана и при сбросах углеводородов из емкостей. В отделении компрессии с вентиляционными газами в атмосферу сбрасываются различные алканы и алкены. В процессе полимеризации и грануляции в газах из воздушек аппаратов и вентиляционных газах содержатся азот и этилен. В процессе окончательной обработки полиэтилена с продувочным воздухом в атмосферу поступает полиэтилен, пыль добавок. Жидкие отходы производства: сточные воды из отделения пиролиза; промывные воды и отработанная щелочь отделения газоразделения. Твердые отходы: отработанные цеолиты, кольца Рашига, продукты полимеризации, куски полиэтилена, пыль добавок наполнителей и стабилизаторов, в которой содержатся триоксид сурьмы, гексабромбензол, диоксид титана, хлорпарафин, оксид цинка, тальк вывозятся в шламонакопитель.

Производство нитрила акриловой кислоты (НАК). ВпроцессесинтезаНАК – основного компонента для получениясинтетических волокон (орлона, винтона, дайнела, кашмилона и др.), каучуков, пластмасс, пластификаторов, используют пропилен и аммиак в присутствии висмут-молибденового катализатора Т-673. Наряду с нитрилом акриловой кислоты образуются синильная кислота и ацетонитрил, которые широко используются в промышленности.

Синильная кислота применяется для извлечения золота из руды, для борьбы с вредителями цитрусовых деревьев, в гальванотехнике, для цементации стали и т.д. Она является одним из исходных веществ при получении ацетонциангидрина, эфиров акриловой метакриловой кислот, используется в производстве пластмасс, синтетического каучука, синтетических волокон.

Ацетонитрил применяется в качестве растворителя и полупродукта для органических синтезов, в производстве тиамина, в текстильной и нефтехимической промышленности.

Основные газообразные выбросы – это дымовые и вентиляционные газы, содержащие НАК, ацетонитрил, синильную кислоту, пропилен, оксид углерода, оксиды азота.

Сточные воды являются агрессивными и токсичными так как содержат НАК, метилцианид, цианид фосфора, и в первую очередь подвергаются нейтрализации.

Производство метилакрилата (МА). Метилакрилат используется в производстве полиакрилонитрильных волокон, фотопленок, акриловых эмульсий, различных марок полиметилакрилатов и т. д. В промышленном синтезе МА в качестве сырья используется НАК и раствор серной кислоты, хладоагент – раствор метанола. Отходы производства используют для получения ценного азотного удобрения – сульфата аммония. Газо-воздушные выбросы из дыхательных клапанов емкостей, вентиляции, дефлекторов производства метилакрилата содержат НАК, МА, метанол, пары серной кислоты. В производстве сульфата аммония через дыхательные отверстия аппаратов, вакуумные насосы, вентиляторы, центрифуги в атмосферу поступают МА, серная кислота, метанол, НАК, аммиак, диоксид серы, пыль, ацетон. Сточные воды образуются на стадии вакуумной кристаллизации раствора сульфата аммония и после вакуум-насосов и санитарного скруббера. Все сточные воды направляются на очистные сооружения. Где проходят полную механическую, физико-химическую и биологическую очистку. Отработанный маточный раствор со стадии вакуум-кристаллизации раствора сульфата аммония направляется на сжигание.

Твердые отходы: отработанные кольца Рашига, полимеры, шлам из отделения сульфата аммония направляются в шламонакопитель

Производство синтетических и искусственных волокон. Синтетические волокна производят из синтетических высокомолекулярных соединений, получаемых на основе продуктов переработки каменного угля, нефти и природного газа в процессе полимеризации и поликонденсации. На крупнейшем в республике Беларусь ПО «ПОЛИМИР» осуществляется производство волокна нитрон. В качестве сырья используются акрилонитрил, метилакрилат и изобутиловый спирт, их подвергают сополимеризации в среде роданида аммония. Раствор полимера подают в прядильно-отделочное отделение, где путем продавливания полимера через фильеры определенного размера и формуется волокно. Пучок волокон из осадительной ванны подвергают вытяжке и направляют на отделку, отмывают от остатков растворителей, окрашивают, снова отмывают, сушат, обрабатывают антистатиком, гофрируют и укладывают в жгуты. Производство сопровождается весьма токсичными выбросами в атмосферу и в виде жидких стоков: изопропиловый спирт, метилакрилат, нитрил акриловой кислоты, аэрозоль серной кислоты, роданид натрия, цианиды, катионные красители. Образуется большое количество твердых отходов – фильтровальные пакеты, жгуты полимера, фильтровальный шлам, цветные волокнистые отходы, которые направляются в шламонакопитель. Как же обезвреживаются эти токсичные отходы? Сажа из отходящих газов производства полиэтилена, а также сульфат аммония производства метилакрилата улавливаются с помощью рукавных фильтров и барботажно-вихревых уловителей. Газы, содержащие оксид углерода и органические примеси, подвергаются термокаталитическому обезвреживанию. Вредные компоненты отходящих газов улавливаются с помощью абсорбции, нитрил акриловой кислоты, и метилакрилат абсорбирует раствор роданида натрия. В настоящее время производство химических волокон осуществляется в виде моноволокон (одиночное волокно большой длины), штапельного (короткие обрезки одиночных тонких волокон) и филаментных нитей (пучков, состоящих из большого количества одиночных тонких волокон соединенных посредством крутки).

Вискозное, медно-аммиачное, ацетатное и альгинатное волокно получают путем химической переработки природных полимеров (древесной и хлопковой целлюлозы), то есть из растительного сырья, оно относится к искусственным волокнам. Прядильные растворы различных полимеров (полиамидов, поливинилхлоридов, капрона, лавсана, винила и т.д.) получают путем растворения исходного сырья в растворителях, либо путем их расплавления. Формование нитей осуществляется способом продавливания полученной массы через фильеры (отверстия) в раствор воды и растворителя (керосин, гексатриол, алифатические спирты и т.д.) в осадительной ванне. Вытягивание нитей происходит в растворах коагуляционной ванны. В отличие от описанного мокрого способа получение синтетического волокна по сухому способу прядильный раствор продавливают через фильеры в шахту нагретым воздухом, при этом образуется филаментная нить. В производстве синтетических волокон образуется большое количество сточных вод и жидких отходов, расход воды на тонну готовой продукции от 300 до 1000 м3. Вода требуется для приготовления различных растворов, промывки продукции и оборудования, а также для процессов охлаждения. Существующие системы водоснабжения, как правило, прямоточные, и эффективность использования свежей воды по коэффициенту водооборота составляет
12–27%. Сероуглерод – наиболее значительный и токсичный отход производства вискозных волокон. В технологическом процессе сероуглерод используется при ксантогенировании щелочной целлюлозы и вступает в реакцию со щелочью с образованием тиокарбонатов и сульфидов. При формовании волокна в кислотных ваннах ксантогенат, тиокарбонаты и сульфид разлагаются с выделением свободных сероводорода и сероуглерода. Выбросы в атмосферу содержат 27, 6 кг сероводорода и 3 кг сероуглерода в расчете на тонну готовой продукции. Снижение выбросов достигается, во-первых, за счет герметизации оборудования, локализации газовыделения из технологических растворов и из свежесформированного волокна, а во-вторых – путем перевода побочных продуктов ксантогенирования в устойчивые сернистые соединения. Экологизация производства синтетических и искусственных волокон осуществляется различными способами очистки газовоздушных выбросов и сточных вод, рекуперацией сероуглерода. Рекуперация – это возвращение части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса для повторного использования в том же процессе. Очистка вентиляционных выбросов производится на газоочистных установках, где сероводород улавливается и окисляется до элементарной серы, а также регенерируется и возвращается в производство сероуглерод. Для улавливания сероводорода и рекуперации сероуглерода из вентиляционных выбросов используется двухступенчатая очистка. На первой ступени происходит улавливание сероводорода мокрым способом, например, щелочным раствором гидрохинона, с получением коллоидной серы и тиосульфата натрия в виде товарных продуктов. Процесс протекает в форсуночных скрубберах вертикального и горизонтального типа, степень извлечения сероводорода составляет 95–100%.

На второй ступени осуществляется регенерация сероуглерода в адсорберах со стационарным слоем адсорбента. В качестве адсорбента применяются активированные угли с развитым объемом микропор, обеспечивающие высокую степень очистки. В настоящее время для очистки вентиляционных выбросов внедряются фильтры на основе хемосорбционных и активированных углеволокнистых материалов. Воздух после газоочистных устройств и от местных отсосов прядильно-отделочного оборудования с небольшим содержанием вредных примесей поступает на установки термического и термокаталитического обезвреживания, после чего проходит через высокие трубы и рассеивается в атмосфере. В технологическом процессе образуется до 10 видов сточных вод, например, кислые цинксодержащие, шламовые, целлюлозосодержащие, очистка которых производится на локальных установках с последующей доочисткой на общезаводских или городских очистных сооружениях. В данных производственных процессах остается нерешенным вопрос утилизации твердых отходов-шламов, они сбрасываются и хранятся в шламонакопителях.

Производство основных неорганических кислот – серной и азотной. Серная кислота – один из важнейших продуктов химической промышленности, она применяется для получения других кислот (фосфорной, соляной, плавиковой, борной) путем использования свойства серной кислоты вытеснять другие кислоты из их солей. Концентрированная серная кислота применяется в нефтепереработке и нефтехимии для очистки от сернистых и непредельных органических соединений, в металлургии с ее помощью разлагают комплексные руды (урановые). Разбавленная серная кислота удаляет окалину перед оцинкованием, применяется для травления металлических поверхностей перед покрытием их никелем, медью, хромом. В органическом синтезе концентрированная серная кислота – необходимый компонент нитрующих смесей и сульфирующее средство при получении многих красителей и лекарственных веществ. Благодаря высокой гигроскопичности применяется для осушки газов, концентрирования азотной кислоты. Полученный SO3 поглощают концентрированной серной кислотой, образуется олеум, или дымящая серная кислота (раствор 18, 5–20% SO3 в H2SO4). Особенности технологического процесса: мышьяк, селен и остатки пыли (отравляющие катализатор) удаляют в промывных башнях, орошаемых серной кислотой; от тумана серной кислоты, образующейся из присутствующих в газовой смеси трехокиси серы и воды, освобождают в мокрых электрофильтрах; пары воды поглощаются концентрированной серной кислотой в сушильных башнях. Производственный процесс является непрерывным, т.е. в систему непрерывно подаются исходные компоненты и удаляются готовые продукты. По характеру циклов получение серной кислоты контактным способом можно отнести к процессам со смешанной схемой, характеризующейся непрерывным поступлением колчедана и воздуха, поглощением разбавленной серной кислотой трехокиси серы и возвращением в процесс смеси до получения нужной концентрации кислоты или олеума.

Серная кислота применяется для производства удобрений – суперфосфата, аммофоса, сульфата аммония, соляной, уксусной и других кислот. В металлообработке применяется для снятия ржавчины с поверхности металлов при подготовке их к защитным и декоративным покрытиям лаками и цветными металлами. Производство красителей, лаков, красок, лекарственных веществ, некоторых пластмасс, многих ядохимикатов, эфиров, спиртов невозможно без серной кислоты. Разбавленные растворы серной кислоты или ее соли применяют в производстве искусственного шелка, в текстильной промышленности. В пищевой промышленности серная кислота используется в производстве крахмала кукурузного, патоки и других продуктов. В автомобилях используют свинцовые сернокислотные аккумуляторы. Безводная серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, плотность – 1830 кг/м3, температура кипения – 296, 2 0С, смешивается с водой в любых соотношениях с выделением тепла. Производится серная кислота двумя способами: контактным и нитрозным.

Контактный способ разработан в начале ХХ в. Этот способ эффективен, отвечает высокому уровню современной технологии, обеспечивает высокую концентрацию и чистоту продукта и поэтому вытесняет нитрозный, разработанный более 200 лет назад. Около 90 % Н24 от общего объема производства получают контактным способом. Сырьем для получения серной кислоты контактным способом служат минерал пирит (FeS2), самородная сера, серосодержащие газы – отходы цветной металлургии и отходы нефтехимии. При получении серной кислоты из пирита (серного колчедана) его сжигают в печах в кипящем слое, т.е. при постоянной продувке воздухом, нагретым отходящими обжиговыми газами, тонкого слоя минерала. Получаемая газовая смесь содержит оксиды серы, пары воды, оксиды мышьяка, кремния и большое количество огарковой пыли, от которой газы очищаются в электрофильтрах. После тщательной очистки обжиговый газ – двуокись серы – поступает в контактный аппарат, где в присутствии катализатора – окиси ванадия – при 4500С окисляется до трехокиси серы. Наиболее простым является способ получения серной кислоты из серы, однако, стоимость такой кислоты выше, чем из колчедана. Производство серной кислоты из колчедана включает четыре стадии: получение сернистого газа (диоксида серы) SО2; очистка сернистого газа от примесей; получение триоксида серы (SО3); абсорбция SО3 (соединение с водой с получением серной кислоты). На первой стадии путем обжига в печах колчедана получают сернистый газ:

4FeS2 + 11O2 --> 2 Fe2O3 + 8 SО2 + Q; (Q =3416 кДж)

Сырье предварительно тонко измельчается и тщательно перемешивается с избытком воздуха. Сжигание осуществляют в печах в кипящем слое, т.е. при постоянной продувке нагретым отходящим обжиговым газом тонкого слоя минерала. Получаемая газовая смесь содержит SО2, О2, N2, SО3, As2O3, окись селена, пары воды и сдержит много огарковой пыли, от которой газы очищаются специальной дополнительной очисткой, в технологической схеме, состоящей из промывных башен, электрофильтров, сборников шлама. Таким образом, вторая стадия начинается с улавливания пыли в циклонах. Далее газ поступает в первую промывную башню, где газ охлаждается от 350–400 0С до 80–70 0С, а промывная кислота нагревается до 80 – 100 0С. Кислоту направляют в водяной холодильник, где вода и кислота движутся по принципу противотока. Окончательная очистка газов от мышьяка и селена и выделение капель серной кислоты происходит в так называемых «мокрых» электрофильтрах, которые по устройству напоминают огарковые. Газ, выходящий из очистительного отделения, подвергается 3–4 раза в сутки анализу на содержание в нем сернокислотного тумана и мышьяка. Следует отметить, что все оборудование, реакционные аппараты и емкости имеют специальную футеровку (облицовку внутренних поверхностей) кислотоупорным кирпичом, либо листовым свинцом, кислотоупорной керамикой. Газ фильтруется через асбест, зажатый между дырчатыми горизонтальными диафрагмами, либо через пористую керамику, стеклянную вату. Такая тщательная очистка газа связана с отрицательным воздействием примесей на трубопроводы и катализатор, используемые на последующих стадиях получения серной кислоты. Третья стадия является основной: сухой очищенный газ поступает на контактное окисление кислородом воздуха: 2SО2 + О2 ß --> 2SО3 + Q; (Q=189 кДж). Катализатором, вместо ранее применявшейся платины, используется ванадиевый катализатор, т. н. контактная масса, содержащая ванадиевый ангидрид и добавки активаторов: окислов алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов, оксида бария на носителе двуокиси кремния. Этот катализатор – значительно дешевле платины и более устойчив к отравлению соединениями мышьяка и селена. Окисление сернистого газа проводится в контактных аппаратах, которые вместе с теплообменниками и газопроводами называют контактным узлом. При пуске контактного узла газы, поступающие в контактный аппарат, предварительно подогревают до определенной температуры. В дальнейшем контактный узел работает автотермично, т. е. температура в контактном аппарате поддерживается за счет тепла, выделяющегося в результате реакции окисления сернистого газа. Идеальными условиями контактирования является создание равномерного перепада температуры в слое контактной массы: в начале около 600 0С и до 450 0С в самом последнем слое, так как снижение температуры смещает равновесие реакции в сторону образования серного ангидрида. Создание таких оптимальных условий представляет значительные технологические трудности. Контактные узлы разделяют по способу теплообмена (по способу отвода тепла) на аппараты с внутренним теплообменом и на аппараты с промежуточным теплообменом. В первых видах аппаратов – тепло отводится холодным газом непосредственно от контактной массы, т.е. теплообмен идет в самом контактном аппарате. В аппаратах с промежуточным теплообменом реакция окисления сернистого ангидрида и теплообмен проводятся в разных аппаратах. В данных технологических схемах соблюдается принцип наименьших потерь тепла за счет использования выделяющегося при реакциях тепла, т.е. экономии энергетических ресурсов. Последняя – четвертая стадия начинается с охлаждения газа, выходящего из контактного узла, а затем направляется в в две последовательные поглотительные башни. Поглощение серного ангидрида должно осуществляться так, чтобы его потери с отходящими газами были наименьшими. Непосредственно водой серный ангидрид почти не поглощается, хотя уравнение реакции этого процесса представлено в следующем виде: SО3 + Н2О --> Н24 + Q; (Q = 92000 кДж). Поглощение SО3 связано с образованием тумана серной кислоты парами воды. Для поглощения серного ангидрида применяется серная кислота с концентрацией 98, 3 %, над которой парциальное давление паров воды является минимальным. Скорость поглощения серного ангидрида по мере повышения концентрации серной кислоты (выше 98, 3 %) также будет постепенно снижаться. Поэтому первая башня орошается 20 % олеумом, вторая – кислотой с концентрацией близкой к 98, 3 %. Башни снабжены ловушками газов, отходящих из башен и содержащих остаточные количества SО2, которые прикреплены непосредственно к крышке поглотительной башни. Благодаря тому, что ловушка состоит из ряда перегородок, часть из которых имеет отверстия, скорость и направление газового потока неоднократно изменяется, при этом капли кислоты задерживаются в конусном дне ловушки и стекают обратно в поглотительную башню. Кислота не должна иметь температуру выше 45–55 0С для лучшего поглощения сернистого ангидрида, поэтому применяют холодильники, представляющие собой чугунные трубы, через которые проходит кислота, охлаждающая вода орошает трубы. При указанном режиме работы поглотительного отделения получается олеум, содержащий около 20 % свободного серного ангидрида. Требуемая концентрация олеума и серной кислоты в аппаратах регулируется их взаимной подачей в реакторы и обеспечивается хорошей гигроскопичностью концентрированных растворов серной кислоты. Промышленностью выпускаются следующие сорта серной кислоты: башенная, содержащая не менее 75 % основного вещества; купоросное масло – не менее 92, 5 %; особо чистая аккумуляторная – 92–94 %; реактивная – также с концентрацией 92–94 %; олеум или дымящая серная кислота – раствор 18, 5–20 % SО3 в Н24. При разбавлении аккумуляторной кислоты до 26–31 % получают электролит для свинцовых аккумуляторов; реактивную серную кислоту (особо чистую) получают в кварцевых или платиновых аппаратах. Нитрозный способ. Технология данного способа получения серной кислоты заключается в окислении SО2 диоксидом азота в присутствии воды в соответствии с уравнением реакции: SО2 + NО2 + Н2О--> Н24 + NО. Отдавая SО2часть кислорода, диоксид азота NО2 превращается в оксид азота NО. Который, в свою очередь, взаимодействуя с кислородом воздуха, вновь образует NО2, который идет на окисление новых порций диоксида серы:

2NО + О2 ß --> 2 NО2 – Q; (Q=112 кДж)

Таким образом, в этом способе получения серной кислоты оксид азота является как бы катализатором. В производстве серной кислоты опасность представляют ядовитые газы: двуокись серы и азота, пары серного ангидрида и серной кислоты, поэтому необходима хорошая вентиляция и полная герметизация технологической аппаратуры, использования защитных средств. В башенном способе комплексно используются все факторы повышения интенсивности процесса и приближения его к безотходной технологии. Концентрированные газы, оптимальные температуры, активные и устойчивые в работе катализаторы, аппараты с кипящим и пенным слоем, рецикл по газу и др. При такой организации процесса степень использования диоксида серы составляет 99, 95 %, а выбросы составляют 0, 02 – 0, 03 кг/т 100 % серной кислоты.

Нитрозный (башенный) способ получения серной кислоты осуществляется в окислительных, поглотительных, продукционных башнях – цилиндрических резервуарах. Процесс осуществляется с помощью нитрозы, разбавленной серной кислоты, содержащей нитрозилсерную кислоту. Присутствие окислов азота в технологическом процессе сопровождается их выбросами в атмосферу в виде желтых шлейфов дыма, называемых «лисьим хвостом» и характерных для данных производств. Для очистки отходящих газов сернокислотного производства широко используются аммиачные способы: аммиачно-сульфатный
(с получением товарного сульфата аммония или его растворов), аммиачно-циклический (с получением диоксида серы и товарного бисульфита аммония). Пиритный огарок (отход исходного минерала после обжига) используется в производстве стройматери







Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 1890. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ МОЗГА ПОЗВОНОЧНЫХ Ихтиопсидный тип мозга характерен для низших позвоночных - рыб и амфибий...

Принципы, критерии и методы оценки и аттестации персонала   Аттестация персонала является одной их важнейших функций управления персоналом...

Пункты решения командира взвода на организацию боя. уяснение полученной задачи; оценка обстановки; принятие решения; проведение рекогносцировки; отдача боевого приказа; организация взаимодействия...

Принципы резекции желудка по типу Бильрот 1, Бильрот 2; операция Гофмейстера-Финстерера. Гастрэктомия Резекция желудка – удаление части желудка: а) дистальная – удаляют 2/3 желудка б) проксимальная – удаляют 95% желудка. Показания...

Ваготомия. Дренирующие операции Ваготомия – денервация зон желудка, секретирующих соляную кислоту, путем пересечения блуждающих нервов или их ветвей...

Билиодигестивные анастомозы Показания для наложения билиодигестивных анастомозов: 1. нарушения проходимости терминального отдела холедоха при доброкачественной патологии (стенозы и стриктуры холедоха) 2. опухоли большого дуоденального сосочка...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия