Väävelhappe tootmise "topeltmuundumine, topelt imendumine" genereerib endiselt nii sisaldavat sabagaasi (tavaliselt 500-1000 mg/m³). Otsene emissioon põhjustab hõlpsalt happevihma, seega on sabagaasi töötlemine kontaktprotsessi jaoks hädavajalik.
Tooraine eeltöötlus: lisandite eemaldamine protsessi järgneva stabiilsuse tagamiseks
Esimene samm väävelhappe tootmise kontaktprotsessis on tooraine eeltöötlus, mille põhieesmärk on eemaldada toorainest lisandid, et vältida katalüsaatori mürgistust, seadmeid korrosiooni või nõuetasemel toote puhtust järgnevatel protsessidel. Eeltöötluse meetodid varieeruvad märkimisväärselt sõltuvalt toorainest: kui toorainena kasutatakse väävlit, saadetakse tahke väävel kõigepealt sulamistemperatuurile ja sulatatakse vedelasse väävlisse temperatuuril 130-150 kraadi.
Seejärel eemaldatakse filtri kaudu mehaanilised lisandid (näiteks setted ja süsinikuosakesed) ja peened osakesed eraldatakse tsükloni eraldajaga veelgi, et tagada järgmise sammu siseneva väävli puhtus on suurem või võrdub 99,9%-ga. Kui püriit (põhikomponent FES₂) võetakse kasutusele, peab see kõigepealt läbi läbima purustamise ja skriinimisprotsesse, et jagada püriit ühtlasteks osakesteks 8-15 mm. Samal ajal eemaldatakse magnetilise eraldaja abil sellised metalli lisandid, näiteks rauatoimingud, et vältida järgneva röstimise ajal tekitatud raudoksiide, mis ei kleepuks seadme siseseina või blokeerivaid torustikke. Kui tooraine sulab suitsugaasi (näiteks vase, plii ja tsingi sulamisprotsessis toodetud niinikuva suitsugaas, on vaja kõigepealt läbi viia tolmu eemaldamise (kasutades tolmuosakeste eemaldamiseks elektrostaatilist sademeid või kotifiltrit), demiteerides (kasutades veega ventiilist venitavat süsivesikut) ja raskest metallist eemaldamist. Vaigu vahetusmeetod kelaatlus), et vältida suitsugaasis sisalduvate lisandite mõjutamist katalüsaatori aktiivsust. Tooraine eeltöötluse kvaliteet määrab otseselt järgnevate protsesside stabiilsuse. Näiteks kui püriidi arseenisisaldus on liiga kõrge, põhjustab see järgneva vanaadiumi katalüsaatori püsivat mürgistust. Seetõttu peab eeltöötluse lüli rangelt kontrollima lisandite sisaldust, nõudes tavaliselt kahjulike elementide nagu arseeni ja seleeni sisaldust tooraines, mis on väiksem või võrdne 0,05%.
Vääveldioksiidi ettevalmistamine: tuumareaktsiooni link võtmeprotsessi tooraine genereerimiseks
Vääveldioksiid (SO₂) on kontaktprotsessi kaudu väävelhappe tootmiseks tuum keskmine tooraine. Ettevalmistuslingil on vaja vastava protsessi marsruudi valimist vastavalt tooraine tüübile, et tagada SO₂ väljund ja puhtus järgneva oksüdatsiooni vajadustele. Kui toorainena kasutatakse väävlit, saadetakse rafineeritud vedel väävel väävlipõletisse, segatud suruõhuga, mis on kuivatatud (kasutades kuivatamiseks kontsentreeritud väävelhapet, et vältida niiskust, mis mõjutab järgnevaid reaktsioone) proportsioonis (õhu ülemäärane koefitsient 1,05-1,1) ja läbib põlemisreaktsiooni kõrgel temperatuuril.
Selle reaktsiooni muundamise määr võib ulatuda üle 99,8%ja genereeritud SO₂ gaasi kontsentratsioon on umbes 10–12%(mahuosa). Vahepeal saab vabastatud soojust kasutada energia taastamiseks auru saamiseks. Kui toorainena kasutatakse püriidi, saadetakse eeltöödeldud püriidiosakesed vedeliku voodi röstijasse (keev ahju) ja röstimisreaktsioon viiakse läbi liigse õhuga temperatuuril 650-850 kraadi: 4Fes₂+ 11 o₂ → 2Fe₂o₃+ 8} so SHET. Röstimisprotsessi ajal peab õhuvoolukiirust kontrollima ventilaator, et hoida püriidiosakesi keevates olekus, tagades piisava reaktsiooni. Genereeritud SO₂ kontsentratsioon on umbes 7–9%ja kõrvalsaaduse raudoksiidi (räbu) saab taastada raudse valmistamise toorainena. Suitsugaasi haigusharude sulatamiseks saadetakse eeltöötletud suitsugaas desorptsioonitorni ja madala kontsentratsiooniga SO₂ (tavaliselt 1%-5%) suitsugaasis kontsentreeritakse lahjendatud väävelhappe desorptsiooni või pürolüüsprotsessi kaudu 8–10%-ni, vastates soilise kontsentratsiooni nõudele summutatava katalüütilise oksüdatsiooni korral. Sõltumata kasutatavast toorainest peab genereeritud SO₂ gaas jahutama jäätmete soojuskatlaga (vahemikus 800-1000 kraadi kuni 300–400 kraadi) ja soojust taastatakse, et genereerida keskmise rõhuga auru, mis mitte ainult vähendab järgmiste seadmete soojustakistuse nõudeid, vaid mõistab ka energia ringlussevõttu.
Vääveldioksiidi katalüütiline oksüdeerimine: kontaktprotsessi tuum, et realiseerida muundamine SO₂ -st SO₃ -ks
Vääveldioksiidi katalüütiline oksüdeerimine on väävelhappe tootmise kontaktprotsessi tuumaühendus. Selle olemus on oksüdeeruda SO₂ väävli trioksiidiks (SO₃) katalüsaatori toimel ja selle reaktsiooni muundamise kiiruse määrab otseselt väävelhappe ja heitgaaside emissiooni näitajate väljundi. Praegu kasutatakse tööstuses laialdaselt tööstuses vanaadiumi katalüsaatoreid (põhikomponent V₂o₅, Carrier SiO₂, Promootorid K₂SO₄ ja Na₂so₄), kuna nende kõrge aktiivsus, hea selektiivsus ja pikk kasutuslikkus (tavaliselt 3-5 aastat). Reaktsioon viiakse läbi muunduris (mitmeastmeline adiabaatiline fikseeritud voodiga reaktor), kasutades "kaheastmelise muundamise ja kaheastmelise neeldumise" protsessi: esimese muundamise ajal siseneb jahutatud gaas (sisaldab O₂) jahutatud gaasi (O₂) ja siseneb muunduri esimesele katalüsaatorile ja reaktsioon toimub 400-450 kraadi temperatuuril: 2SO + ⇌ 2So + ⇌ 2SO 2SO + ⇌ 2So + ⇌ 2So + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2So + ⇌ 2SO + ⇌ 2So + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO + ⇌ 2SO +. Kuna see reaktsioon on eksotermiline, tõuseb voodi temperatuur 550–600 kraadi, ületades katalüsaatori optimaalse aktiivse temperatuuri. Seetõttu tuleb gaas jahutada vahepealse soojusvaheti kaudu 400–420 kraadi, enne kui siseneme teise katalüsaatori voodisse edasiseks reaktsiooniks. Esimese teisenduse kogumuundumise määr võib ulatuda 90%-95%-ni.
Seejärel siseneb SO₃ sisaldav gaas esimesse neeldumistorni (kasutades SO₃ imamiseks 98,3% kontsentreeritud väävelhapet) suurema osa SO₃ eemaldamiseks, vältides happelise udu moodustumist järgneva jahutusprotsessi ajal. Reaktimata So₂ gaas (kontsentratsioon umbes 0,5%-1%) kuumutatakse soojusvaheti kaudu uuesti umbes 400 kraadi ja siseneb muunduri teisenduse jaoks muunduri kolmanda ja neljanda katalüsaatori kihti, konversioonimäär suurenes veelgi üle 99,5%-ni. See protsess kontrollib reaktsioonitemperatuuri tõhusalt katalüsaatori aktiivsuse vahemikus (400–600 kraadi) segmenteeritud reaktsioonide ja vahepealse soojusevahetuse kaudu, vältides samal ajal pöördreaktsiooni, kui SO₃ segatakse reageerimata SO₂ ja O₂. Lisaks nõuab katalüsaatorite kasutamine toorainetes lisandite sisalduse ranget kontrolli. Sellised elemendid nagu arseen, seleeni ja fluor kleepuvad katalüsaatori pinnale, blokeerivad aktiivsed keskused ja põhjustavad katalüsaatori desaktiveerimist. Seetõttu tuleb katalüsaatori aktiivsust regulaarselt testida ja kui teisenduskiirus langeb alla 95%, tuleb katalüsaator välja vahetada.
Väävel trioksiidi imendumine: happelise udu moodustumise vältimine ja väävelhappe tõhusalt valmistamine
Väävel trioksiidi (SO₃) imendumine on võtmesamm katalüütilise oksüdeerumise teel väävelhappeks genereerimisel. Selle põhiprobleem on vältida otsest kontakti SO₃ ja vee vahel, et moodustada happeline udu (SO₃ + H₂O → H₂SO₄, see reaktsioon on väga eksotermiline ja põhjustab kergesti väävelhappe auru kondenseerumist pisikesteks tilkadeks, mida on keeruline tabada). Seetõttu kasutatakse tööstuses imavana tavaliselt 98,3% kontsentreeritud väävelhapet. Sellel väävelhappe kontsentratsioonil on SO₃ jaoks suurim imendumise efektiivsus ja see ei ole happelise udu moodustumisele altid. Neeldumisprotsess viiakse läbi neeldumistornis (tavaliselt pakitud torn või mullkorgi tornis): SO₃ gaas (temperatuur umbes 150-200 kraadi) pärast esimest muundamist siseneb neeldumistorni põhja ja kontakteerub vastuvooluga 98,3% kontsentreeritud väävlhappega, mis on pihustatud tipust. Niisiis lahustub kontsentreeritud väävelhappes, moodustades kontsentreeritud väävelhappe (kontsentratsioon kuni 99,5%) või suitsetav väävelhape (väävelhapet sisaldav vaba SO₃ sisaldav kontsentratsioon, mis ekspresseeriti massifraktsioonina SO₃, tavaliselt 20%-65%).
Neeldumistornis tuleb kontrollida, et tagada gaasi-vedeliku kontakti tagamiseks pihusti tihedus (tavaliselt 15-25m/(m² · h)) ja gaasi voolukiirust (0,5–1,0m/s). Samal ajal kasutatakse gaasi sisestatud väävelhapete tilkade eemaldamiseks torni paigaldatud demister (näiteks kiudude demister), vältides järgnevate seadmete korrosiooni. Kui tuleb tekitada lahjendatud väävelhapet (näiteks 70% kontsentratsiooniks), saab absorptsioonist tekitatud kontsentreeritud väävelhapet saata lahjenduspaaki ja demineraliseeritud vesi lisatakse aeglaselt segamistingimustes (see on rangelt keelatud vett lisada kontsentreeritud sulfuridhappele). Lahjete temperatuuri kontrollitakse, et see ei ületa 60 kraadi ja kontsentratsiooni jälgib reaalajas veebipõhise kontsentratsioonimõõturi abil. Pärast sihtväärtuse saavutamist saadetakse see valmistoote salvestuspaaki. Suuruva väävelhappe tootmiseks tuleb pärast neeldumistorni lisada suitsev väävelhappe teketorn, et veelgi pöörduda SO₃ gaasiga 98,3% kontsentreeritud väävelhappega, nii et vaba SO₃ sisaldus vastab projekteerimisnõuetele. Tööparameetrite juhtimine neeldumisühenduses on ülioluline. Näiteks kui imav temperatuur on liiga kõrge, väheneb So₃ lahustuvus; Kui temperatuur on liiga madal, suureneb lahuse viskoossus, mõjutades imendumise efektiivsust. Seetõttu kontrollitakse imava temperatuuri tavaliselt happejahuti kaudu 40–60 kraadi juures. Samal ajal tuleb neeldumistorni rõhku säilitada kerge negatiivse rõhu korral (-50 kuni -100Pa), et vältida gaasi lekkeid.
Toote rafineerimine: kontsentratsiooni ja puhtuse kohandamine vastavalt allavoolu nõudmistele
Toote rafineerimise lingi tuum on kohandada kontsentratsiooni ja eemaldada neeldumisühenduses tekkiva väävelhappe lisandid vastavalt järgneva tööstuse erinevatele vajadustele, tagades, et toode vastab vastavatele tööstusstandarditele. Esimene on kontsentratsiooni reguleerimine: kui allavoolu nõudlus on 98% tööstuslik kontsentreeritud väävelhape (kasutatakse väetise tootmises, näiteks diammmoniumfosfaadi tootmine), 99,5% kontsentreeritud väävelhapet, mis tekitatakse neeldumisest, tuleb saata kontsentratsioonitornile, mis on kuumutatud, et ta vähendaks 80-aastase astmega. Kui nõudlus on 70% lahjendatud väävelhapet (kasutatud raua- ja terasetööstuses metalli marineerimisel rauaoksiidi eemaldamiseks teraspinnalt), tuleb demineraliseeritud vesi lisada proportsionaalselt lahjenduspaagiga, lülitades samal ajal segamis- ja jahutussüsteemid temperatuuri kontrollimiseks lahjenduse ajal, mis ei ületa 60 kraadi, takistades kõrgel temperatuuril dekompressiooni või korrektseadmeid.
Teine on lisandite eemaldamine: erinevatel rakendusstsenaariumidel on väävelhappe puhtuse osas oluliselt erinevad nõuded. Näiteks nõuab tavaline tööstuslik väävelhape rauasisaldust, mis on vähem või võrdne 0,01% ja arseenisisaldus, mis on väiksem või võrdne 0,005%, samas kui aku kvaliteediga väävelhape (mida kasutatakse pliihappe akude jaoks elektrolüütidena) raskest metallist (plii, elavhõbeda, kaadmiumi) sisaldust, mis on väiksem kui 0,1 ppm ja kloriidi sisaldus vähem kui 0,5-ni. Tavalise tööstusliku väävelhappe jaoks kasutatakse filtreerimist tavaliselt mehaaniliste lisandite (näiteks filtreerimine läbi polüpropüleenfiltri membraanide), ja vesinikperoksiid (H₂O₂) lisatakse redutseerivate lisandite oksüdeerimiseks ja eemaldamiseks, näiteks väävelhape (H₂So₃). Aku kvaliteediga väävelhappe puhul on vaja sügavat rafineerimisprotsessi: esiteks kasutatakse orgaaniliste lisandite eemaldamiseks aktiveeritud süsiniku adsorptsiooni standardid. Lisaks tuleb toote rafineerimise lingis läbi viia kvaliteeditesti, sealhulgas kontsentratsiooni testimine (kasutades densitomeetri meetodit või tiitrimismeetodit) ja lisandite sisalduse testimist (kasutades aatomi neeldumisspektromeetriat või ioonkromatograafiat). Pärast testi läbimist tuleb väävelhapet säilitada spetsiaalsetes ladustamismahutites vastavalt erinevatele kontsentratsioonile ja puhtuse tasemele (näiteks 98% kontsentreeritud väävelhape süsinikterasepaakides, lahjendatud väävelhape FRP-mahutites ja aku kvaliteediga väävelhapet roostevabast terasest mahutites), et vältida erinevate klasside segunenud saastet.
Heitgaasi töötlemine: saasteainete heitkoguste kontrollimine keskkonnastandarditele vastamiseks
Ehkki võetakse kasutusele "kaheastmeline muundamine ja kaheastmeline imendumine", tekivad väävelhappe tootmise ajal väike kogus SO₂ (tavaliselt SO₂ kontsentratsioon 500-1000 mg/m³). Otsene emissioon põhjustab õhusaastet (moodustades happevihma), seega on heitgaaside töötlemise seos kontaktprotsessis hädavajalik keskkonnakaitse etapp. Praegu on tööstuses kolm tavapärase heitgaaside töötlemise tehnoloogiat: esimene on ammoniaagi väävlistamise protsess, mis saadab heitgaaside väävlistamistorni ja võtab selle vastu ammoniaagi veega vastupidiselt (kontsentratsioon 15%-20%), mille tulemuseks on reaktsioonid: so₂+ 2 nh₃ →o →, nh, nh (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Seejärel sisestatakse õhk reaktsioonilahusesse ammooniumsulfaadi oksüdeerimiseks ja genereerimiseks: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Ammooniumsulfaati saab saasteainete ressursside kasutamise realiseerimiseks müüa lämmastikuväetisena. Selle protsessi SO₂ eemaldamise määr võib ulatuda üle 98%ja heitgaaside heitkoguste kontsentratsioon on väiksem või võrdne 50 mg/m³, vastates Hiina "õhusaasteainete integreeritud heitkoguste standardile" nõuetele (GB 16297-1996). Teine on lubipiima väävlfuriseerimisprotsess, mis kasutab lubipiima (Ca (OH) ₂ suspensiooni), mis on absorbeeritud, et reageerida SO₂ -ga heitgaasis, et tekitada kaltsiumsulfite: SO₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. Kaltsiumsulfit oksüdeeritakse kipsi (caso₄ · 2H₂o) tekitamiseks, mida saab kasutada ehitusmaterjalide (näiteks kipsilauad) tootmisel.
Sellel protsessil on madalad kulud, kuid suhteliselt madal SO₂ eemaldamiskiirus (umbes 95%), mis sobib väikeste väävelhapete tootmisettevõtete jaoks. Kolmas on aktiveeritud süsiniku adsorptsioonimeetod, mis läbib heitgaasi aktiveeritud süsiniku adsorptsioonitorni kaudu. Pärast seda, kui SO₂ adsorbeerub aktiveeritud süsinik, genereeritakse desorptsiooniga kõrge kontsentratsioon SO₂ Gaas küttetingimustes, mille saab muundurisse tagasi viia, et uuesti reaktsioonis osaleda, mõistes SO₂ ringlussevõtu.
Sellel protsessil puudub sekundaarne reostus, kuid aktiveeritud süsiniku asendamise maksumus on kõrge, sobib ettevõtetele, kellel on ranged keskkonnavajadused ja kõrged toorainekulud. Sõltumata kasutatud protsessist tuleb SO₂ emissiooni kontsentratsiooni reaalajas jälgida veebipõhise seiresüsteemi kaudu pärast heitgaaside töötlemist, et tagada stabiilne vastavus. Samal ajal tuleb sekundaarse reostuse vältimiseks raviprotsessi käigus genereeritud kõrvalsaadusi (näiteks ammooniumsulfaat ja kipsi). Näiteks tuleb testida kipsi raskemetalli sisaldust ja seda saab kasutada alles pärast ehitusmaterjali standardite täitmist.
Lisaks võtavad mõned suuremahulised väävelhapete tootmisettevõtted kasutusele heitgaaside jäätmete soojuse taastamise tehnoloogia, kasutades heitgaaside soojust (temperatuur umbes 100–150 kraadi), et soojusvaheti kaudu demineraliseeritud vee soojendada, tekitades tootmiseks madala rõhu auru, parandades veelgi energiakaitse ja energiakaitse kahekordseid eesmärke.
