Самостоятельная работа по дисциплине: «Комплексное использование сырья в металлургии» Тема: «Образования и вещественных состав технологических газов образовавшейся при производстве меди в условии мпз, ао «Алмалыкский гмк»

Химическая очистка газов

Для очистки газов от химических газообразных примесей могут быть использованы следующие три метода:

Абсорбция, т. Е. Поглощение газов при промывке жидкостями. Часто выделяемый газообразный компонент вступает в химическое взаимодействие с поглощающей жидкостью с образованием раство­римого в ней соединения. Такой процесс называется хемосорбцией.
Адсорбция — поглощение газов твердыми веществами, напри­мер ионообменными материалами.
Перевод газообразных примесей с помощью специальных до­бавок в твердое или жидкое состояние с последующим их выделе­нием из газа.
Сернистые газы предприятий цветной металлургии, не пригод­ные для производства серной кислоты, нужно обязательно обез­вреживать с использованием поглощенной серы для получения ценных серосодержащих продуктов.
На предприятиях медной и никелевой промышленности образу­ется большое количество технологических газов, содержащих серу в виде главным образом сернистого ангидрида S02. Содержание S02 в промышленных газах определяется видом применяемого оборудования, содержанием кислорода в дутье и уровнем гермети­зации металлургического оборудования, т. Е. Степенью подсосов воздуха через неплотности (табл. 10).
Важным условием для решения задач повышения комплексности использования перерабатываемого рудного сырья и охраны окру­жающей среды является утилизация серосодержащих газов.
Основным методом утилизации серосодержащих газов на пред­приятиях цветной металлургии является производство из н
ой кислоты. При этом следует иметь в виду, что себестоимость 1 т серной кислоты, получаемой из металлургических газов, на 30—40% ниже себестоимости кислоты, получаемой на химических заводах из пиритных концентратов или элементарной серы.
Таблица 10. Характеристика отходящих сернистых газов процессов медной и никелевой технологии на выходе из металлургического агрегата

Вид агрегата	Темлература, °С	Запыленность, Г/м3	Содержание SO2, % (объемы.)
Обжиговые печи КС	650—П 00	До 1500	12—14
Многоподовые обжиговые печи . .	400-600	10—35	5—7
Шахтные печи	350—550	10—15	До 7
Отражательные печи Печи автогенных плавок (на кис-	1200—1400	50-90	0 Сл 1 Со О
Дородном дутье)	1200—1350	До 400	70-75
Конвертеры	До 1200	3—8	2,0—3,5
Электропечи	400—600	10—15	1,5—4,0

Основным признаком, определяющим возможность использо­вания металлургических газов для производства серной кислоты, является объемная концентрация в них SO2. В настоящее время на металлургических заводах для этой цели используют газы, со­держащие не менее 3,5—4% SO2. Газы с меньшим содержанием S02 требуют специальных приемов обработки для извлечения из них серы. Одним из таких приемов является их предварительное подкрепление добавкой богатых по S02 газов других металлурги­ческих агрегатов или газов, полученных при специально организо­ванном сжигании элементарной серы.
Подсчитано, что в настоящее время для непосредственного ис­пользования в сернокислотном производстве пригодно около 70% газов медных заводов и всего 10% газов никель-кобальтовой промышленности. На отечественных предприятиях цветной метал­лургии производство серной кислоты осуществляют главным обра­зом по классической контактной схеме, предусматривающей окис­ление S02 до S03 кислородом с последующим присоединением воды по реакциям:
SO2 + V2O2 = SO3; | (34)
Soj + Н20 = H2SO4. >
Сернистый ангидрид непосредственно с кислородом практически не реагирует даже при повышенных температурах. Поэтому для интенсификации процесса окисления используют катализатор. На отечественных предприятиях цветной металлургии в основном ис­пользуют ванадиевые катализаторы типа БАВ (барий-алюмо-вана- диевый) и СВД (сульфо-ванадиевый на диатомите). Катализатор БАВ представляет собой смесь, отвечающую примерно формуле nv205 • 12Si02 • 0,5А12О3 • 2К20 • звао • лкс1 (~8% V205).
Примерный состав СВД можно выразить формулой 35БЮ2 • V2O5X X 3K20 • 6S03 (6—7% V205). Катализаторы готовят в виде гра­нул, таблеток и колец.
Важнейшее условие надежной работы сернокислотного цеха — обеспечение его стабильным потоком газа с достаточной концентра­цией S02.
Металлургические газы, поступающие на контактную серно­кислотную установку, должны быть тщательно очищены от пыли и таких вредных химических примесей, как туман серной кислоты, соединения мышьяка, селен, фтор и др.
Специальные технологические приемы, обеспечивающие отбор газа в производстве серной кислоты, его охлаждение, очистку, подготовку газа к окислению на катализаторе и абсорбцию, следует применять с учетом различных специфических особенностей основ­ного производства. ¹
Газ



Рис. 29. Технологическая схема производства серной кислоты контактным способом (с контактирова­нием в одну стадию):
1 — сухой электрофильтр; 2 — первая промывная башня; 3 — вторая промывная башня. 4 ~ первая ступень мокрых электрофильтров; .5 — увлажнительная башня; 6 — вторая ступень мокрых электро­фильтров; 7 сборники промывной кислоты; 8 — холодильники кислоты. 9 - сушильная башня;
10 — брызгоуловители; II — газодувка; 12 - контактный аппарат; 13 - горячий теплообменник; 14 - холодный теплообменник; 15 - олеу.мный абсорбер; 16— моногидратный абсорбер

Контактное окисление S02 в серный ангидрид SO3.

Поглощение (абсорбция) серного ангидрида олеумом и 98%-ной серной кислотой и складирование готовой продукции.

Контактное окисление сернистого ангидрида — одна из дорогих операций, связанных со значительными энергозатратами для рабо­ты

Турбогазодувок, транспортирующих газ через всю систему. По занимаемому объему контактные аппараты не превышают 10% от общего оборудования цеха. Они просты в обращении и при постоянных условиях подготовки газа и постоянной концентрации сернистого ангидрида, а также при обеспечении хорошей очистки от контактных «ядов» могут работать длительное время без на­блюдения.
Степень контактирования (полнота окисления S02 в SO3) является важнейшим показателем работы не только контактной системы, но и всего сернокислотного производства.
В проточную контактную систему после специальной очистки поступает холодный газ с температурой 40—70 °С. Он подается газодувкой вначале в теплообменник для подогрева. Далее газ поступает в контактный аппарат, заполненный ванадиевым ката­лизатором.
Нагревание газа в теплообменнике до температуры «зажигания» катализатора (температуры, при которой данный катализатор на­чинает заметно ускорять процесс окисления S02 в S03) осущест­вляется теплом горячего газа, выводимого для этого в теплооб­менник из контактного аппарата (обычно поступающий на контак­тирование газ нагревается до 430—450 °С).
Реакция окисления S02 в S03 — экзотермическая. Количество выделившегося тепла зависит от концентрации компонентов газо­вой смеси. При концентрации S02 с газовой смеси на входе в контактный аппарат не менее 3,5% процесс контактного окисления протекает без поступления тепла извне (автотермично). Если кон­центрация S02 недостаточна для того, чтобы обеспечить автотер- мичность процесса, то газ перед поступлением в контактный аппа­рат необходимо предварительно .нагревать в подогревателе (что нежелательно). Чем выше концентрация S02 в газе, тем больше выделяется тепла на единицу объема газа. Это тепло расходуется на нагрев газа, поступающего в контактный аппарат из сушиль­ного отделения.
Для обычных контактных систем оптимальная концентрация S02 в газе составляет 7,0—7,5%. Количество газа, пропускаемого через систему, зависит от проектной мощности контактного ап­парата.
При температуре выше 620 °С активность ванадиевых катали­заторов быстро снижается. Поэтому в тех случаях, когда не обес­печивается отвод избыточного тепла экзотермической реакции окисления S02 в S03, контактный узел выходит из строя.
В промышленных аппаратах активность ванадиевых катализато­ров со временем снижается. Катализатор полностью или частично заменяют каждые 3—5 лет, хотя при хорошей очистке газов и устойчивом температурном режиме активность катализатора может сохраняться в течение 10—15 лет.
Проконтактировавшая газовая смесь охлаждается в теплооб­менниках и поступает в абсорбционное отделение, где происхо­дит поглощение SO3 из газа олеумом и концентрированной серной кислотой в олеумном и моногидратном абсорберах. После освобож­дения от брызг серной кислоты в брызгоулавливателе газ выбра­сывается в атмосферу через выхлопную трубу.
Накапливаемые в сушильном отделении кислоту и в абсорбцион­ном отделении олеум выводят на склад готовой продукции и от­гружают потребителям.
Обычный контактный способ производства серной кислоты, не­смотря на использование новой современной аппаратуры и автома­тики, практически не обеспечивает степень контактирования выше 95—96%; лишь на отдельных контактных системах достигается 97,6—98,0%. Неокисленный сернистый ангидрид выбрасывается в атмосферу с отходящими газами сернокислотной установки.
Наиболее радикальным способом, позволяющим значительно со­кратить вредные выбросы в атмосферу, является использование контактной схемы с двойным контактированием и промежуточной абсорбцией серного ангидрида (процесс ДК.-ДА), которая обеспе­чивает общую степень превращения S02 в S03 99,5—99,8%, а содержание S02 в отходящих газах снижается до 0,02—0,05%.
Сущность метода ДК-ДА состоит в том, что процесс окисления сернистого газа на катализаторе проводят в две стадии, причем после первой стадии (степень окисления 90—95%) образовавшийся серный ангидрид поглощается в отдельном абсорбере (промежу­точном). Это ведет к возможному сдвигу реакции окисления S02 вправо и увеличению соотношения 02 к S02 в оставшемся слабо­сернистом газе.
Улучшение условий последующего превращения во второй ста­дии контактирования приводит к увеличению степени превращения S02 в S03 до 99,5—99,8%.
Принципиальная схема с температурными параметрами ведения процесса окисления по методу двойного контактирования показана на рис. 30.
Схема не отличается особыми приемами ведения процесса и основана на тех же законах, по которым ведется процесс по про­стому методу. Газ, пройдя соответствующую температурную под­готовку в наружном теплообменнике / и выносных теплообменни­ках 2 и 3, поступает на первую стадию контактирования контакт­ного аппарата 8. .
Первая стадия окисления S02 осуществляется обычно на первых трех слоях катализатора контактного аппарата и лишь при перера­ботке газа с пониженной концентрацией — на первых двух слоях.
Вторая стадия осуществляется на одном слое и в некоторых случаях при переработке концентрированных газов — на двух слоях.
Перед поступлением на вторую стадию контактирования, т. Е. На IV слой контактного аппарата 8, газ после III слоя охлаждаетсяВ теплообменнике , проходит промежуточный абсорбер 6, где из газа абсорбируется SO3, и вновь нагревается в теплообменни­ках 5 и 3.
После прохождения последнего слоя катализатора газ через теплообменник 5 направляется в конечный абсорбер 7, а затем (будучи уже очищенным) выбрасывается через выхлопную трубу в атмосферу.



34-5°с