УСТАНОВКА БАШЕННОГО ТИПА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Советский патент 1934 года по МПК C01B17/86 

В настоящее время является установленным тот факт, что интенсивность продуцирующих башен, в частности Гловера, т.е. образование серной кислоты в них находится в прямой зависимости от: 1) интенсивности орошения, 2) крепости нитрозы и 3) увеличения соприкосновения газовой среды с жидкостью. Эти факторы являются решающими для интенсивности образования серной кислоты и представляют собою принципиальную сторону башенного процесса. Это прежде всего подтверждается фактическими данными работающих башен.

Это положение делает необходимым с несомненностью признать, что процесс в башнях идет преимущественно в жидкой фазе и что этому с наибольшей вероятностью отвечает теория Лунге, выраженная реакциями:

1) 2HNOSO₄ + O₂ + 2H₂O = 3H₂SO₄ + 2NO

2) 2SO₂ + 2NO + 3О+H₂O = 2HNOSO₄

3) 2HNOSO₄ + H₂O = 2H₂SO₄ + NO + NO₂

Сказанное делает необходимым смотреть на Гловер, как на аппарат, в котором происходят не газовые реакции:

1) SO₂ + NO₂ + H₂O = H₂SO₄ + NO

и 2) 2NO + O₂ = 2NO₂,

и не дессорпция окислов азота, как то предполагают многие, а как на аппарат, в котором происходит взаимодействие жидкости с газами с образованием и распадом нитрозилсерной кислоты в жидком виде. Это и должно определять основные конструктивные формы башен и с этой точки зрения должны быть рассмотрены основные технологические факторы процесса образования серной кислоты в башнях.

Исходя из опытов и материалов в работе на башенной системе, из экспериментально-опытных данных, собранных за последнее время, а главное, основываясь на принципиальных соображениях, высказанных выше, была поставлена задача переработки всего количества SO₂ в одной продукционной башне: 1) путем введения богатого орошения, определяемого способом, указанным ниже, 2) максимально допустимым повышением концентрации нитрозилсерной кислоты в орошаемой жидкости, 3) наибольшим распылением орошающей кислоты с максимальным заполнением ею всего реакционного объема башни, 4) обеспечением низких температур как поступающих газов, так и орошающих кислот и, наконец, 5) определением более отвечающих необходимости размеров диаметра и высоты продукционной башни.

В практике неизменно наблюдается, что максимальное поглощение окислов азота в Гей-Люссаке зависит, главным образом, от крепости орошающей кислоты и низкой температуры. Полному же поглощению окислов должно отвечать эквивалентное отношение NO и NO₂, так как поглощение окислов в Гей-Люссаке идет по реакции NO + NO₂ + 2H₂SO₄ = 2HNOSO₄ + H₂O с образованием нитрозилсерной кислоты. Крепость орошающей кислоты должна быть не ниже 61°, что обеспечит максимальное поглощение окислов азота и громадное уменьшение потери их в атмосферу. Указанная концентрация орошающей Гей-Люссак кислоты, при условии, что продукционная башня играет исключительную роль производителя серной кислоты с богатым питанием водой, может быть достигнута включением в систему перед продукционной башней концентратора, который может быть построен по принципу сатуратора Кеслера. Введение такого рода концетратора даст возможность получить кислоту крепостью свыше 61° и сделает возможным более выгодно регулировать крепость кислот в системе и тем самым предоставить широкую возможность в установлении рациональной системы орошения башен. Кроме того, положительная роль этого концентратора будет заключаться еще в том, что в нем будет происходить очистка газа, идущего от пыльных камер к продукционной башне, в то же время понижая их температуру. Как то, так и другое будет иметь весьма положительное влияние на работу первой башни. Как было указано, наиболее полному поглощению NO и NO₂ отвечает эквивалентное отношение, из продукционной же башни газы выходят с некоторым преобладанием NO над NO₂. Это ставит задачу окисления NO в NO₂ до эквивалентного отношения, и тем самым подготовит их максимальное поглощение в Гей-Люссаке с образованием нитрозилсерной кислоты согласно уравнению:

NO + NO₂ + 2H₂SO₄ = 2HNOSO₄ + H₂O.

Этой задаче больше всего будет отвечать предлагаемая окислительная башня, типа окислительных башен азотных заводов, описание и работа которой будут даны ниже. Кроме того, эта башня будет поглощать некоторое количество окислов азота, давая азотную кислоту, направляемую потом на продукционную башню, а также может служить хвостовой башней для продукционной башни и перерабатывать незначительные остатки не поглощенного в первой башне SO₂.

Вся совокупность изложенных выше принципиальных соображений дает основание сделать практические выводы по реконструкции башенной системы производства серной кислоты.

Ниже дается описание всей предлагаемой установки в целом.

Прилагаемая схема иллюстрирует это описание.

Система предполагает печи Юшкевича 1 с повышенным содержанием SO₂ до 10% объемных при содержании кислорода около 6%. В настоящем процессе концентрация SO₂ имеет преимущественное значение перед степенью избытка кислорода, тем более, что окисление NO в NO₂ переходит в окислительную башню, куда кислород может быть подсосан из воздуха и таким об разом добавочно введен в систему.

Из печей газ направляется в пыльную камеру 2 с автоматически встряхивающимися железными листами или т.п.

Основное назначение концентратора 3, куда поступают газы из пыльной камеры, заключается в концентрации вытекающей из продукционной башни кислоты до 61°, с тем, чтобы крепкой серной кислотой питать Гей-Люссак и тем самым обеспечить ему наиболее полное поглощение окислов азота, как о том подробно было сказано выше. Кроме того, такая крепость кислоты устраняет всякие сомнения относительно применения железных Гей-Люссаков и делает возможным применение железных холодильников и чугунных насосов в цепи от концентратора до Гей-Люссаков. По своему устройству концентратор представляет собой тип сатуратора концентрационной установки Кеслера. Газ поступает в концентратор при температуре не ниже 600° и охлаждается до 150-200° и при этой температуре поступает на продукционную башню 5.

Продукционная башня 5 сооружается из железа с внутренней кислотоупорной футеровкой. Она должна переработать все поступающее в нее количество SO₂. Количество орошения определяется количеством нитрозилсерной кислоты, потребным для окисления SO₂, и составляет от количества нитрозилсерной кислоты, потребного на разложение всего количества SO₂, вводимого в систему, что превосходит в 5-7 раз принятую теперь норму 30 м³ (против 4-5 м³). Вводимое количество орошающей кислоты с нитрозой 2-3% N₂O₃ несомненно сдвинет денитрацию к самому низу башни, сделает более низкой и равномерной температуру и тем самым заставит башню работать полностью в более благоприятных условиях. Все это вместе взятое обеспечит многократное повышение производительности башни с переработкой всего SO₂ в продукционной башне.

Концентрация нитрозы принята 2-3% N₂O₃. Такое повышенное содержание окислов азота обеспечивает высокую производительность системы. Опасение относительно повышенной коррозии аппаратуры не стоит преувеличивать, так как первая башня должна быть тщательно футерована, что предохранит внешнюю железную оболочку. Что касается газоходов, то таковые в данных условиях предпочтительно делать чугунными.

Наибольшее соприкосновение жидкостей с газами должно быть обеспечено прежде всего равномерным распределением кислоты по живому сечению башни, что может быть достигнуто простой лоточной системой, так как распределение кислоты разбрызгивателями при наличии насадки в башне вряд ли может быть особо эффективным, так как распределение кислоты и степень ее распыления определяется насадкой. Этим условиям будет отвечать набивка трехгранными кислотоупорными брусками.

Далее газы поступают в окислительные башни 6, представляющие собой не что другое, как окислительную башню азотных заводов. Материалом для нее служит специальная сталь без футеровки с хорошей теплоотдачей через свою большую поверхность, добавочно охлаждаемую снаружи водой. Башня орошается слабой азотной кислотой в количестве, необходимом для пополнения потерь азотной кислоты системой. Скопляющаяся на дне башни жидкость подается на орошение продукционной башни. Как указано выше, назначение этой башни - окисление NO в NO₂ до эквивалентного отношения NO и NO₂, которые, хорошо охлажденные, поступают на Гей-Люссак 7. Кроме того, эта башня поглощает часть окислов с образованием азотной кислоты; что облегчает работу Гей-Люссака; и интенсифицирует работу продукционной башни.

Гей-Люссак 7 представляет собою железную башню, нефутерованную снаружи, орошаемую водой, с наполнением или по типу продукционной башни или кварцем, однако с тем расчетом, чтобы обеспечить оптимальное отношение между реакционным объемом и орошающей поверхностью. Обильное орошение почти полностью денитрированной кислотой, а главное, высокая (61°) крепость орошающей кислоты, близкая к эквивалентному отношению содержания NO и NO₂ в газах, при хорошо охлажденных газах и орошающей кислоте, при добавочном охлаждении водой снаружи, - все это обеспечивает быстрое и полное поглощение окислов азота с образованием нитрозилсерной кислоты, что позволит одному Гей-Люссаку справиться с задачей поглощения всех окислов с минимальной их потерей в атмосферу.

Из Гей-Люссака газы поступают в напорный бачок 8 для орошающих кислот, где барбатируют через слой крепкой кислоты и тем самым оставляют там почти все окислы азота.

Возможные в том или другом случае хвосты SO₂ будут, как уже указано, поглощены в окислительной башне 6. Что же касается денитрации кислоты, то таковая принимается в расчетах до 0,2%. Для полной денитрации отбираемой продукции ставится, так называемая, продукционная колонка 4, на которую подается кислота в количестве, равном суточной выработке моногидрата, где она денитрируется поступающими в колонку газами, идущими по пути от концентратора 3 к продукционной башне 5. Колонка свинцовая, с тщательным распылением кислоты дюзами или с набивкой кольцами Рошига

Как видно из схемы, ток газа идет последовательно по всем аппаратам системы. Орошение ясно видно из схемы. Характерным в данной схеме орошения является то, что продукционная башня орошается максимально нитрозной кислотой, а Гей-Люссак - кислотой денитрированной и максимальной крепости 61°. Эти два характерных условия наряду с другими обеспечивают полную переработку SO₂ продукционной башни и максимальное поглощение окислов азота Гей-Люссака.

Установка башенного типа для производства серной кислоты, включающая пыльные камеры, башню Гловера, орошаемую избытком нитрозилсерной кислоты высокой концентрации и башню Гей-Люссака, отличающаяся тем, что между концентратором и единственной башней Гловера установлена продукционная колонка, предназначенная для денитрации серной кислоты, поступающей из башни Гловера, а между башней Гловера и единственной башней Гей-Люссака установлена окислительная башня, предназначенная для окисления части NO в NO₂, с целью получения этих окислов азота в эквимолекулярных количествах.