И извлечение попутных компонентов

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ГЛАВА VIII

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛУПРОДУКТОВ

И ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОПУТНЫХ КОМПОНЕНТОВ

Для извлечения попутных компонентов из полупро­дуктов и отходов производства на цинковых заводах соз­даются соответствующие переделы, назначение кото­рых - обеспечить комплексное использование цинкового сырья. К таким переделам относятся: вельцевание цин­ковых кеков, производство серной кислоты, производство кадмия, редкометальное производство. Решению задачи более полного и комплексного использования сырья слу­жит также организация комбинированного свинцово-цинкового производства, на котором полупродукты и отхо­ды цинкового и свинцового заводов в зависимости от их состава поступают на переработку в то или иное произ­водство.

§ 1. Получение серной кислоты из газов обжиговых печей

Общие сведения

Использование отходящих газов обжиговых печей ки­пящего слоя в производстве серной кислоты имеет боль­шое народнохозяйственное значение как для повышения эффективности цинкового производства, так и для охра­ны окружающей среды. Себестоимость серной кислоты, получаемой из обжиговых газов, почти в два раза ниже, чем на заводах химической промышленности, где для производства кислоты используются элементарная сера, серный колчедан или пиритный концентрат.

Получение серной кислоты наиболее современным и широко распространенным контактным методом основа­но на окислении газообразного сернистого ангидрида кислородом воздуха в присутствии катализатора по ре­акции

SO₂ + 0,5O₂ = SO₃. (89)

Полученный серный ангидрид при соединении с во­дой образует серную кислоту:

SO₃ + Н₂О = H₂SO₄. (90)

При избытке или недостатке воды получаются соот­ветственно водный раствор серной кислоты или олеум (моногидрат, содержащий растворенный серный ангид­рид в свободном виде).

Технология производства серной кислоты контактным методом состоит из следующих основных стадий:

1) получение сернистого газа;

2) очистка газа от примесей;

3) окисление сернистого ангидрида в серный ангид­рид;

4) абсорбция серного ангидрида.

Первая стадия - получение сернистого газа была опи­сана ранее (в гл. II), так как она совмещается в цинко­вом производстве с обжигом концентрата. В сернокислот­ном производстве цинковых заводов технология получе­ния серной кислоты контактным способом начинается практически с очистки газа от примесей.

Очистка газа от примесей

Как говорилось выше, в сернокислотные цехи направ­ляют обжиговые газы, очищенные от пыли в сухих элек­трофильтрах. Эти газы не пригодны для получения сер­ной кислоты из-за содержания в них пыли (100 мг/м³ и более), мышьяка, фтора, селена, теллура, паров воды и других компонентов, которые пагубно действуют на кон­тактную массу (катализатор). Для выделения из газов указанных примесей их подвергают последовательной очистке различными способами. Вначале обжиговые га­зы с температурой 350-400° С обрабатывают холодной, относительно слабой серной кислотой в промывных баш­нях. При этом газы охлаждают до 30-40° С и очищают от остатков пыли. Находящийся в газах в небольшом ко­личестве серный ангидрид при понижении температуры взаимодействует с парами воды с образованием паров, а затем тумана серной кислоты. Основные вредные примеси (As₂O₃, SeO₂, ТеО₂) при промывке частично раство­ряются в серной кислоте, но большая часть их переходит в сернокислотный туман.

Обычно очистку газов путем орошения их серной кис­лотой осуществляют в двух промывных башнях. В пер­вой башне промывку проводят 60-75 %-ной Н₂SO₄, во второй - кислотой с концентрацией 25-35%. При высо­ком содержании примесей в газе концентрация кислоты может быть более низкой.

Так как большая часть сернокислотного тумана, со­держащего вредные примеси, в орошающую серную кис­лоту не переходит, для его выделения газы подвергают двукратной очистке в мокрых электрофильтрах. В первой группе (ступени) электрофильтров улавливается основ­ное количество туманообразных примесей. Во второй группе происходит окончательная очистка газов от при­месей. С целью улучшения условий очистки во второй группе мокрых электрофильтров газы предварительно увлажняют 5% - ной Н₂SO₄.

Освобожденный от сернокислотного тумана газ содер­жит еще большое количество воды. Для се удаления газ направляют в сушильную башню, орошаемую 93-95%-ной H₂SO₄.

В процессе промывки, увлажнения и осушки газа орошающая кислота нагревается. Для охлаждения кис­лоты до заданной температуры ее пропускают через хо­лодильники различной конструкции, охлаждаемые водой или воздухом. Кроме того, концентрация орошающей серной кислоты при орошении промывных башен повы­шается, а при орошении сушильных башен понижается.

Для поддержания концентрации серной кислоты на заданном уровне в первом случае в систему орошения непрерывно подают воду. Образующийся избыток стан­дартной серной кислоты передают на склад. Во втором случае концентрацию кислоты поддерживают добавкой олеума. Так как промывная кислота, выводимая из про­цесса загрязнена примесями, в основном мышьяком, то ее или отправляют потребителям как продукцию низко­го сорта, при необходимости предварительно закрепив до нужной концентрации, или очищают от мышьяка.

Как исключение, при наличии в обжиговых газах большого количества примесей, которые могут на после­дующих стадиях сернокислотного производства сильно загрязнять готовую продукцию, промывку газов в промывных башнях иногда производят не серной кислотой, а водой. При этом получается слабая серная кислота с большим содержанием мышьяка и других примесей. Эту кислоту периодически выводят из процесса и на­правляют на очистные сооружения. При этом в процессе ее нейтрализации неизбежно теряется определенное ко­личество серной кислоты.

Очистку газа от примесей производят, как указыва­лось выше, в промывных башнях и мокрых электрофиль­трах. Орошающую кислоту охлаждают в холодильни­ках. Первая промывная башня, в которой газ охлаждает­ся с 350-400 до 80-90° С, представляет собой полый стальной цилиндр, покрытый изнутри листовым свинцом толщиной 3-5 мм или другим кислотостойким материа­лом (полиизобутиленом, фаолитом) и футерованный кислотостойкой керамикой. Толщина футеровки в ниж­ней части башни 250-300 мм, в верхней 150-200 мм. Для равномерного распределения газа по сечению баш­ни и лучшего контакта его с орошающей серной кисло­той в нижней части башни имеется свод с центральным отверстием. На некоторых предприятиях для этой цели полую часть башни заполняют керамической насадкой. Однако насадка быстрее забивается пылыо.

Орошающую кислоту подают насосами в кольцевые коллекторы, расположенные на крышке башни, откуда она через распылители подается навстречу потоку газа, который поступает в башню через патрубок в нижней ча­сти. Благодаря высокому давлению в распылителях кис­лота разбивается на мелкие капли и образует конусооб­разную струю с большой поверхностью соприкосновения с газом. Отвод кислоты из башни осуществляется через нижний штуцер, а выпуск промытого газа - через цен­тральное отверстие в крышке.

Во второй промывной башне газ охлаждается с 80-90 до 30-40° С. Конструкция этой башни несколько от­личается от первой. Так как основная часть пыли удаля­ется из газа в первой промывной башне, во второй для лучшего контакта газа с кислотой внутренняя часть за­полняется насадкой из керамических колец. В нижней части башни уложены крупные кольца диаметром 100 -120 мм, в верхней - более мелкие диаметром 50-80 мм. Обычно кольца укладывают рядами в шахматном поряд­ке. Вверху под крышкой оставляют свободное простран­ство высотой около 1 м, где размещают распылители кислоты. Насадка опирается на колосниковую решетку из керамических или андезитовых (природный кислото­стойкий камень) плит, установленных па столбиках.

Газ поступает в башню через нижнее входное отвер­стие (коробку), проходит колосниковую решетку, подни­мается вверх, распределяясь по насадке, и выходит через штуцер в крышке башни. Орошающая газ кислота из распылителей противотоком проходит насадку сверху вниз и выпускается через штуцер в нижней части баш­ни. Размеры промывных башен колеблются в широких пределах и зависят от производительности сернокислых цехов. Плотность орошения составляет 6-10 м³/ч на 1 м² сечения башни.

Кислота из первой промывной башни перед поступле­нием в холодильники отстаивается в отстойнике для уда­ления из нее твердых частиц. Отстойник представляет собой стальной футерованный резервуар диаметром до 10 м и высотой 1,2-1,5 м. Кислоту подают в верхнюю часть отстойника с одной стороны и выпускают с проти­воположной. Оседающий шлам, содержащий ртуть, се­лен и другие элементы, по мере накопления выгружают при чистке отстойника.

Для охлаждения кислоты служат различные типы хо­лодильников, изготовленных из кислотостойких материа­лов. Одним из неметаллических материалов является антегмит (графит).

Количество образующейся в промывных башнях сер­ной кислоты при промывке обжиговых газов обычно не превышает 1-2% от общего производства кислоты. Кон­центрация промывной кислоты зависит от содержания серного ангидрида и паров воды в газах, а также от ре­жима работы отделения очистки газов.

Мокрая электрическая очистка газов осуществляется в двух ступенях (группах) электрофильтров и промежу­точной увлажнительной башне. Каждая ступень включа­ет несколько (2-3) параллельно работающих аппаратов. При такой системе можно отключать один из аппаратов на периодическую промывку. Большинство заводов обо­рудовано трубчатыми или сотовыми электрофильтрами, состоящими из различного числа труб или ячеек.

В первой ступени электрофильтров осаждаются наи­более крупные капли сернокислотного тумана. Для выде­ления оставшихся мелких капель газы перед поступлени­ем во вторую ступень электрофильтров увлажняют, как сказано выше, слабой серной кислотой в увлажнитель­ной башне. Выходящая из электрофильтров кислота по­ступает в общий сборник, а шлам, содержащий иногда до 50% селена, собирается отдельно для последующей переработки. Электрофильтры первой ступени промывают (пропаривают) два-три раз в месяц, аппараты второй ступени - один - два раза в месяц.

Основным показателем качества очистки газа в мок­рых электрофильтрах является отсутствие сернокислот­ного тумана в газе, выходящем из второй ступени элек­трофильтров. Так как анализ газа на содержание тума­на и мышьяка требует много времени его производят обычно один раз в смену. Для более частого визуального контроля чистоты газа на прямых участках газохода от мокрых электрофильтров до сушильных башен устраи­вают смотровые глазки со стеклами, за которыми на оп­ределенном расстоянии в газоходе помещают электриче­ские лампочки. Если газ чистый, то лампочка видна. Ес­ли газ содержит туман, свет лампочки затемняется или становится невидимым.

Сушильная башня также выполнена из стали и футе­рована кислотостойкой керамикой. Внутреннее пространство башни заполняют керамическими кольцами, уло­женными на колосниковую решетку. В нижней части на­ходятся несколько рядов крупных колец (80-150 мм в диаметре и такой же длины). Основная масса колец име­ет размер 50х50 мм. В верхней части башни размещены отверстие для выхода газа, штуцер и распылители для кислоты. Газ поступает в нижнюю часть башни через патрубок. Кислота выпускается через нижний штуцер. Для улавливания брызг в башню встраивают брызгоуловитель или устанавливают его отдельно от нее.

Сушильная башня работает по тому же принципу противотока, что и промывные башни. Осушенный газ нагнетателем подается в контактное отделение. Основ­ным показателем работы сушильной башни является со­держание влаги в осушенном газе. Для поддержания не­обходимой концентрации орошающей кислоты в сборник сушильной башни непрерывно подают моногидрат. Одно­временно избыток сушильной кислоты выводят в абсорб­ционное отделение.