Абсорбция серного ангидрида
Последней стадией производства серной кислоты контактным способом является извлечение серного ангидрида из газовой смеси и превращение его в серную кислоту. Эта операция основана на абсорбции серного ангидрида серной кислотой в башнях, называемых абсорберами. Вначале серный ангидрид растворяется в кислоте, а затем взаимодействует с находящейся в ней водой:
n SO3 + Н2О = H2SO4+ (n— 1)SO3. (91)
В зависимости от соотношения воды и серного ангидрида получают продукты различной концентрации. При n >1 образуется олеум, при n =1-моногидрат (100%-ная H2SO4), а при n <1 - водный раствор серной кислоты или разбавленная кислота. После абсорбции газовая смесь удаляется в атмосферу. Если процесс абсорбции был неполным, то с газовой смесью в атмосферу сбрасывается и SO3, увеличивая загрязнение воздушного бассейна.
Газообразный серный ангидрид наиболее полно улавливается серной кислотой с концентрацией 98,3%. Степень абсорбции зависит также и от температуры серной кислоты. Чем ниже температура, тем выше степень абсорбции. При обработке газа, содержащего SO3, серной кислотой с концентрацией менее 98,3% часть серного ангидрида соединяется с парами воды, выделяющейся из серной кислоты, и образует сернокислотный туман, который заметен на выходе из выхлопной трубы абсорбера. Чем ниже концентрация серной кислоты и выше ее температура, тем больше образуется сернокислотного тумана.
При обработке газа кислотой более высокой концентрации серный ангидрид поглощается неполностью, так как из такой кислоты выделяется SO3. В этом случае отходящие газы выносят в атмосферу пары SO3, которые с влагой воздуха также образуют сернокислотный туман. Таким образом, в обоих рассмотренных случаях отклонение от оптимальной концентрации кислоты ухудшает абсорбцию серного ангидрида и в атмосферу выделяется сернокислотный туман.
Обычно серный ангидрид поглощается из газов в двух последовательно соединенных абсорберах: первом - олеумном - и втором - моногидратном. Из контактного отделения газ поступает в олеумный абсорбер, орошаемый олеумом, содержащим 20% SO3(своб), в котором поглощается примерно 1/3 серного ангидрида. При поглощении серного ангидрида олеум нагревается за счет тепла поглощения SO3. Концентрация его увеличивается до 21-22% S03(своб). Горячий концентрированный олеум вытекает из абсорбера в сборник, куда добавляют небольшое количество моногидрата для разбавления его до начальной концентрации 20% S03(своб). Из сборника одна часть олеума вновь направляется на орошение абсорбера, а остальную передают на склад или используют для получения концентрированной кислоты. В олеумном абсорбере улавливается не весь серный ангидрид. Поэтому газ из него поступает в моногидратный абсорбер, орошаемый 98,3%-ной H2SO4 (моногидратом).
При поглощении серного ангидрида кислота нагревается и концентрация ее повышается до 98,7-99%. Из моногидратного абсорбера кислота сливается в сборник, в который добавляют кислоту из сушильной башни или воду для разбавления до начальной концентрации 98,3%. Горячая кислота из сборника перекачивается в оросительный холодильник и затем вновь поступает на орошение моногидратного абсорбера. Часть моногидрата непрерывно подают в сушильную башню. Газы из моногидратного абсорбера проходят брызгоуловитель и затем фильтры для улавливания сернокислотного тумана. После этого газы выпускают в атмосферу.
Олеумный абсорбер выполнен в виде стального вертикального цилиндра с насадкой из керамических или стальных колец (олеум не разрушает сталь), уложенных на колосниковую решетку, смонтированную из стальных балок. Внутри абсорбера имеются различные устройства для равномерного распределения газа по сечению аппарата. Моногидратный абсорбер устроен так же, как и сушильная башня. Обычно на 1 т/ч продукции требуется от 600 до 1000 м2 насадки в олеумном абсорбере и до 1200 м2 насадки в моногидратном. Необходимая плотность орошения составляет соответственно 10-12 и 25 м3 на 1 м2 сечения абсорбера.
Для обеспечения высокой степени абсорбции серного ангидрида необходимо поддерживать определенную температуру орошающих кислот. Это делается путем пропускания горячих кислот через холодильники различных конструкций.
С целью снижения температуры абсорбции газовую смесь, выходящую из контактного аппарата и содержащую серный ангидрид, также дополнительно охлаждают в ангидридных холодильниках. По своей конструкции ангидридные холодильники подобны теплообменникам. Обычно по трубам сверху вниз движется газ, поступающий из контактного отделения с температурой около 200° С, а в межтрубном пространстве - охлаждающий воздух или вода. Недостаток ангидридных холодильников, орошаемых водой, заключается в возможности проникновения воды в трубы через неплотности в развальцовке и образовании разбавленной серной кислоты с сильно корродирующими свойствами.
При переработке обжиговых газов на серную кислоту из цинковых концентратов извлекают серу - второй по содержанию в сырье компонент. На каждую 1 т товарного цинка производится 1,4-1,5 т серной кислоты. На отечественных цинковых заводах серную кислоту выпускают по ГОСТ 2184-77.
Как указывалось выше, шлам мокрых электрофильтров является коллектором селена, а также ртути. Согласно техническим условиям шлам в зависимости от содержания в нем селена классифицируется на шесть марок. В первых пяти марках нормируется только селен, которого должно быть соответственно не менее 50, 35, 20, 3 и 1,5%. В шестой марке селен не нормируется, но содержание ртути должно быть не менее 5%. Таким образом, утилизация обжиговых газов позволяет извлекать из цинковых концентратов три сопутствующих цинку компонента; серу в товарную продукцию, селен и ртуть - в полупродукты.