СЕРНИСТЫЙ ГАЗ ИЗ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

В различных промышленных процессах в качестве побочного продукта образуется отработанная серная кислота разной концентрации, содержащая органические и неорганические примеси. Отработанная кислота, содержащая органические примеси, получается, например из серной кислоты, используемой в процессах алкилирования при нефтепереработке, а также из серной кислоты, применяемой для сульфирования, сульфонирования и нитрования.

Отработанная серная кислота, содержащая неорганические примеси, получается, например, при гидрометаллургическом выщелачивании, травлении металлов, в процессе производства пигмента на основе диоксида титана и т. п. Отработанная серная кислота образуется в больших количествах и при ее удалении возникают серьезные проблемы. Одним из путей утилизации таких^ отработанных растворов является получение из них сернистого газа.

Процесс, разработанный Т. С. Харрером, В. И. Керсеем и Р. Л. Cmypme- вантом (патент США 4 053573, 11 октября 1977 г.; фирма «Эллиед Кемикал Корпорейшт), предназначен для извлечения серы в виде сернистого газа из отработанной серной кислоты путем разложения последней при повышенной температуре в присутствии элементарной серы.

Процесс включает следующие стадии: I. Введение отработанной серной кислоты в расплав серы, имеющий температуру gt;-250 0C, в результате чего образуется газовая смесь, состоящая из сернистого газа, паров элементарной серы и воды. Охлаждение газовой смеси до температуры, превышающей температуру плавления серы, но ниже 160 °С, для конденсации элементарной серы, отделение сконденсировавшейся серы и возврат ее в резервуар с расплавленной серой. 3. Дальнейшее охлаждение газовой смеси для конденсации воды и отделение сконденсировавшейся воды.

Схема процесса представлена на рис. 157. Применяемая аппаратура состоит из реактора 2, конденсатора серы 5, сепаратора серы 10, вентилей для регулировки давления 12 и 12а, сушильной башни 13, колонны 16 для отпарки сернистого газа с обратным холодильником 19, дополнительного реактора 21, циркуляционного насоса 22, нагревателя серы 24 и горелки для сжигания серы 28, а также соответствующих трубопроводов и дополнительного оборудования.

Реактор 2 представляет собой закрытый сосуд с мешалкой и внутренними перегородками и содержит 30000 частей (по массе) расплавленной серы, имеющей температуру 370 °С. Отработанная кислота из процесса алкилирования подается в реактор 2 по линии I со скоростью 9840 частей/ч, что соответствует количеству серной кислоты 9212 частей/ч; кроме того, поступает 314 частей/ч органических материалов и 314 частей/ч воды.

Одновременно по линии 3 в реактор подается 4480 частей/ч расплавленной серы. В реакторе 2 и сообщающемся с ним оборудовании поддерживается давление ~0,7 МПа. Отработанная кислота, поступающая в реактор, разлагается, причем образуется, частей/ч: сернистого газа 8350; воды 2360 и углерода 269.

Газообразный продукт из реактора 2 по линии 4 подается в конденсатор серы 5, представляющий собой трубчатый теплообменник, в котором газовый поток охлаждается до ~ 140 °С, в результате чего конденсируется 2668 частей/ч серы. Образовавшуюся серу отделяют от газового потока в сепараторе 6, после чего ее возвращают в реактор 2 по линии 7. Сепаратор серы 6 представляет собой полый сосуд, из иижней части которого отводится жидкая сера, а газ выходит через верх сосуда.

После конденсации серы газовый поток, содержащий сернистый газ, по линии 8 направляют в водный конденсатор 9, также представляющий собой трубчатый теплообменник, в котором газ охлаждается до температуры ~35°С. Вода конденсируется со скоростью 2019 частей/ч. Вместе с водой из конденсатора 9 выводится с^220 частей/ч растворенного сернистого газа.

Воду и газ из конденсатора 9 подают в сепаратор 10, где происходит разделение водной и газовой фазы. Газовая фаза, выводимая из сепаратора 10 через веитиль 12, содержит 90—100 % SO2; остальное количество приходится на оксид и диоксид углерода и водяной пар. В случае необходимости газ, выходящий через вентиль 12 по линии 11, может быть подвергнут сушке, например концентрированной серной кислотой в башне 13, а затем выведен из системы по линии 14.

Рис. 157. Схема процесса выделения сернистых соединений, содержащихся в отработанной серной кислоте, в виде диоксида серы

Воду, отделенную в сепараторе 10, выводят из него через вентиль 12а и по линии 15 подают в колонну для отпарки сернистого газа 16, соединенную линией 18 с обратным холодильником 19. После удаления сернистого газа воду из колонны 16 по линии 17 сбрасывают в канализацию. Сернистый газ, отделенный в отпарной колонне 16, проходит через обратный холодильник 19 и может быть смешан с газовым потоком, выходящим через вентиль 12.

Расплавленная сера непрерывно отводится из реактора 2 по линии 20 со скоростью ^290400 частей/ч и поступает в дополнительный реактор 21 емкостью =;290400 частей; таким образом, время пребывания серы в реакторе 21 составляет ч. Сернистый газ,образующийся в реакторе 21, по линии 8а подается в линию 8, где смешивается с потоком газа, проходящим из реактора 2 в водный конденсатор 9.

Сера из реактора 21 выводится с помощью циркуляционного насоса 22, после которого поток серы разделяется на два потока.

Первый поток, содержащий 287108 частей/ч серы, по линии 23 подают в нагреватель серы 24, представляющий собой трубчатый теплообменник, где сера нагревается горячими газами, образующимися при сгорании серы в горелке 28, до температуры ~425 °С, а затем возвращается в реактор 2 по линии 25.

Второй поток, содержащий 3300 частей/ч серы, по линии 26 подают к горелке 28, где происходит сжигание в токе воздуха, поступающего по линии 27. В продуктах сгорания содержится ~ 13,4 % (объемн.) сернистого газа. Газообразный продукт по линии 29 направляют в теплообменник 24, где он используется для нагревания серы. Из теплообменника газ выходит по линии 30; он может быть

использован в качестве сырья для производства серной кислоты контактным методом.

Сжигание серы, выводимой из реактора 2, способствует удалению углеродсодержащего остатка, который накапливается в ходе процесса в расплаве серы, находящемся в реакторе 2. При проведении процесса давление в системе (до вентилей 12 и 12а) составляет 0,7 МПа.