<<
>>

Производство серной кислоты

При разработке комплексной энергосберегающей схемы производства серной кислоты была использована комбинация принципов достижения максимального экономического эффекта и максимального термодинамического совершенства [1].

В качестве исходного материала была взята энерготехнологическая схема производства серной кислоты мощностью 450 кт в год контактным методом из комовой серы. Линиями такой производительности, спроектированными польской фирмой BIPROKWAS, оснащены многие сернокислотные заводы России и государств СНГ, в частности, Воскресенское ПО «Минудобрения» [1, 25].

Первоначально для данной энерготехнологической схемы был выполнен детальный расчет теплового и энергетического балансов, определены потери теплоты и эксергии в каждом технологическом аппарате, определен ряд аппаратов и стадий процесса, обладающих наибольшим термодинамическим несовершенством.

Анализ теплового баланса дал перечень следующих технологических аппаратов, обладающих наибольшими тепловыми потерями, МВт: Печь (потери через изоляцию)              0,677 Котел-утилизатор (потери через изоляцию)              1,277 Экономайзер (потери через изоляцию)              1,428 Моногидратный абсорбер 1 (потери через изоляцию) 2,428 Моногидратный абсорбер 2:

потери через изоляцию              1,120

потери с отработанным газом в атмосферу              3,415 Холодильник сушильной башни (потери в атмосферу) 3,946 Холодильник моногидратного абсорбера 1

(потери в атмосферу)              34,291 Холодильник моногидратного абсорбера 2

(потери в атмосферу)              8,392 Химические фильтры              1,209 Охладитель продувочной воды котла-утилизатора              0, 895

В сумме              59,078

Анализ эксергетического баланса дал следующие технологические аппараты, обладающие наибольшими потерями, МВт: Печь:

потери через изоляцию              0,541

технологические              15,374 Котел-утилизатор:

потери через изоляцию              1,502

технологические              9,014 Экономайзер:

потери через изоляцию              0,671

технологические              1,543 Первый слой контактного аппарата              1,115 Теплообменник ТЗ              0,917 Теплообменник Т1              1,405 Теплообменник Т4 - Т5              2,569 Моногидратный абсорбер 1:

потери через изоляцию              0,934

технологические              9,045 Холодильник моногидратного абсорбера              17,314 Моногидратный абсорбер 2:

потери через изоляцию              2,151

технологические              1,615 Холодильник моногидратного абсорбера              21,616 Редукционно-охладительное устройство (РОУ)

собственных нужд              1,133 РОУ сторонних потребителей              3,497 Смесительный подогреватель воды              0,906 Подогреватель химочищенной воды              0,673

В сумме              63,535

Характеристика неиспользуемых ВЭР производства представлена в табл.

4.4 и на рис. 4.25, графическая иллюстрация величин потерь в аппаратах технологической схемы - на рис. 4.26.

Таблица 4.4

Неиспользуемые тепловые ВЭР производства серной кислоты

Узел - источник ВЭР

Среда - носитель ВЭР

Температура, °С

Тепловая мощность источника ВЭР, МВт

Эксергетиче- ская мощность источника ВЭР, МВт

началь

ная

конеч

ная

Отстойник серы

Серный шлам

130

0

0,018

0,004

Печной фильтр

Серный шлам

145

0

0,016

0,005

Холодильник сушильной башни

Циркулирующая кислота

50

45

3,946

0,376

Холодильник моногидратного абсорбера 1

Циркулирующая кислота

90

65

34,291

7,314

Холодильник моногидратного абсорбера 2

Циркулирующая кислота

78

65

8,392

1,615

Моногидратный абсорбер 2

Отработанный

газ

70

0

3,415

0,387

Химические фильтры воды

Продувочная

вода

35

0

1,209

0,074

Охладитель продувочной воды котла-утилизатора

Продувочная

вода

183

0

0,895

0,228

Всего:

52,182

10,003

Рис.

4.25. График распределения неиспользуемых тепловых ВЭР сернокислотного производства в зависимости от температурного уровня

Следует также отметить большие мощности бесполезно циркулирующей тепловой энергии в моногидратных абсорберах и сушильной башне, а также вытекающую отсюда громоздкость и металлоемкость этих стадий. Целесообразно рассматривать вопрос об упрощении этих стадий, в частности, о совмещении ряда операций, аппаратов. Эксергетический баланс указывает на существенные потери потенциала в печи, котле-утилизаторе, первом контактном слое, абсорберах, РОУ, ряде теплообменников.

Особо следует остановиться на потоках тепловой энергии, отводимой от холодильников циркулирующих кислот в атмосферу. В холодильниках циркулирующих кислот происходит охлаждение последних от 50 до 45 °С в сушильной башне, от 90 до 65 °С в первом моногидратном абсорбере и от 78 до 65°С во втором моногидратном абсорбере. Удельный сброс тепла при этом на 1 т выпускаемой кислоты составляет 2,96 ГДж (0,71 Гкал).

Существующие холодильники циркулирующих кислот имеют большую металлоемкость, требуют специальных дорогостоящих нержавеющих сталей. Кроме этого, для охлаждения кислоты требуется значитель-

о

ное количество оборотной воды (60-80 м /т выпускаемой кислоты). Высокие температуры оборотной воды (особенно в теплое время года) отрицательно сказываются на процессе охлаждения и соответственно процессе абсорбции.


Рис. 4.26. Диаграмма потерь энергии в аппаратах

технологической схемы сернокислотного производства

Эксергетический баланс добавил несколько элементов технологической схемы, обладающих довольно высокими абсолютными потерями энергии (моногидратный абсорбер 1, РОУ, печь, котел-утилизатор). Для окончательной оценки целесообразности усовершенствования режима отдельных элементов схемы был применен коэффициент использования эк- сергии.

Результаты расчета такого коэффициента представлены в табл. 4.5 и на рис. 4.27. Коэффициент рассчитывался по следующему выражению:

где Евых и Евх - потоки эксергии на выходе и входе аппарата.

Коэффициент использования эксергии в аппаратах схемы

Таблица 4.5

Аппараты и их индексация

Коэффициент использования эксергии

Плавилка серы (П1)

0,9660

Отстойник (Б1)

0,9940

Печной фильтр (Ф1)

0,9238

Печь (П2)

0,8662

Котел-утилизатор (КУ)

0,8036

Экономайзер (Э)

0,8486

Сушильная башня (СБ)

0,9995

Сборник сушильной башни (С1)

0,9999

Холодильник сушильной башни (Х1)

0,9663

Моногидратный абсорбер 1 (МА-1)

0,9945

Сборник абсорбера 1 (С2)

0,9999

Холодильник абсорбера 1 (Х2)

0,8152

Моногидратный абсорбер 2 (МА-2)

0,9979

Сборник абсорбера 2 (СЗ)

0,9999

Холодильник абсорбера 2 (ХЗ)

0,8911

РОУ собственных нужд (Р1)

0,7732

РОУ сторонних потребителей (Р2)

0,8263

Смесительный подогреватель воды (СМ)

0,2464

Химические фильтры (Ф2)

0,9976

Охладитель продувочной воды котла-утилизатора (Х4)

0,8127

Подогреватель химочищенной воды (ПД)

0,6360

Охладитель выпара деаэратора (0)

0,9962

Деаэратор (Д)

0,9561

Первый слой контактного аппарата (КА1)

0,9811

Второй слой контактного аппарата (КА2)

0,9980

Третий слой контактного аппарата (КАЗ)

0,9997

Четвертый слой контактного аппарата (КА4)

0,9832

Пятый слой контактного аппарата (КА5)

0,9958

Теплообменник (ТЗ)

0,9549

Теплообменник (Т2)

0,9673

Теплообменник(Т1)

0,9107

Подогреватель воздуха (Т4-Т5)

0,7420

Сопоставление полных теплового и эксергетического балансов, выделение элементов схемы с наибольшими сбросами тепловой энергии в атмосферу, отбор аппаратов с наименьшим коэффициентом использования эксергии позволил составить схему декомпозиции процесса оптимизации энерготехнологической схемы данного производства. Она представлена на рис.

4.28. Оптимизация схемы и блоков строилась на принципе достижения максимального экономического эффекта.

Рис. 4.28. Схема декомпозиции процесса оптимизации

энерготехнологической схемы производства серной кислоты 1 ~

контактным методом из природном серы

На рис. 4.28: 1 - блок 1: Совершенствование процессов сжигания серы и утилизации тепла сернистого ангидрида; 2 - блок 2: Совершенствование процессов окисления SO2 в SO3; 3 - блок 3: Совершенствование процесса осушки воздуха; 4 - блок 4: Охлаждение и утилизация тепла циркулирующих потоков серной кислоты; 5 - блок 5: Совершенствование схемы получения питательной воды котлов-утилизаторов; 6 - блок 6: Совершенствование схемы распределения пара; 7 - сера твердая; 8 - приготовление жидкой серы; 9 - сжигание жидкой серы: 10 - пар; 11 - утилизация тепла SO2; 12 - подготовка питательной воды; 13 - вода; 14 - окисление SO2 в SO3 I ступень; 15 - абсорбция I; 16 - окисление SO2 в SO3 II ступень; 17 - абсорбция II; 18 - сушка воздуха; 19- воздух; 20 - серная кислота на склад

Пояснения к блокам схемы декомпозиции (см. рис. 4.28)

Блок 1: Совершенствование процессов сжигания серы и утилизации тепла сернистого ангидрида. Несовершенство процессов в печи, котле- утилизаторе и экономайзере определяется потерями теплоты через изоляцию и потерей эксергетического потенциала. Потери через изоляцию сравнительно невелики, потери же эксергетического потенциала довольно существенны. Путь термодинамического усовершенствования данных стадии видится в совмещении процессов сжигания серы и утилизации тепла горения, ведении процессов при повышенных температурах, использовании различных конструкций и методов интенсификации процессов массо- и теплообмена (например, псевдоожижениый, пенно- барботажный слои).

Блок 2: Совершенствование процессов окисления SO2 в SO3. Несовершенство процесса связано с потерей эксергетического потенциала в межступенчатых теплообменниках контактного аппарата.

Путь термодинамического усовершенствования данной стадии видится в изменении схемы распределения теплоносителей.

Блок 3: Совершенствование процесса осушки воздуха. Целесообразно рассмотреть совмещенный процесс осушки воздуха и охлаждения циркулирующих кислот.

Блок 4: Охлаждение и утилизация тепла циркулирующих потоков серной кислоты. Несовершенство процессов охлаждения циркулирующих потоков кислот определяется наиболее значительными в схеме потерями теплоты, а также потерей эксергетического потенциала.

Целесообразно рассмотреть схемы охлаждения и утилизации теплоты циркулирующих потоков кислот сушильной башни и абсорберов с передачей энергии различным потребителям (в системе химводоподготовки,

отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и т. д.). В качестве базового аппарата целесообразно использовать теплообменник с промежуточным теплоносителем.

Блок 5: Совершенствование схемы получения питательной воды котлов-утилизаторов. Несовершенство данной стадии связано с большими потерями эксергетического потенциала в подогревателях исходной и химподготовленной воды. Целесообразно рассмотреть термический метод подготовки питательной воды, а также использование в качестве греющего источника теплоты ВЭР, в частности, циркулирующих потоков серной кислоты.

Блок 6: Совершенствование схемы распределения пара. Несовершенство данной стадии связано с большими потерями эксергетического потенциала в РОУ и нерациональным использованием высокого потенциала пара в технологии. Целесообразно рассмотреть схему ступенчатого использования энергии пара.

Рассмотрение схемы декомпозиции показало, что процесс усовершенствования энерготехнологии сернокислотного производства, оставляя неизменным химизм процесса и все внутренние параметры, может затрагивать только характеристики входных и выходных показателей схемы. Этот вывод позволяет рассматривать оптимизацию схемы отдельно по каждому из шести блоков, стыкуя лишь отдельные пересекающиеся варианты.

Исходя из сопоставления теплоты и эксергии, можно заключить, что наибольший эффект при совершенствовании энерготехнологической схемы производства серной кислоты по данному методу даст использование и вовлечение в полезный цикл вторичных энергетических ресурсов, т. е. оптимизация по блоку 4. Экономически целесообразно ВЭР производства использовать для следующих целей: сбросную теплоту циркулирующей кислоты сушильной башни - для нагрева исходной воды водоподготовительной установки; сбросную теплоту циркулирующей кислоты моногидратного абсорбера 2 - для нагрева исходной и химочищенной вод водоподготовительной установки, горячего водоснабжения, термического обессоливания; сбросную теплоту циркулирующей кислоты моногидратного абсорбера 1 - для нагрева исходной и химочищенной вод водоподготовительной установки, горячего водоснабжения, термического обессоливания воды, отопления.

На основании оптимизационных расчетов была составлена новая комплексная ресурсо- и энергосберегающая схема производства серной кислоты (рис. 4.29), позволяющая существенно уменьшить тепловые выбросы и жидкие стоки.

Рис. 4.29. Комплексная схема утилизации тепла неиспользуемых ВЭР

производства серной кислоты:

АМВ - аппараты мгновенного вскипания; X - холодильник серной кислоты; ПД - пиковый подогреватель; ТПТ - теплообменник с промежуточным теплоносителем; ТП - тепловой потребитель; Б - бойлер; 1 - градирня; 2 - продувка; 3 - дистиллят; 4 - подпитка; 5 - сера; 6 - котельно-печное отделение; 7 - контактное отделение; 8 - сушильно-абсорбционное отделение; 9 - серная кислота; 10 - пар; 11 - сетевая вода; 12 - циркулирующая серная кислота; 13 - оборотная вода; 14 - горячее водоснабжение; 15 - подпиточная вода

Технико-экономические характеристики комплексной

энергосберегающей схемы сернокислотного производства

Количество утилизируемого тепла, тыс. ГДж/год (ГДж/т кислоты), в том числе:

через систему термообессоливания через систему отопления через систему горячего водоснабжения Сокращение расхода оборотной воды, млн м /год (м /т кислоты)

Сокращение стоков производства, тыс. м /год (м /т кислоты)

Дополнительные капитальные вложения

в утилизационные схемы (в ценах 1984 г.), млн. руб. Новая себестоимость серной кислоты, руб./т (исходная - 39,1 руб./т)

Ожидаемый годовой экономический эффект (в ценах 1984 г.), млн. руб./год Экономия условного топлива, тыс. т/год

Основные изменения в схеме заключаются в следующем: вместо части существующих холодильников в цикле сушильной башни установлен каскад ТПТ (см. подразд. 4.4.5), в котором происходит передача тепла серной кислоты в систему горячего водоснабжения; вместо ионообменной водоподготовки установлен каскад AMB (см. подразд. 4.4.2), выполняющий роль установки термического обессоливания питательной воды для котлов-утилизаторов. В качестве источника энергии использовано тепло циркулирующих потоков серной кислоты из цикла первого моногидратного абсорбера; вместо части существующих холодильников в цикле второго моногидратного абсорбера установлен каскад ТПТ, в котором происходит передача тепла серной кислоты в систему отопления.

Полученные результаты были использованы при разработке планов технического перевооружения сернокислотных производств Воскресенского ПО «Минудобрения» и Череповецкого ПО «Аммофос». 

<< | >>
Источник: В.М. Малахов, А.Г. Гриценко, С.В. Дружинин. ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЯ МОНОГРАФИЯ В трех томах Том 1. 2012

Еще по теме Производство серной кислоты:

  1. 2.2. Закономерности размещения общественного производства.
  2. § 3.2.4. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ОСНОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ВОПРОСОВ ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
  3. Введение. история развития производства этанола в россии
  4. 2.2.3 Теория гидролиза растительного сырья концентрированными кислотами[10]
  5. АММОНИЯ СУЛЬФАТ ИЗ СТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА АКРИЛОНИТРИЛА
  6. ХРОМОВАЯ КИСЛОТА из сточных вод, содержащих хромовую кислоту
  7. ХРОМ ИЗ СТОКОВ КОЖЕВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
  8. УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
  9. КРЕМНЕФТОРИСТОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА ИЗ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ФОСФОРНОЙ кислоты
  10. ГАЛЛИЙ ИЗ КОЛОШНИКОВОЙ ПЫЛИ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФОСФОРА
  11. ЗОЛОТО ИЗ ОТРАБОТАННЫХ РАСТВОРОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
  12. РТУТЬ ИЗ РАССОЛА УСТАНОВОК ПО ПРОИЗВОДСТВУ ХЛОРА И ЩЕЛОЧИ
  13. МОЛИБДЕН ИЗ ОТХОДОВ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ВОЛЬФРАМОВЫХ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ
  14. СКАНДИЙ ИЗ ШЛАМОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА УРАНА
  15. СЕРНИСТЫЙ ГАЗ ИЗ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
  16. СЕРНАЯ КИСЛОТА ИЗ ОТХОДОВ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ДИОКСИДА ТИТАНА
  17. цинк из ПЕЧНОЙ пыли СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО производства
  18. 11.3. Производство серной кислоты
  19. Производство серной кислоты
  20. Технология лимонной кислоты