لا تزال عملية إنتاج حمض الكبريتيك "التحويل المزدوج ، والامتصاص المزدوج" يولد غاز الذيل يحتوي على SO₂ (عادة 500-1000mg/m³). يؤدي الانبعاثات المباشرة بسهولة إلى أمطار الحمض ، لذلك يعد معالجة غاز الذيل ضرورية لعملية الاتصال.
معالجة المواد الخام: إزالة الشوائب لضمان استقرار العملية اللاحقة
الخطوة الأولى في عملية التلامس لإنتاج حمض الكبريتيك هي معالجة المواد الخام ، والتي تهدف هدفها الأساسي إلى إزالة الشوائب من المواد الخام لتجنب التسمم المحفز أو تآكل المعدات أو نقاء المنتج المتدني في العمليات اللاحقة. تختلف طرق المعالجة بشكل كبير اعتمادًا على المواد الخام: إذا تم استخدام الكبريت كمواد خام ، يتم إرسال الكبريت الصلب أولاً إلى خزان ذوبان ويذوب في الكبريت السائل عند درجة حرارة 130-150 درجة.
بعد ذلك ، تتم إزالة الشوائب الميكانيكية (مثل الرواسب وجزيئات الكربون) من خلال مرشح ، ويتم فصل الجزيئات الدقيقة عن طريق فاصل إعصار لضمان نقاء دخول الكبريت الذي يدخل الخطوة التالية أكبر من أو تساوي 99.9 ٪. إذا تم اعتماد البايرايت (المكون الرئيسي FES₂) ، فيجب أن يمر عبر عمليات السحق والفحص أولاً لكسر البايرايت إلى جزيئات موحدة تتراوح من 8 إلى 15 ملم. في الوقت نفسه ، تتم إزالة الشوائب المعدنية مثل ملفات الحديد بواسطة فاصل مغناطيسي لمنع أكاسيد الحديد الناتجة أثناء التحميص اللاحق من الالتزام بالجدار الداخلي للمعدات أو حظر خطوط الأنابيب. إذا كانت المادة الخام هي غاز صهر المداخن (مثل غاز المداخن المحتوي على SO₂ المنتج في عملية الصهر للنحاس ، الرصاص ، والزنك) ، فمن الضروري إجراء عملية إزالة الغبار أولاً (باستخدام مرجع إلكتروستاتي أو مرشح كيس لإزالة جزيئات الغبار) ، و smisting (إزالة ضباب الماء من خلال الفخار) ، و Removal removal removation ، وما إلى ذلك. طريقة تبادل الراتنج المخلصة) لمنع الشوائب في غاز المداخن من التأثير على نشاط المحفز. تحدد جودة المعالجة المادية الخام مباشرة استقرار العمليات اللاحقة. على سبيل المثال ، إذا كان محتوى الزرنيخ في البايرايت مرتفعًا جدًا ، فسوف يتسبب في تسمم دائم لمحفز الفاناديوم اللاحق. لذلك ، يجب أن يتحكم رابط المعالجة بشكل صارم في محتوى الشوائب ، والذي يتطلب عادة محتوى العناصر الضارة مثل الزرنيخ والسيلينيوم في المواد الخام أقل من أو يساوي 0.05 ٪.
تحضير ثاني أكسيد الكبريت: رابط التفاعل الأساسي لإنشاء مواد خام العملية الرئيسية
ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) هو المواد الخام الوسيطة الأساسية لإنتاج حمض الكبريتيك عبر عملية الاتصال. يتطلب رابط التحضير تحديد مسار العملية المقابل وفقًا لنوع المواد الخام لضمان إخراج ونقاء SO₂ تلبية احتياجات الأكسدة اللاحقة. عندما يتم استخدام الكبريت كمواد خام ، يتم إرسال الكبريت السائل المكرر إلى موقد الكبريت ، المخلوط بالهواء المضغوط الذي تم تجفيفه (باستخدام حمض الكبريتيك المركّز للتجفيف لتجنب الرطوبة التي تؤثر على ردود الفعل اللاحقة) في نسبة درجة حرارة.
يمكن أن يصل معدل تحويل هذا التفاعل إلى أكثر من 99.8 ٪ ، وتركيز غاز SO₂ المتولد حوالي 10 ٪ -12 ٪ (جزء الحجم). وفي الوقت نفسه ، يمكن استخدام الحرارة التي تم إطلاقها لتوليد البخار لاستعادة الطاقة. إذا تم استخدام البايرايت كمواد خام ، فسيتم إرسال جزيئات البايرايت المعالجة إلى محمصة سرير مفيدة (الفرن الغليان) ، ويتم تفاعل التحميص مع الهواء الزائد عند درجة حرارة 650-850 درجة: 4fes₂ + 11 → 2fe₂o₃+ 8 so₂ + Heat. أثناء عملية التحميص ، يجب التحكم في معدل تدفق الهواء من قبل المروحة للحفاظ على جزيئات البايرايت في حالة غليان ، مما يضمن رد فعل كاف. يبلغ تركيز SO₂ الناتج حوالي 7 ٪ -9 ٪ ، ويمكن استرداد أكسيد الحديد الثانوي (SLAG) كمواد خام لصناعة الحديد. بالنسبة للمواد الخام للغاز المداخن ، يتم إرسال غاز المداخن المعالج إلى برج الامتصاص ، ويتركز SO₂ منخفض التركيز (عادةً 1 ٪ -5 ٪) في غاز المداخن إلى 8 ٪-10 ٪ من خلال امتصاص حماية الكبريتيك المخفف أو عملية التحلل الحزبي ، وتلبية متطلبات تركيز SO₂ لتركيز الأكسدة اللاحقة. بغض النظر عن المادة الخام المستخدمة ، يجب تبريد غاز SO₂ الذي تم إنشاؤه بواسطة غلاية حرارة النفايات (من 800 إلى 300 درجة إلى 300-400 درجة) ، ويتم استرداد الحرارة لتوليد بخار الضغط المتوسط ، مما لا يقلل فقط من متطلبات مقاومة الحرارة للمعدات اللاحقة ولكنها تدرك أيضًا إعادة تدوير الطاقة.
الأكسدة الحفزية لثاني أكسيد الكبريت: جوهر عملية الاتصال لتحقيق التحويل من SO₂ إلى SO₃
الأكسدة الحفزية لثاني أكسيد الكبريت هي الرابط الأساسي في عملية التلامس لإنتاج حمض الكبريتيك. جوهرها هو أكسدة SO₂ إلى ثالث أكسيد الكبريت (SO₃) تحت عمل المحفز ، ومعدل تحويل هذا التفاعل يحدد مباشرة ناتج حمض الكبريتيك ومؤشرات انبعاث العادم. حاليًا ، تستخدم محفزات الفاناديوم (المكون الرئيسي V₂o₅ ، الناقل Sio₂ ، المروجين K₂so₄ و Na₂so₄) على نطاق واسع في الصناعة بسبب نشاطها العالي ، والانتقائية الجيدة ، وحياة الخدمة الطويلة (عادة 3-5 سنوات). يتم إجراء التفاعل في محول (مفاعل متعدد السرير متعدد المراحل) باستخدام "التحويل على مرحلتين وامتصاص مرحلتين": أثناء التحويل الأول ، يدخل غاز SO₂ المبرد (الذي يحتوي على O₂) إلى سرير المحفز الأول من المحول ، ويحدث التفاعل عند درجة حرارة 400-450 درجة: 2so₂ + o₂ 2so. نظرًا لأن هذا التفاعل طارد للحرارة ، فإن درجة حرارة السرير سترتفع إلى 550-600 درجة ، تتجاوز درجة الحرارة النشطة المثلى للمحفز. لذلك ، يجب تبريد الغاز إلى 400-420 درجة من خلال مبادل حراري وسيطة قبل الدخول إلى سرير المحفز الثاني لمزيد من التفاعل. يمكن أن يصل معدل التحويل الإجمالي للتحويل الأول إلى 90 ٪ -95 ٪.
بعد ذلك ، يدخل الغاز الذي يحتوي على SO₃ أول برج امتصاص (باستخدام 98.3 ٪ من حمض الكبريتيك المركّز لامتصاص SO₃) لإزالة معظم SO₃ ، وتجنب تكوين ضباب الحمض أثناء عملية التبريد اللاحقة. يتم تسخين غاز So₂ غير المتفاعل (تركيز حوالي 0.5 ٪ -1 ٪) مرة أخرى إلى حوالي 400 درجة من خلال مبادل حراري ويدخل أسرة المحفز الثالث والرابع للمحول للتحويل الثاني ، مع زيادة معدل التحويل إلى أكثر من 99.5 ٪. تتحكم هذه العملية بشكل فعال في درجة حرارة التفاعل داخل نطاق نشاط المحفز (400-600 درجة) من خلال التفاعلات المجزأة والتبادل الحراري المتوسط ، مع تجنب التفاعل العكسي عندما يتم خلط SO₃ مع SO₂ غير المتفاعل و O₂. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب استخدام المحفزات تحكمًا صارمًا في محتوى الشوائب في المواد الخام. سوف تلتزم عناصر مثل الزرنيخ والسيلينيوم والفلور بسطح المحفز ، وتمنع المراكز النشطة ، وتتسبب في إلغاء تنشيط المحفز. لذلك ، يجب اختبار نشاط المحفز بانتظام ، وعندما ينخفض معدل التحويل إلى أقل من 95 ٪ ، يجب استبدال المحفز.
امتصاص ثالث أكسيد الكبريت: تجنب تكوين ضباب الحمض وإعداد حمض الكبريتيك بكفاءة
يعد امتصاص ثالث أكسيد الكبريت (SO₃) خطوة أساسية في تحويل SO₃ الناتج عن الأكسدة الحفاز إلى حمض الكبريتيك. يتمثل التحدي الأساسي في تجنب التلامس المباشر بين SO₃ والماء لتشكيل ضباب الحمض (So₃ + H₂o → H₂so₄ ، هذا التفاعل طارد للحرارة ويسبب بسهولة بخار حمض الكبريتيك للتكثيف إلى قطرات صغيرة يصعب التقاطها). لذلك ، يستخدم 98.3 ٪ من حمض الكبريتيك المركّز بشكل شائع كامتصاص في الصناعة. هذا تركيز حمض الكبريتيك له أعلى كفاءة امتصاص لـ SO₃ وليس عرضة لتشكيل الضباب الحمضي. يتم تنفيذ عملية الامتصاص في برج امتصاص (عادةً برج معبأة أو برج فقاعة): غاز So₃ (درجة الحرارة حوالي 150-200 درجة) بعد أن يدخل التحويل الأول من أسفل برج الامتصاص ويتلامس بشكل معاكس مع 98.3 ٪ من حمض الكبريتيك المركز من أعلى البرج. يذوب SO₃ في حمض الكبريتيك المركّز لتشكيل حمض الكبريتيك الأكثر تركيزًا (تركيزًا يصل إلى أكثر من 99.5 ٪) أو حمض الكبريتيك الدخاني (حمض الكبريتيك الذي يحتوي على SO₃ الحرة ، المعبر عن تركيز الكتلة من SO₃ ، عادة 20 ٪ -65 ٪).
في برج الامتصاص ، يجب السيطرة على كثافة الرش (عادة 15-25 متر مكعب/(م² · ح)) ومعدل تدفق الغاز (0.5-1.0 م/ث) لضمان ملامسة كافية من الغاز السائل. في الوقت نفسه ، يتم استخدام demister (مثل demister الألياف) المثبتة في البرج لإزالة قطرات حمض الكبريتيك المحببة في الغاز ، وتجنب تآكل المعدات اللاحقة. إذا احتاجت حمض الكبريتيك المخفف (مثل تركيز 70 ٪ للتخلل المعدني) ، يمكن إرسال حمض الكبريتيك المركّز الناتج عن الامتصاص إلى خزان تخفيف ، ويتم إضافة الماء المدمج ببطء في ظل ظروف التحريك (يُحظر بشكل صارم إضافة الماء مباشرة إلى حمض الكبريتيك المركزة). يتم التحكم في درجة حرارة التخفيف حتى لا تتجاوز 60 درجة ، ويتم مراقبة التركيز في الوقت الفعلي بواسطة مقياس تركيز عبر الإنترنت. بعد الوصول إلى القيمة المستهدفة ، يتم إرسالها إلى خزان تخزين المنتج النهائي. لإنتاج حمض الكبريتيك الدخني ، يجب إضافة برج توليد حمض الكبريتيك الدخاني بعد برج الامتصاص لمزيد من الاتصال بالغاز So₃ مع 98.3 ٪ من حمض الكبريتيك المركّز ، بحيث يلبي محتوى So₃ المجاني متطلبات التصميم. يعد التحكم في معلمات التشغيل في رابط الامتصاص أمرًا بالغ الأهمية. على سبيل المثال ، إذا كانت درجة حرارة الماصة مرتفعة للغاية ، فستنخفض قابلية ذوبان SO₃ ؛ إذا كانت درجة الحرارة منخفضة للغاية ، فستزداد لزوجة المحلول ، مما يؤثر على كفاءة الامتصاص. لذلك ، عادة ما يتم التحكم في درجة الحرارة الماصة عند 40-60 درجة من خلال مبرد الحمض. في الوقت نفسه ، يجب الحفاظ على ضغط برج الامتصاص عند ضغط سلبي طفيف (-50 إلى -100Pa) لمنع تسرب الغاز So₃.
تكرير المنتج: ضبط التركيز والنقاء وفقًا لمطالب المصب
يتمثل جوهر ارتباط تكرير المنتج في ضبط التركيز وإزالة شوائب حمض الكبريتيك الناتج في رابط الامتصاص وفقًا للاحتياجات المختلفة للصناعات المصب ، مما يضمن أن المنتج يفي بالمعايير الصناعية المقابلة. الأول هو تعديل التركيز: إذا كان الطلب على المباراة هو 98 ٪ من حمض الكبريتيك المركّز الصناعي (المستخدم في إنتاج الأسمدة ، مثل تصنيع فوسفات Diammonium) ، يجب أن يتم إرسال حمض الكبريتيك المركّز بنسبة 99.5 ٪ (120-150 درجة) إلى التحفر إلى جزء من التبخير ، إلى التركيز. إذا كان الطلب هو حمض الكبريتيك المريح بنسبة 70 ٪ (المستخدم في التخليل المعدني في صناعة الحديد والصلب لإزالة أكسيد الحديد على سطح الفولاذ) ، فيجب إضافة الماء غير المعدني بما يتناسب مع خزان التخفيف ، مع تشغيل أنظمة التحريك والتبريد للسيطرة على درجة الحرارة أثناء التخفيف حتى تتجاوز 60 درجة من حمض الكبريتيوريك من تفكيك درجات الحرارة أو الصلاحيات.
والثاني هو إزالة الشوائب: سيناريوهات التطبيق المختلفة لها متطلبات مختلفة بشكل كبير لنقاء حمض الكبريتيك. على سبيل المثال ، يتطلب حمض الكبريتيك الصناعي العادي محتوى الحديد أقل من أو يساوي 0.01 ٪ والمحتوى الزرنيخ أقل من أو يساوي 0.005 ٪ ، في حين يتطلب حمض الكبريتيك على درجة البطارية (يستخدم ككهارل لبطاريات الرصاص الحمدية) أقل من محتوى المعادن الثقيلة (الرصاص ، الزئبق ، الكادميوم) أقل من 0.1PPM و chloride. بالنسبة لحمض الكبريتيك الصناعي العادي ، يتم استخدام الترشيح عادة لإزالة الشوائب الميكانيكية (مثل الترشيح من خلال أغشية مرشح البولي بروبيلين) ، ويضاف بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) إلى أكسدة وإزالة الشوائب المختارة مثل حمض الكبريت (H₂SO₃). بالنسبة لحمض الكبريتيك على مستوى البطارية ، يلزم إجراء عملية تحسين عميقة: يتم استخدام امتصاص الكربون المنشط لإزالة الشوائب العضوية ، ثم يتم استخدام راتنجات التبادل الأيوني (مثل راتنجات تبادل الكاتيون لإزالة أيونات المعادن الثقيلة ، وتبادل الأنيون لزيادة استخدام أيونات الكلوريد ، وتستمر في تحسين أيونات النترات). المعايير. بالإضافة إلى ذلك ، يجب إجراء اختبار الجودة في رابط تحسين المنتج ، بما في ذلك اختبار التركيز (باستخدام طريقة مقياس الكثافة أو طريقة المعايرة) واختبار محتوى الشوائب (باستخدام مطياف الامتصاص الذري أو كروماتوجرافيا الأيونات). بعد اجتياز الاختبار ، يجب تخزين حمض الكبريتيك في خزانات التخزين الخاصة وفقًا لمستويات التركيز والنقاء المختلفة (مثل 98 ٪ من حمض الكبريتيك المركّز في خزانات الصلب الكربوني ، وحمض الكبريتيك المخفف في خزانات FRP ، وحمض الكبريتيك على درجة البطارية في خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ) لتجنب التصلب المختلط للمنتجات المختلفة.
معالجة غاز العادم: السيطرة على انبعاثات الملوثات لتلبية المعايير البيئية
على الرغم من اعتماد عملية "التحويل على مرحلتين وامتصاص مرحلتين" ، إلا أنه لا يزال يتم توليد كمية صغيرة من غاز العادم التي تحتوي على SO₂ (عادة ما يكون تركيز SO₂ 500-1000mg/m³) يتم إنشاؤه أثناء إنتاج حمض الكبريتيك. سوف يسبب الانبعاثات المباشرة تلوث الهواء (تشكيل المطر الحمضي) ، وبالتالي فإن رابط معالجة غاز العادم هو خطوة حماية البيئة لا غنى عنها في عملية الاتصال. في الوقت الحالي ، هناك ثلاث تقنيات معالجة غاز العادم السائدة في الصناعة: الأول هو عملية إزالة الكبريت الأمونيا ، التي ترسل غاز العادم إلى برج إزالة الكبريت واتصالاتها مع معارضتها مع مياه الأمونيا (تركيز 15 ٪ -20 ٪) ، مما يؤدي إلى ردود الفعل: SO₂ + 2 (nH₄) ₂so₃ + so₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
بعد ذلك ، يتم إدخال الهواء في محلول التفاعل لأكسدة وتوليد كبريتات الأمونيوم: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. يمكن بيع كبريتات الأمونيوم كأسمدة النيتروجين لتحقيق استخدام الموارد للملوثات. يمكن أن يصل معدل إزالة SO₂ لهذه العملية إلى أكثر من 98 ٪ ، ويكون تركيز انبعاث العادم أقل من أو يساوي 50 ملغ/متر مكعب ، مما يفي بمتطلبات "مستوى الانبعاثات المتكاملة للملوثات في الهواء" (GB 16297-1996). والثاني هو عملية إزالة الكبريت الحليب الليمون ، والتي تستخدم حليب الليمون (CA (OH) ₂ التعليق) كقائد للتفاعل مع SO₂ في غاز العادم لتوليد كبريتيت الكالسيوم: SO₂ + CA (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. يتأكسد كبريتيت الكالسيوم لتوليد الجبس (Caso₄ · 2H₂O) ، والذي يمكن استخدامه في إنتاج مواد البناء (مثل لوحات الجبس).
هذه العملية لها تكلفة منخفضة ولكن معدل إزالة SO₂ منخفض نسبيا (حوالي 95 ٪) ، ومناسبة لمؤسسات إنتاج حمض الكبريتيك الصغيرة. والثالث هو طريقة امتصاص الكربون المنشطة ، والتي تمرر غاز العادم من خلال برج امتصاص الكربون المنشط. بعد أن يتم امتصاص SO₂ بواسطة الكربون المنشط ، يتم إنشاء غاز SO₂ عالي التركيز عن طريق الامتصاص في ظل ظروف التدفئة ، والتي يمكن إرجاعها إلى المحول للمشاركة في التفاعل مرة أخرى ، مع إدراك إعادة تدوير SO₂.
لا تحتوي هذه العملية على تلوث ثانوي ، لكن تكلفة استبدال الكربون المنشط مرتفعة ، ومناسبة للمؤسسات ذات المتطلبات البيئية الصارمة وتكاليف المواد الخام المرتفعة. بغض النظر عن العملية المعتمدة ، يجب مراقبة تركيز انبعاث SO₂ في الوقت الفعلي من خلال نظام مراقبة عبر الإنترنت بعد معالجة غاز العادم لضمان الامتثال المستقر. في الوقت نفسه ، يجب التخلص من المنتجات الثانوية الناتجة أثناء عملية المعالجة (مثل كبريتات الأمونيوم والجبس) في الامتثال لتجنب التلوث الثانوي. على سبيل المثال ، يجب اختبار المحتوى المعدني الثقيل من الجبس ويمكن استخدامه فقط بعد تلبية معايير مواد البناء.
بالإضافة إلى ذلك ، تتبنى بعض مؤسسات إنتاج حمض الكبريتيك على نطاق واسع تقنية استرداد حرارة غاز العادم ، باستخدام الحرارة في غاز العادم (درجة الحرارة حوالي 100-150 درجة) لتسخين المياه غير المعدنية من خلال مبادل حراري ، مما يولد بخار منخفض الضغط للإنتاج ، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة وتحقيق الأهداف المزدوجة لحماية البيئة والطاقة.
