Контактно-компрессорное отделение

 

Назначение отделения:

·   транспортирование газа через систему нагнетателем;

·   окисление диоксида серы в триоксид на ванадиевом катализаторе в пятислойном аппарате в две ступени контактирования.

Сущность двойного контактирования состоит в том, что процесс окисления диоксида серы на катализаторе проходит в два этапа. На первом этапе степень конверсии должна быть не менее 93%. Затем из газа на первой ступени абсорбции поглощается триоксид серы, что обеспечивает наиболее благоприятные условия для дальнейшего процесса окисления SО2 в SО3, т.к. отсутствие SО3 в газовой смеси позволяет сместить реакцию в сторону увеличения выхода триоксида серы на втором этапе конверсии до 96,0% и выше. Общая степень конверсии должна быть не ниже 99,7%. Низкое содержание SО2 в отходящих газах (до 0,04%) позволяет выводить их в атмосферу без предварительной очистки.

Воздух через сушильную башню просасывается нагнетателем,2 (один в работе и один в резерве) типа ЭИ-2900-II-I (модернизированный), и нагнетается в котлопечной агрегат, затем в виде технологического газа с температурой от 390^оС до 420^оС подается на газораспределительную решетку 1-го слоя контактного аппарата.

Охлажденный технологический газ с суммарной объемной долей диоксида и триоксида серы не более 11,0% и температурой от 390^оС до 420^оС поступает на первый слой катализатора в контактный аппарат.

На первом слое катализатора происходит конверсия диоксида серы до (65-55)% с повышением температуры газа до (600-620)^оС. Снижение температуры газа до (440-460)^оС осуществляется в пароперегревателе 2-ой ступени.

На втором слое катализатора диоксид серы окисляется до триоксида серы на (80-85)% с повышением температуры с (440-460)^оС до (520-540)^оС.

Снижение температуры газовой смеси до (430-450)^оС осуществляется в теплообменнике.

На третьем слое катализатора диоксид серы окисляется на (91-94)% с повышением температуры до (460-485)^оС. После третьего слоя газовая смесь охлаждается до (330-370)^оС в трубном пространстве теплообменника. Далее газовая смесь охлаждается до (240-260)^оС в экономайзере 2-ой ступени, в котором происходит нагрев питательной воды с (180-195)^оС до (210-245)^оС, после чего питательная вода поступает в барабан-сепаратор котла-утилизатора.

Охлаждение газа с (240-260)^оС до (170-190)^оС осуществляется в трубном пространстве теплообменника газом.

После трубного пространства теплообменника газовая смесь с температурой (170-190)^оС направляется в первый моногидратный абсорбер на промежуточную абсорбцию.

После первого моногидратного абсорбера газовая смесь направляется на вторую ступень конверсии (IV и V слои катализатора), предварительно нагреваясь до (415-440) оС в межтрубном пространстве теплообменников. На IV слое катализатора происходит дальнейшая конверсия диоксида серы в триоксид серы, составляющая до 93% поступившего на слой SO2 с повышением температуры до (440-470)^оС. После охлаждения до (415-440)^оС в трубном пространстве теплообменника газовая смесь поступает на V слой катализатора, где происходит дальнейшая конверсия диоксида серы в триоксид серы до 96%.

Общая степень конверсии SO2 в SO3 в контактном отделении составляет не менее 0,997. После V слоя катализатора газовая смесь охлаждается в пароперегревателе 1-ой ступени и экономайзере 1-ой ступени до (135-160)^оС и направляется на конечную абсорбцию во второй моногидратный абсорбер.

Для регулирования температуры газа часть его объема может направляться по байпасным газоходам. Объем газа по байпасам регулируется дросселями.

Для лучшего сохранения тепла, выделяющегося при контактировании, вся аппаратура контактного отделения и газоходы теплоизолированы снаружи минераловатными матами и футерованы изнутри огнеупорным кирпичом. экологический продукция стандартизация ресурсосбережение

В периоды пуска и остановки системы в теплообменном оборудовании контактно-компрессорного отделения может конденсироваться кислота. Слив кислоты производится по месту через дренажные линии в специально установленную передвижную емкость, емкость с кислотой перевозится в САО технологической системы СК-600-3. Кислота сливается в приямок и дренажным насосом раскачивается в сборник 1-го моногидратного абсорбера.

Для первоначального разогрева или отдувки контактного аппарата имеется узел разогрева, включающий в себя топку пускового подогревателя, два газовых теплообменника, дутьевой вентилятор.

Топочные газы образуются в топке пускового подогревателя путем сжигания природного газа в потоке воздуха, подаваемого вентилятором, производительностью 84000 м³/ч, проходят последовательно по трубному пространству теплообменников и выбрасываются в атмосферу. При номинальном расходе газа 2353 м³/час температура топочных газов после топки не должна превышать 650^оС. Температуру в топке следует повышать равномерно не более 50^оС/час. Осушенный в сушильной башне воздух в количестве 80000 м³/ч подается нагнетателем последовательно в межтрубные пространства теплообменников пускового подогревателя, воздух нагревается за счет тепла топочных газов и поступает на 1-ый, 3-ий и 4-ый слои контактного аппарата. Повышение температуры воздуха, подаваемого на разогрев контактного аппарата, производится до 400-450^оС со скоростью разогрева от 15^оС до 30^оС в час (согласно графика разогрева).

Абсорбционное отделение

 

Назначение отделения: поглощение триоксида серы из газовой смеси, поступающей после 1-ой и 2-ой ступеней контактирования.

Последней технологической стадией производства серной кислоты контактным методом является извлечение триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную кислоту.

Абсорбция триоксида серы серной кислотой происходит по реакции:

О3 + Н2О = Н2SО4 + (n - 1)SО3 + Q

 

Газообразный триоксид серы наиболее полно абсорбируется серной кислотой с массовой долей Н2SО4 98,3%, при меньшей или большей концентрации Н2SО4 способность ее поглощать триоксид серы ухудшается.

После абсорбции газовая смесь вместе с непоглощенным триоксидом серы удаляется в атмосферу. Для уменьшения потерь SO3 с отходящими газами, его поглощение в абсорбционном отделении должно быть наиболее полным.

 

Устройство и работа 1-го и 2-го моногидратных абсорберов (1МНГ, 2МНГ)

Первый и второй моногидратные абсорберы имеют конструкцию аналогичную сушильной башне. Цикл орошения 1МНГ осуществляется по следующей схеме: объединенный сборник - насос - холодильники кожухотрубчатые - распределительное устройство абсорбера - смесительный сборник - сборник.

Расход кислоты на орошение башни на уровне 1000 м3/ч поддерживается с помощью частотного регулятора путем изменения числа оборотов электродвигателя насоса. Концентрация кислоты в объединенном сборнике 1МНГ и 2МНГ в пределах от 98,3% до 98,9% Н2SО4 поддерживается в автоматическом режиме подачей в смесительный сборник воды в количестве до 16 т/ч с помощью регулирующего клапана. Регулирование концентрации кислоты в сборнике 1 и 2 МНГ возможно за счет изменения расхода кислоты из сушильного цикла в моногидратный. При нормальной концентрации Н2SО4 в цикле 1МНГ и 2МНГ температура моногидрата на степень абсорбции заметного влияния не оказывает, но повышение температуры кислоты более 80^оС не желательно, т.к. возрастают коррозионные свойства моногидрата. Наиболее оптимальная температура кислоты на входе в 1МНГ 65^оС, и, соответственно, на выходе - не более 97^оС. Для охлаждения кислоты, поступающей на орошение, установлены два кожухотрубчатых теплообменника с площадью поверхности 310 м² каждый. Температура кислоты на орошение башни в регламентных пределах 60-75^оС поддерживается с помощью регулирующего клапана путем изменения потока кислоты, подаваемой по трубопроводу, байпасирующему холодильники. Поддержание температуры кислоты в сборнике моногидратного цикла осуществляется циркуляцией кислоты в ретурном контуре по следующей схеме: кислота с температурой до 85^оС погружным насосом из сборника разделяется на два потока, проходит параллельно установленные группы КТХ и КТХ, охлаждается в них до температуры от 45°С до 65^оС и поступает в смесильный сборник, где смешивается с остальными потоками, направленными в моногидратный цикл, затем самотеком поступает в сборник. Автоматического регулирования ретурного цикла охлаждения кислоты в сборнике 1 и 2 МНГ не предусматривается.

Автоматизация поддержания рабочих уровней кислоты в сборниках осуществляется следующим образом: по показанию уровнемера в объединенном сборнике 1МНГ и 2МНГ производится передача излишков кислоты в цикл сушильной башни от напорной линии ретурного контура и насоса.

Чем ниже концентрация серной кислоты и выше ее температура, тем больше выделяется из нее паров воды, больше образуется тумана и больше теряется SO3. После насадочного слоя абсорберов газовая смесь проходит встроенные брызготуманоуловители патронного типа фирмы "Монсанто". В 1МНГ установлено 35 патронов типа ES 212, которые смонтированы снизу опорного листа. Каждый из них оборудован дренажной трубой для возврата собранного тумана серной кислоты назад в башню. Стаканы для сбора стоков должны быть заполнены кислотой для предотвращения газового байпасирования туманоуловителей. Содержание брызг и тумана серной кислоты в газах после туманоуловителей 1МНГ должно быть не более 50 мг/м3 при нормальных условиях.

После 1МНГ очищенный от брызг кислоты и тумана технологический газ направляется на вторую ступень конверсии, а затем после 5-го слоя и совмещенных пароперегревателя и экономайзера вновь подается на абсорбцию SО3, в моногидратный абсорбер 2-ой ступени 2МНГ.

Устройство 2МНГ аналогично 1МНГ. Цикл орошения 2МНГ осуществляется по следующей схеме: объединенный сборник - насос - холодильники кожухотрубчатые - распределительное устройство абсорбера - смесительный сборник - сборник.

Для охлаждения кислоты, поступающей на орошение до 60-80^оС, установлены 2 кожухотрубчатых теплообменника с площадью поверхности 170 м² каждый. Для охлаждения применяется вода оборотного цикла. Температура кислоты на орошение регулируется на кислотных байпасах холодильников с помощью регулирующего клапана. Температура газа, поступающего из 2МНГ в выхлопную трубу, должна быть не более 80^оС.

Плотность орошения 2МНГ поддерживается на уровне от 19 до 20 м³/м² в час. Количество орошающей кислоты на башню на уровне 620 м3/ч регулируется изменением числа оборотов электродвигателя циркуляционного насоса с помощью частотного регулятора. Вытекающая кислота самотеком поступает в смесительный сборник. Концентрация кислоты, как и в 1МНГ, от 98,3% до 98,9% Н2SО4. Степень абсорбции SО3 в моногидратных абсорберах должна быть не ниже 99,95% на каждой ступени и не ниже 99,99% - общая.

Второй моногидратный абсорбер оборудован 11 патронами туманоулавливания типа CS-IIP. Патроны смонтированы сверху опорного листа, который оборудован дренажными трубами со стаканами. Стаканы должны быть заполнены кислотой для предотвращения байпасирования газа. Содержание брызг и тумана серной кислоты в выхлопных газах после туманоуловителей 2МНГ должно быть не более 60 мг/нм³.

Эксплуатация туманоуловителей должна контролироваться непрерывно по перепаду давления и содержанию тумана серной кислоты после брызгоуловителей на периодической основе.

Все температуры и концентрации кислот указанные в описании технологических схем являются параметрами, обеспечивающими качество продукции и безопасность процесса.