Производство серной кислоты (стр. 4 из 8)
Использование башни-конденсатора в производстве серной кислоты позволяет снизить количество стадий: в место 4 стадий процесс протекает в 3.
1 стадия - это сжигание сероводорода в котлах-утилизаторах;
2 стадия – это окисление диоксида серы в контактном аппарате
3 стадия – это конденсация паров серной кислоты в конденсаторе.
Данный аппарат позволяет избежать процесса абсорбции, что, в свою очередь, снижает количество аппаратов
11. Термодинамический анализ процесса конденсации
Расчет теплового эффекта реакции конденсации SO3:
SO3 + H2O = H2SO4
кДжQ=-ΔН=174,26 кДж
Реакция экзотермическая- протекает с выделением тепла.
ΔS=
ДжΔG=ΔH-TΔS=-174,26-298*-288,07=-86019,12
Энергия Гиббса значительно меньше нуля. Это значит, что реакция термодинамически возможна.
Н2Ог = Н2Ож
Таблица 3
Значения термодинамических величин
| SO3 + H2O = H2SO4 | Н2Ог = Н2Ож | |
| ΔН | -130,26 кДж | -44 кДж |
| ΔS | -120,55Дж | -118,78 Дж |
| Q | 130,26 кДж | 44 кДж |
| ΔG | -165656,44 | -8603,56 |
Таблица 4
| ∑ | Значение ∑ 2-ух реакций |
| ΔН | -174,26 кДж |
| ΔS | -239,33 Дж |
| Q | 174,26 кДж |
| ΔG | -174260 |
При стандартных условиях реакция конденсации воды термодинамически возможна.
Реакция конденсации серной кислоты термодинамически возможна.
Расчет константы равновесия
DG=-R*T*lnKp
lgKp=-DG/2,3*8,31*Т
Kp=10-DG/19,113*Т
Таблица 5
Значения констант равновесия в зависимости от температуры
| Т,0С | Т,К | DG | Kp |
| 100 | 373 | -84989,9 | 5,8*10-4 |
| 200 | 473 | -61056,9 | 0,528 |
| 300 | 573 | -49090,4 | 45,43 |
| 400 | 673 | -37123,9 | 1,043*103 |
Из таблицы 5 видно, что с увеличением температуры реакции конденсации константа равновесия Кр падает.
Поэтому процесс конденсации целесообразно вести при повышенных температурах.
12. Описание технологической схемы процесса
Сырье на установку поступает двумя потоками:
- сероводородный газ установок Л-24-6, Л-24-7, Л-24-9, ГФУ под давлением от 0,35 до 0,6 кг/см2;
- кислый газ с блока регенерации амина установки РАиОКС (тит.520) под давлением 0,6 кг/см2.
На входе установки потоки объединяются и направляются в сепаратор для выделения из него жидкой фазы. На трубопроводе сероводородного газа перед сепаратором установлен смеситель для впрыска деминерализованной воды для абсорбции аммиака и МЭА. Расход деминерализованной воды контролируется ротаметром FI-211.
Жидкая фаза из сепаратора по уровню поз.LISA-320 насосом Р-207А,С откачивается на блок сероочистки ГФУ или установку регенерации амина и отпарки кислых стоков.
Давление сероводорода на установку регулируется регулятором давления поз.PIC-165, клапан которого установлен на трубопроводе сброса H2S на факел.
Расход сероводорода на установку регистрируется прибором поз.FIQ-210, температура - прибором поз.TI-039.
Уровень в сепараторе оборудован сигнализацией по низкому и высокому уровню поз.LISA-320.
Из сепаратора сероводород поступает на сжигание в котлы-утилизаторы КУ-А,В,С через регуляторы расхода поз.FIC-404 (КУ-А), FIC-405 (КУ-В), FIC-406 (КУ-С) с клапанами-отсекателями USY-401 (КУ-А), USY-402 (КУ-В), USY-403 (КУ-С).
Давление сероводорода к котлам-утилизаторам регулируется приборами поз.PISA-401 (КУ-А), поз.PIСA-402 (КУ-В), поз.PIСA-403 (КУ-С) с сигнализацией и блокировкой по минимальному давлению в линии сероводорода на входе в котел-утилизатор.
Сжигание сероводорода в топке котлов-утилизаторов КУ-А,В,С до двуокиси серы (SO2) происходит в токе воздуха, подаваемого от воздуходувки К-131.
Розжиг, разогрев и вывод на режим котлов-утилизаторов производится на топливном газе.
Общий расход топливного газа на установку регистрируется прибором поз.FIQ-632, давление топливного газа – прибором поз.PI-622, температура - поз.TI-603.
Топливный газ из заводской сети через электрозадвижку МО-019 поступает в сепаратор топливного газа, где происходит отделение газа от конденсата.
Уровень конденсата в сепараторе В-211 регистрируется прибором поз.LISA-999 с сигнализацией по низкому и высокому уровням поз.LISA-999 и блокировкой по минимальному уровню.
Конденсат из В-211 насосом Р-211А,В автоматически по максимальному уровню поз.LISA-999 (по минимальному насос останавливается) откачивается в линию газового конденсата с факельного хозяйства на АТ-6.
После сепаратора топливный газ подогревается в паровом подогревателе и подается к котлам-утилизаторам КУ-А,В,С.
Давление в линии топливного газа регулируется прибором поз.PICА-176, клапан которого установлен на линии топливного газа после.
Расход топливного газа к каждому котлу–утилизатору регулируется приборами поз.FIC-414 (КУ-А), FIC-420 (КУ-В), FIC-421 (КУ-С), клапаны которых установлены на соответствующих линиях топливного газа к котлам-утилизаторам.
На входе топливного газа в каждый котел-утилизатор смонтированы клапаны-отсекатели USY-416 (КУ-А), USY-417 ( КУ-В), USY-418 (КУ-С), входящие в систему блокировок котла-утилизатора.
Предусмотрена блокировка по минимальному давлению топливного газа на подаче газа к форсункам котла-утилизатора – поз.PSA-416 (КУ-А), PSA-417 (КУ-В), PSA-418 (КУ-С).
Схемой предусмотрена подача азота в линию топливного газа для продувки системы перед розжигом котла и при подготовке его к ремонту.
Котел-утилизатор КУ-А,В,С состоит из циклонной топки, где происходит сжигание H2S, камеры охлаждения, системы выработки пара за счет утилизации тепла сгорания газов, в которую входят: двухбарабанный (верхний и нижний) котел, конвективный пучок и пароперегреватель.
Циклонная топка состоит из двойной металлической обшивки, образованной двумя концентрично расположенными цилиндрами из листовой стали. В полости между обшивками циркулирует горячий воздух, который поступает из межобшивочного пространства котла.
Подвод горячей смеси из сероводорода и воздуха осуществляется тангенциально через сопловое устройство у переднего торца циклона. Сопловое устройство представляет собой воздушный канал, проходящий через обмуровку котла под углом 40 º к горизонтальной оси.
Сероводород поступает в воздушный канал через отверстия в верхней стенке канала с давлением, большим, чем давление воздуха, и смешивается с ним.
Воспламенение смеси происходит на срезе канала, горение - внутри циклона при вращательном движении газового потока.
Для устранения неполного сжигания сероводорода в район пережима циклонной топки подается небольшое количество вторичного воздуха.
Розжиг сероводорода осуществляется с помощью топливного газа, поступающего в топку через запальное устройство.
Камера охлаждения образована левым и правым боковыми экранами и задней стенкой. В ней смонтировано три взрывных предохранительных клапана мембранного типа.
Пароперегреватель змеевикового типа расположен за конвективным пучком.
Верхний барабан с внутрибарабанным устройством предназначен для разделения пароводяной смеси на насыщенный пар и котловую воду, питания водой нижнего барабана и отвода насыщенного пара.
Нижний барабан предназначен для питания водой всех подъемных труб котла.
Обшивка котла двойная. Между внутренними и наружными листами обшивки проходит воздух, поступающий для горения. Давление воздуха между листами обшивки при всех режимах котла выше давления газа в котле, чем обеспечивается газовая плотность котла.
Обмуровка фронтальной стенки, потолка блока котла и обмуровка циклонной топки выполнена из огнеупорного бетона.
Расход воздуха в топку котла утилизатора КУ-А,В,С регулируется приборами поз.FIC-422 соответственно, клапаны которых установлены на подаче воздуха в котел-утилизатор. Регулирование расхода воздуха входит в каскадную схему управления сжигания сероводорода и поддерживает соотношение воздух-сероводород в интервале (10-12):1.
Давление воздуха на входе в котел-утилизатор КУ-А,В,С регистрируется прибором поз.PISА-420, PISА-421, PISА-422 соответственно. Предусмотрена сигнализация и блокировка по минимальному давлению на входе в каждый котел-утилизатор.
Предусмотрена блокировка "контроль наличия пламени" поз.BSA-401 (КУ-А), поз.BSA-402 (КУ-В), поз.BSA-403 (КУ-С), при срабатывании которой происходит останов котла-утилизатора.
Розжиг котла-утилизатора КУ-А,В,С на топливном газе и разогрев до перехода на сжигание сероводорода производится с выводом дымовых газов в атмосферу через свечу на выходе технологического газа из котла до шибера МО-22 (КУ-А), МО-23 (КУ-В), МО-24 (КУ-С).
Температура технологического газа на выходе КУ-А,В,С регулируется прибором поз.TICSA-407,408,409 посредством изменения расхода воздуха на сжигание сероводорода, выдерживая заданное соотношение воздух/газ. Если не выдерживается соотношение воздух/газ и температура выходит за пределы заданного диапазона температур, то происходит снижение (при увеличении температуры) и увеличение (при уменьшении температуры) расхода сероводорода в котел-утилизатор.
Ввод питательной воды, поступающей от насосов Р-201А,В,С, осуществляется в верхний барабан котла при помощи распределительной трубы на погруженный дырчатый лист.