Proses "konversi ganda, penyerapan ganda" produksi asam sulfat masih menghasilkan gas ekor yang mengandung SO₂ (biasanya 500-1000mg/m³). Emisi langsung dengan mudah menyebabkan hujan asam, sehingga perlakuan gas ekor sangat penting untuk proses kontak.
Pretreatment bahan baku: Menghapus kotoran untuk memastikan stabilitas proses selanjutnya
Langkah pertama dalam proses kontak untuk produksi asam sulfat adalah pretreatment bahan baku, yang tujuan intinya adalah untuk menghilangkan kotoran dari bahan baku untuk menghindari keracunan katalis, korosi peralatan, atau kemurnian produk di bawah standar dalam proses selanjutnya. Metode pretreatment bervariasi secara signifikan tergantung pada bahan baku: jika sulfur digunakan sebagai bahan baku, sulfur padat pertama kali dikirim ke tangki leleh dan meleleh ke sulfur cair pada suhu 130-150 derajat.
Kemudian, pengotor mekanik (seperti sedimen dan partikel karbon) dihilangkan melalui filter, dan partikel halus lebih jauh dipisahkan oleh pemisah siklon untuk memastikan kemurnian belerang yang memasuki langkah berikutnya lebih besar dari atau sama dengan 99,9%. Jika pirit (komponen utama FES₂) diadopsi, ia perlu melalui proses penghancuran dan penyaringan terlebih dahulu untuk memecah pirit menjadi partikel seragam 8-15mm. Pada saat yang sama, kotoran logam seperti pengajuan besi dihilangkan oleh pemisah magnetik untuk mencegah oksida besi yang dihasilkan selama pemanggangan berikutnya dari menempel ke dinding bagian dalam peralatan atau menghalangi saluran pipa. Jika bahan baku melebur gas buang (seperti gas buang yang mengandung SO₂ yang diproduksi dalam proses peleburan tembaga, timbal, dan seng), perlu untuk melakukan penghilangan debu terlebih dahulu (menggunakan pengendap elektrostatik atau filter tas untuk menghilangkan partikel debu), pembangkit goresan, seperti penghilangan air, seperti pemindahan air. Metode pertukaran resin chelating) untuk mencegah kotoran dalam gas buang mempengaruhi aktivitas katalis. Kualitas pretreatment bahan baku secara langsung menentukan stabilitas proses selanjutnya. Misalnya, jika kandungan arsenik dalam pirit terlalu tinggi, itu akan menyebabkan keracunan permanen katalis vanadium berikutnya. Oleh karena itu, tautan pretreatment harus secara ketat mengontrol kandungan pengotor, biasanya membutuhkan kandungan elemen berbahaya seperti arsenik dan selenium dalam bahan baku kurang dari atau sama dengan 0,05%.
Persiapan Sulfur Dioksida: Tautan Reaksi Inti untuk Menghasilkan Bahan Mentah Proses Kunci
Sulfur dioksida (SO₂) adalah bahan baku perantara inti untuk produksi asam sulfat melalui proses kontak. Tautan persiapan memerlukan pemilihan rute proses yang sesuai sesuai dengan jenis bahan baku untuk memastikan output dan kemurnian SO₂ memenuhi kebutuhan oksidasi berikutnya. Ketika sulfur digunakan sebagai bahan baku, sulfur cair halus dikirim ke pembakar belerang, dicampur dengan udara terkompresi yang telah dikeringkan (menggunakan asam sulfat pekat untuk mengeringkan untuk menghindari kelembaban yang mempengaruhi reaksi selanjutnya) secara proporsional.
Laju konversi reaksi ini dapat mencapai lebih dari 99,8%, dan konsentrasi gas SO₂ yang dihasilkan sekitar 10%-12%(fraksi volume). Sementara itu, panas yang dilepaskan dapat digunakan untuk menghasilkan uap untuk pemulihan energi. Jika pirit digunakan sebagai bahan baku, partikel pirit pretreated dikirim ke roaster bed yang terfluidisasi (tungku mendidih), dan reaksi pemanggangan dilakukan dengan udara berlebih pada suhu 650-850 derajat: 4fes₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃ {{9}+ 11 → → 2fe₂o₃ {9} {9} {7}. Selama proses pemanggangan, laju aliran udara harus dikontrol oleh kipas untuk menjaga partikel pirit dalam keadaan mendidih, memastikan reaksi yang cukup. Konsentrasi SO₂ yang dihasilkan adalah sekitar 7%-9%, dan produk sampingan oksida besi (terak) dapat dipulihkan sebagai bahan baku untuk pembuatan besi. Untuk bahan baku gas buang peleburan, gas buang pretreated dikirim ke menara desorpsi, dan konsentrasi rendah SO₂ (biasanya 1%-5%) dalam gas buang terkonsentrasi hingga 8%-10%melalui desorpsi asam sulfat encer atau proses pirolisis. Terlepas dari bahan baku yang digunakan, gas SO₂ yang dihasilkan harus didinginkan oleh boiler panas limbah (dari 800-1000 derajat hingga 300-400 derajat), dan panas dipulihkan untuk menghasilkan uap tekanan sedang, yang tidak hanya mengurangi persyaratan ketahanan panas dari peralatan berikutnya tetapi juga mewujudkan daur ulang energi.
Oksidasi katalitik sulfur dioksida: inti dari proses kontak untuk mewujudkan konversi dari so ₂
Oksidasi katalitik sulfur dioksida adalah hubungan inti dalam proses kontak untuk produksi asam sulfat. Esensinya adalah mengoksidasi SO₂ menjadi sulfur trioksida (SO₃) di bawah aksi katalis, dan laju konversi reaksi ini secara langsung menentukan output asam sulfat dan indikator emisi buang. Saat ini, katalis vanadium (komponen utama V₂O₅, Carrier SiO₂, Promotor K₂SO₄ dan NA₂SO₄) banyak digunakan dalam industri karena aktivitasnya yang tinggi, selektivitas yang baik, dan umur layanan yang panjang (biasanya 3-5 tahun). Reaksi dilakukan dalam konverter (reaktor adiabatik multi-tahap) menggunakan proses "konversi dua tahap dan penyerapan dua tahap": Selama konversi pertama, gas SO₂ yang didinginkan (mengandung O₂) memasuki bed katalis pertama konverter, dan reaksi terjadi pada suhu 400-450 derajat: 2SO₂ ₂ ₂ o ⇌ o ⇌ o ⇌ ₂ o ⇌ o ⇌ o ₂ o ₂ o ₂ ₂ Karena reaksi ini eksotermik, suhu bed akan naik hingga 550-600 derajat, melebihi suhu aktif yang optimal dari katalis. Oleh karena itu, gas harus didinginkan hingga 400-420 derajat melalui penukar panas menengah sebelum memasuki bed katalis kedua untuk reaksi lebih lanjut. Total tingkat konversi konversi pertama dapat mencapai 90%-95%.
Selanjutnya, gas yang mengandung SO₃ memasuki menara penyerapan pertama (menggunakan asam sulfat terkonsentrasi 98,3% untuk menyerap SO₃) untuk menghilangkan sebagian besar SO₃, menghindari pembentukan kabut asam selama proses pendinginan berikutnya. Gas SO₂ yang tidak bereaksi (konsentrasi sekitar 0,5%-1%) dipanaskan lagi hingga sekitar 400 derajat melalui penukar panas dan memasuki lapisan katalis ketiga dan keempat dari konverter untuk konversi kedua, dengan tingkat konversi lebih lanjut meningkat menjadi lebih dari 99,5%. Proses ini secara efektif mengontrol suhu reaksi dalam kisaran aktivitas katalis (400-600 derajat) melalui reaksi tersegmentasi dan pertukaran panas menengah, sambil menghindari reaksi terbalik ketika SO₃ dicampur dengan SO ₂ dan O₂ yang tidak bereaksi. Selain itu, penggunaan katalis membutuhkan kontrol ketat dari kandungan pengotor dalam bahan baku. Unsur -unsur seperti arsenik, selenium, dan fluor akan melekat pada permukaan katalis, memblokir pusat -pusat aktif, dan menyebabkan penonaktifan katalis. Oleh karena itu, aktivitas katalis harus diuji secara teratur, dan ketika tingkat konversi turun di bawah 95%, katalis perlu diganti.
Penyerapan sulfur trioksida: Menghindari pembentukan kabut asam dan secara efisien menyiapkan asam sulfat
Penyerapan sulfur trioksida (SO₃) adalah langkah kunci dalam mengonversi SO₃ yang dihasilkan oleh oksidasi katalitik menjadi asam sulfat. Tantangan intinya adalah untuk menghindari kontak langsung antara SO₃ dan air untuk membentuk kabut asam (SO₃ + H₂O → H₂SO₄, reaksi ini sangat eksotermik dan dengan mudah menyebabkan uap asam sulfat untuk memadatkan menjadi tetesan kecil yang sulit ditangkap). Oleh karena itu, asam sulfat terkonsentrasi 98,3% umumnya digunakan sebagai penyerap dalam industri. Konsentrasi asam sulfat ini memiliki efisiensi penyerapan tertinggi untuk SO₃ dan tidak rentan terhadap pembentukan kabut asam. Proses penyerapan dilakukan dalam menara penyerapan (biasanya menara yang dikemas atau menara tutup gelembung): Gas SO₃ (suhu sekitar 150-200 derajat) setelah konversi pertama masuk dari bagian bawah menara penyerapan dan kontak berlawanan dengan 98,3% asam sulfur yang disemprotkan dari atas menara. SO₃ larut dalam asam sulfat pekat untuk membentuk asam sulfat yang lebih pekat (konsentrasi hingga lebih dari 99,5%) atau asam sulfat fuming (asam sulfat yang mengandung SO₃ bebas, konsentrasi yang dinyatakan sebagai fraksi massa SO₃, biasanya 20%-65%).
Di menara penyerapan, kepadatan semprotan (biasanya 15-25m³/(m² · h)) dan laju aliran gas (0,5-1,0m/s) harus dikontrol untuk memastikan kontak gas-cair yang cukup. Pada saat yang sama, demister (seperti demister serat) yang dipasang di menara digunakan untuk menghilangkan tetesan asam sulfat yang ditempati dalam gas, menghindari korosi peralatan berikutnya. Jika asam sulfat encer (seperti konsentrasi 70% untuk acar logam) perlu diproduksi, asam sulfat pekat yang dihasilkan oleh penyerapan dapat dikirim ke tangki pengenceran, dan air demineralisasi perlahan -lahan ditambahkan dalam kondisi pengadukan (secara ketat dilarang untuk menambah air secara langsung ke asam sulfat pekat untuk mencegah boiling). Suhu pengenceran dikendalikan tidak melebihi 60 derajat, dan konsentrasi dipantau secara real-time dengan meter konsentrasi online. Setelah mencapai nilai target, itu dikirim ke tangki penyimpanan produk jadi. Untuk produksi asam sulfat fuming, menara generasi asam sulfat yang marah harus ditambahkan setelah menara penyerapan untuk kontak lebih lanjut dengan gas dengan asam sulfat terkonsentrasi 98,3%, sehingga konten SO₃ bebas memenuhi persyaratan desain. Kontrol parameter operasi dalam tautan penyerapan sangat penting. Misalnya, jika suhu penyerap terlalu tinggi, kelarutan SO₃ akan berkurang; Jika suhunya terlalu rendah, viskositas larutan akan meningkat, mempengaruhi efisiensi penyerapan. Oleh karena itu, suhu penyerap biasanya dikontrol pada 40-60 derajat melalui pendingin asam. Pada saat yang sama, tekanan menara penyerapan harus dipertahankan pada sedikit tekanan negatif (-50 hingga -100Pa) untuk mencegah kebocoran gas.
Penyempurnaan Produk: Menyesuaikan Konsentrasi dan Kemurnian Menurut Tuntutan Hilir
Inti dari tautan pemurnian produk adalah untuk menyesuaikan konsentrasi dan menghilangkan kotoran asam sulfat yang dihasilkan dalam hubungan penyerapan sesuai dengan kebutuhan industri hilir yang berbeda, memastikan bahwa produk tersebut memenuhi standar industri yang sesuai. Yang pertama adalah penyesuaian konsentrasi: jika permintaan hilir adalah 98% asam sulfat terkonsentrasi industri (digunakan dalam produksi pupuk, seperti pembuatan diammonium fosfat), 99,5% asam sulfat pekat yang dihasilkan oleh penyerapan yang perlu dikeluarkan ke uap (120-150. Jika permintaan adalah 70% asam sulfat encer (digunakan dalam acar logam di industri besi dan baja untuk menghilangkan oksida besi pada permukaan baja), air demineralisasi harus ditambahkan sebanding dengan tangki pengenceran, sambil menyalakan sistem pengadukan dan pendingin untuk mengontrol suhu selama pengenceran untuk tidak melebihi 60 derajat, mencegah asam sulfat dari decomposing pada suhu tinggi pada suhu tinggi.
Yang kedua adalah penghapusan pengotor: skenario aplikasi yang berbeda memiliki persyaratan yang sangat berbeda untuk kemurnian asam sulfat. Misalnya, asam sulfat industri biasa membutuhkan kandungan zat besi kurang dari atau sama dengan 0,01% dan kandungan arsenik kurang dari atau sama dengan 0,005%, sedangkan asam sulfat tingkat baterai (digunakan sebagai elektrolit untuk baterai asam timbal) membutuhkan kandungan logam berat (timbal, merkuri, kadmium) kurang dari atau sama dengan kandungan 0,1ppm dan kandungan klorida yang lebih kecil atau lebih dari level level level level level level level level lessm. Kurang level level lessM. Kurang lessM. Kurang lessM. Kurang lessM. Kurang KEKAL KURUSM. Kurang KEKAL KURUSM. KEKUAS. Untuk asam sulfat industri biasa, filtrasi biasanya digunakan untuk menghilangkan pengotor mekanik (seperti filtrasi melalui membran filter polipropilen), dan hidrogen peroksida (H₂O₂) ditambahkan untuk mengoksidasi dan menghilangkan kotoran reduktif seperti asam sulfur (H₂SO₃). Untuk asam sulfat grade baterai, diperlukan proses pemurnian yang dalam: pertama, adsorpsi karbon aktif digunakan untuk menghilangkan kotoran organik, kemudian resin pertukaran ion (seperti resin pertukaran kation untuk menghilangkan ion logam berat, resin pertukaran anion untuk menghilangkan ion-konten yang lebih baik, pemasangan nitrat) digunakan untuk pemindahan kemiskinan yang dalam, dan pada akhirnya, penyulingan vakumum baterai) digunakan untuk pemecatan pemasukan, dan penyulingan nitrat) digunakan untuk pemecatan pemakaman, dan penyulingan vakuum) digunakan untuk menghilangkan konten. standar. Selain itu, pengujian kualitas harus dilakukan dalam tautan pemurnian produk, termasuk pengujian konsentrasi (menggunakan metode densitometer atau metode titrasi) dan pengujian konten pengotor (menggunakan spektrometri penyerapan atom atau kromatografi ion). Setelah lulus uji, asam sulfat harus disimpan dalam tangki penyimpanan khusus sesuai dengan konsentrasi dan kadar kemurnian yang berbeda (seperti 98% asam sulfat pekat dalam tangki baja karbon, asam sulfat encer dalam tangki FRP, dan asam sulfat baterai dalam tangki stainless steel) untuk menghindari campuran produk dari produk yang berbeda.
Perawatan gas buang: Mengontrol emisi polutan untuk memenuhi standar lingkungan
Meskipun proses "konversi dua tahap dan penyerapan dua tahap" diadopsi, sejumlah kecil gas buang yang mengandung SO₂ (biasanya konsentrasi SO₂ 500-1000mg/m³) masih dihasilkan selama produksi asam sulfat. Emisi langsung akan menyebabkan polusi udara (membentuk hujan asam), sehingga hubungan pengolahan gas buang adalah langkah perlindungan lingkungan yang sangat diperlukan dalam proses kontak. Saat ini, ada tiga teknologi pengolahan gas buang arus utama dalam industri: yang pertama adalah proses desulfurisasi amonia, yang mengirimkan gas buang ke menara desulfurisasi dan kontaknya berlawanan dengan air amonia (konsentrasi 15%-20%), menghasilkan reaksi: no + 2} · h₂o · · h₂o {{7} {nh₃o {{7} nh₃o {{7} {{7} {{7} {{7} {{7} { (NH₄) ₂So₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Kemudian, udara diperkenalkan ke dalam solusi reaksi untuk mengoksidasi dan menghasilkan amonium sulfat: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Amonium sulfat dapat dijual sebagai pupuk nitrogen untuk mewujudkan pemanfaatan sumber daya polutan. Tingkat penghapusan SO₂ dari proses ini dapat mencapai lebih dari 98%, dan konsentrasi emisi buang kurang dari atau sama dengan 50mg/m³, memenuhi persyaratan "standar emisi terintegrasi dari polutan udara" China (GB 16297-1996). Yang kedua adalah proses desulfurisasi susu kapur, yang menggunakan susu kapur (CA (OH) ₂ suspensi) sebagai penyerap untuk bereaksi dengan SO₂ dalam gas buang untuk menghasilkan kalsium sulfit: SO₂ + CA (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. Kalsium sulfit dioksidasi untuk menghasilkan gipsum (caso₄ · 2h₂o), yang dapat digunakan dalam produksi bahan bangunan (seperti papan gipsum).
Proses ini memiliki biaya rendah tetapi tingkat penghapusan SO yang relatif rendah (sekitar 95%), cocok untuk perusahaan produksi asam sulfat kecil. Yang ketiga adalah metode adsorpsi karbon aktif, yang melewati gas buang melalui menara adsorpsi karbon aktif. Setelah SO₂ diadsorpsi oleh karbon aktif, konsentrasi tinggi SO₂ gas dihasilkan oleh desorpsi dalam kondisi pemanasan, yang dapat dikembalikan ke konverter untuk berpartisipasi dalam reaksi lagi, mewujudkan daur ulang SO₂.
Proses ini tidak memiliki polusi sekunder, tetapi biaya penggantian karbon aktifnya tinggi, cocok untuk perusahaan dengan persyaratan lingkungan yang ketat dan biaya bahan baku yang tinggi. Terlepas dari proses yang diadopsi, konsentrasi emisi SO₂ harus dipantau secara real-time melalui sistem pemantauan online setelah perawatan gas buang untuk memastikan kepatuhan yang stabil. Pada saat yang sama, produk sampingan yang dihasilkan selama proses perawatan (seperti amonium sulfat dan gipsum) harus dibuang sesuai untuk menghindari polusi sekunder. Misalnya, kandungan logam berat gipsum harus diuji dan hanya dapat digunakan setelah memenuhi standar bahan bangunan.
Selain itu, beberapa perusahaan produksi asam sulfat skala besar juga mengadopsi teknologi pemulihan panas limbah gas buang, menggunakan panas dalam gas buang (suhu sekitar 100-150 derajat) untuk memanaskan air demineralisasi melalui penukar panas, menghasilkan uap tekanan rendah untuk produksi, lebih meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi dan mewujudkan tujuan ganda perlindungan lingkungan dan energi energi.
