|
Серная кислота является важнейшим
продуктом химической промышленности как по объему производства, так и по
разнообразию областей применения. Крупными потребителями серной кислоты
являются химическая и нефтехимическая промышленность, металлургия,
машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли.
Ежегодно в стране образуется 2 млн. т отработанной серной
кислоты, что составляет 10 % от общего ее производства. Такие объемы
свидетельствуют о необходимости утилизации отработанной кислоты с целью
экономного ресурсопользования и защиты окружающей среды.
Отходы, образующиеся при использовании серной кислоты,
включают кроме отработанной серной кислоты травильные растворы, кислые
гудроны и сточные воды, содержащие кислоту менее 10 % (по массе). В России
насчитывается более 200 видов отработанной серной кислоты, содержащих около
ста видов примесей, в том числе аккумуляторная кислота из отработанных
свинцовых аккумуляторов.
Обезвреживание и утилизацию отработанной серной кислоты
производят следующими способами:
♦ нейтрализацией растворов или их огневым
обезвреживанием без использования образующихся продуктов;
« использованием (возможно после предварительного
упаривания) загрязненных растворов в других технологических процессах;
♦ регенерацией отходов с получением товарной серной
кислоты.
Сточные воды с низкой концентрацией серной кислоты обычно
нейтрализуют щелочами. При содержании в сточных водах примесей нейтрализацию
совмещают с огневым методом. Метод нейтрализации применяют при небольших
количествах отходов и отсутствии в них органических примесей.
Непосредственное использование отходов кислоты в других
процессах ограничено из-за наличия в них примесей. Отработанную кислоту
применяют после очистки и концентрирования в производстве сульфатных
минеральных удобрений.
Основная масса отработанной серной кислоты и кислых
гудронов подвергается регенерации (кислые гудроны — это высоковязкие
смолообразные жидкости, содержащие серную кислоту и большое количество
органических веществ. Содержание кислоты в них составляет 24—89 %).
В зависимости от состава отработанной кислоты применяют
различные методы регенерации: термическое расщепление, экстрагирование
органических примесей, адсорбцию, каталитическое окисление пероксидом водорода,
коагулирование, выпаривание и др. Наибольшее распространение у нас в стране
получила регенерация серной кислоты огневым методом, при котором происходит
высокотемпературное расщепление кислоты. Метод универсален и
высокоэффективен. При огневом методе используется концентрированная серная
кислота, поэтому при необходимости предварительно проводят упаривание
отработанной кислоты до необходимой концентрации.
Процесс термического расщепления кислоты и окисление
органических. примесей проводят при 950—1200 °С, для чего в огневом реакторе
сжигают топливо ( 13.6).
Сернокислотные растворы с помощью форсунок распыляют в
потоке продуктов сгорания топлива в огневом реакторе 1. Туда же с помощью
воздуходувки 2 подается воздух, предварительно пропущенный через воздухоподогреватель
4. Органические примеси при этом окисляются с образованием С02 и Н20, а
серная кислота расщепляется с образованием SOr Сернистый газ из огневого
реактора поступает в котел-утилизатор 5, а из него — в систему очистки 6, где
очищается от пыли, сернокислотного тумана и подвергается осушке, после чего с
помощью газодувки 7 подается в узел получения кислоты 8. Насыщенный пар из
котла- утилизатора 5 подается на пароперегреватель 3, а оттуда —
потребителям. Очищенные дымовые газы с помощью дымососа 9 выбрасываются в
атмосферу через дымовую трубу 10.
Огневая регенерация серной кислоты из отходов позволяет
одновременно с их обезвреживанием получать товарную продукцию высокого
качества. Это приводит к сокращению расходов природного сырья и снижению
затрат на производство серной кислоты на 25—30 % по сравнению с ее
производством из первичного сырья (элементарной серы).
Для рентабельной регенерации серной кислоты из
рассматриваемых отходов необходимо их предварительное обезвоживание
(концентрирование). В связи с отсутствием в отходах летучих веществ
концентрирование можно осуществить методом упаривания в контактных
теплообменниках за счет теплоты отходящего из огневого реактора сернистого
газа. При этом одновременно происходит закалка газа.
Содержание воды в упаренном растворе зависит от
температуры отходящих из огневого реактора газов и от содержания воды в
исходном растворе. Если в исходном растворе имеется 60—70 % воды, то после
упаривания его отходящими газами с температурой 950—1000 °С содержание воды
снижается до 35— 40 %. При огневой переработке таких растворов концентрация
S02 в сухом сернистом газе — не менее 7 %. Сильно разбавленные растворы,
содержащие более 80 % воды, после упаривания содержат ее не более 60 %. При
огневой переработке таких растворов с целью получения сернистого газа с
содержанием S02 не менее 6 % в качестве топлива используют серу или
сероводород, а также обогащают кислородом дутьевой воздух.
Для более полного превращения S03 в S02 в огневом реакторе
целесообразно двухступенчатое сжигание топлива.
В первой ступени термическое расщепление серной кислоты и
сульфатов осуществляется в восстановительной газовой среде (в продуктах
неполного горения топлива), а во второй ступени происходит дожигание
продуктов неполного горения за счет подачи вторичного воздуха.
При огневой утилизации отработанных травильных растворов и
гидролизной серной кислоты получают побочный продукт — порошкообразный оксид
железа. В том случае, если травильные растворы не загрязнены различными
примесями, получаемый оксид железа применяется в производстве красителей,
активных катодных масс, ферритных порошков, полирующих паст и т. д.
Загрязненный оксид железа используется как металлургическое сырье. В процессе
регенерации травильных сернокислотных растворов образуется сульфат железа,
который можно использовать непосредственно без дополнительной обработки как
ядохимикат, а также для мелиорации почв и очистки сточных вод. Кроме того,
этот продукт может использоваться после соответствующей переработки как сырье
для получения серы и оксида железа.
Существуют методы переработки сульфата железа в сернистый
газ (а следовательно, в серную кислоту). В частности, разработана технология
получения серной кислоты путем одновременного сжигания сульфата железа и серы
в реакторе с "кипящим" слоем. Процесс проводят при температуре
900—1000 °С. Образующиеся в процессе сжигания пульпы, состоящей из сульфата
железа и серы, продукты сгорания (сернистый газ и вода) подвергаются очистке
от пыли, охлаждаются до 290—300 "С и направляются на получение серной
кислоты по классической схеме.
|