книги из ГПНТБ / Добросельская, Н. Н. Использование сернистых газов на медеплавильных заводах за рубежом для производства товарных видов продукции
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ
И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ НА МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ ЗАВОДАХ
ЗА РУБЕЖОМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРНЫХ
ВИДОВ ПРОДУКЦИИ
М О С К В А 1974
!■})
Уда 6 6 1 .2 5 .0 0 2 .3 :6 6 9 .3 .0 7 4 .4 8
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ НА МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ ЗАВОДАХ ЗА РУБЕКОМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРНЫХ ВИДОВ ПРОДУКЦИИ
•* Н.Н.Добросельская, М.Г.Резницкий
*
Ан н о т а ц и я
Настоящий обзор посвящен актуальной проблеме наиболее пол ного извлечения сернистого ангидрида из отходящих газов меде плавильных заводов. В нем приведены усовершенствованные техноло гические схемы производства серной кислоты на основе переработ ки отходящих газов ряда' зарубежных заводов. Сделан обзор новых технологических процессов переработки сырья, целью которых яв ляется интенсификация производства меди с соблюдением санитар ных норм по очистке отходящих газов.
Материал обзора представляет интерес для инженерно-техни ческих работников цветной металлургии.
(С) Центральный научно-исследовательский институт информации я технико-экономических исследований цветной металлургии, 1874
В В Е Д Е Н И Е
tot'k
Использование серы сырья, выделяющейся с отходящими газами медеплавильных заводов при традиционных пирометаллургических способах выплавки меди (отражательной плавке шихты и конверти ровании штейна), затруднено в связи с высокой стоимостью очист ки и резким колебанием концентрации сернистого ангидрида.
Контактный способ производства серной кислоты рационально использовать при стабильной концентрации сернистого ангидрида. Автотермичное окисление сернистого ангидрида в серный ангидрит
происходит |
при концентрации сернистого ангидрида |
не ниже.3 ,5 - |
4,0% . Г а з , |
подаваемый на контактирование, должен |
быть тщательно |
очищен от |
пыли (до содержания 5 0 ,2 г/м3) и от вредных примесей |
|
мышьяка, ipropa, селена, тумана серной кислоты, чтобы каталити ческая активность ванадиевого катализатора не снижалась и ката лизатор в течение длительного времени обеспечивал высокую сте пень контактирования.
Стоимость пылеочистки и промывки газа является наиболее вы сокой в общей стоимости переработки сернистого газа в производ стве серной кислоты. Так, например, при использовании богатых сернистых газов на металлургических заводах стоимость производ ства серной кислоты (без учета расходов на транспортировку рав
на 4 ,4 долл, за |
I т |
[ I !. |
Стоимость |
производства серной кислоты из слабых сернистых |
|
газов в первую очередь возрастает за счет необходимости протя гивания и очистки больших объемов газа .
Кроме того , |
газы со слабой |
и колеблющейся концентрацией SO,, |
(например, газы |
отражательной плавки* при которой получаются га |
|
зы с колеблющейся концентрацией |
в пределах от 0 ,2 5 'до 2,5%) |
|
практически невозможно перерабатывать без специального подогре ва или закрепления 302 от других источников.
Поэтому такие газы в довольно больших количествах выбрасы ваются в атмосферу иногда даяп без сухой очистки; Это ведет к загрязнению воздушного бассе; на и к большим потерям серы.
3
Заводы цветной металлургии США, например, в 1969 г . |
выбро |
|||
сили в атмосферу -х 1746000 т серы, что |
составляет ~69,3% |
от |
об |
|
щего количества серы, содержавшейся в |
переработанном сырье f |
. |
||
Извлечение серы сырья при выплавке меди в 1269 г . |
на меде |
|||
плавильных заводах США составило, %: в |
процессах обжига |
- |
3 5 ,3 , |
|
з процессах отражательной плавки - 0 , в процессах конвертирова ния - 2 0 ,4 .
Выбросы сернистого ангидрида в атмосферу всеми промышлен
ными предприятиями США в 1972 г . |
составили ~36600000 т , и если |
||
не будут приняты меры, то в 2000 |
г . это количество возрастет до |
||
126 млн.т / 3 ] . |
На долю тепловых |
электростанций при этом прихо |
|
дилось 55/5 всех |
выбросов, на |
процессы-сгорания топлива при про |
|
мышленном производстве и при |
обогреве жилых домов - 25%, на за |
||
воды цветной металлургии |
- 11%, |
на прочие источники сернистого |
га за , включая отходящие |
газы сернокислотных установок, - 9уо. |
|
В последние годы в |
связи с |
ростом промышленного производ |
ства общее загрязнение воздуха вредными отходами повысилось на столько, что в ряде стран появилась необходимость в разработке общих законодательств об очистке воздуха и о сохранении окружаю щей среды.
В течение последнего десятилетия законодательства о сохра нении окружающей среды в различных странах много раз видоизменя лись и пересматривались. В США, например, последний пересмотр был осуществлен в 1970 г . В соответствии с принятым "Актсм о чи стоте воздушного бассейна" федеральные власти штатов должны бы ли установить санитарные нормы и обосновать возможность выполне ния этих норм.
В IS 7 I г . были утверждены временные нормы выброса двуокиси серы в атмосферу, которые лимитируются определенным допустимым процентом от серы в перерабатываемом сырье.■
В ряде штатов для медеплавильных заводов утверждена норда, допускающая выход в атмосферу не более 10% серы от исходного сырья [ 4-14 7 . Время, предоставленное заводам для строительст ва и переоборудования газоочистных сооружений, составляет три
года. |
В середине 1975 г . |
содержание сернистого ангидрида в воз |
духе |
населенных мест не должно превышать‘0 ,0 3 •10“^%, или |
|
0 ,0 8 |
мг/tf3 (в среднем за |
год) при максимальном содержании 0 ,1 4 - |
|
(в среднем за отдельные сутки ). |
|
|
Существующая к 1970 |
г . на большинстве медеплавильных заво |
дов стандартная технология переработки медного сырья, включаю щая отражательную плавку шихты и конвертирование штейна, в свя
4
/9#6
зи с возросшими требованиями оказалась малопригодной для даль нейшего использования. Отражательные печи не обеспечивали дос таточной производительности. Большие количества отходящих сер нистых газов при отражательной плавке были непригодны для про изводства серной кислоты вследствие слишком высокой стоимости их переработки. Периодичность процесса конвертирования затруд няла использование и этих газов для производства серной кислоты.
Принятые законы о сохранении окружавшей среды являются од ним из основных ^акторов, влияющих на модернизацию медеплавиль ного производства и внедрение новых способов переработки отхо дящих металлургических газов в производстве серной кислоты,эле ментарной серы и других химических продуктов.
медеплавильные компании пытаются интенсиуиицировать произ водство меди путем внедрения новых процессов переработки медных концентратов, чтобы получать стабильные потоки концентрирован
ных сернистых газо в , которые |
целесообразно |
перерабатывать |
в про |
|||
изводстве серной кислоты или |
элементарной |
сера. |
|
|||
|
К числу новых процессов относятся следующие: |
|
||||
|
обжиг медных концентратов с использованием высокопроизводи |
|||||
тельных печей лС (1200-1500 т |
в |
сутки |
концентратов); |
|
||
|
непосредственная выплавка медных концентратов в конверте |
|||||
рах |
на дутье, обогащенном кислородом; |
|
|
|
||
|
взвешенная плавка концентратов на подогретом дутье и дутье, |
|||||
обогащенном кислородом; |
|
|
|
|
|
|
|
плавка сухой необожженной шихты в электропечах; |
|
||||
|
выплавка меди по схемам непрерывных и совмещенных процес |
|||||
сов |
производства меди, разработанным в |
Австралии (процесс |
Уор- |
|||
к р а ), Канаде (процесс Норанд'а), |
Японии |
(процесс Мицубиси). |
||||
|
Б настоящее время на ряде |
медеплавильных заводов за |
рубе |
|||
жом удалось достигнуть высоких показателей по извлечению серы из перерабатываемого сырья. Например, в Японии на заводе ,'0наха™ ма" извлечение серы достигает 97%, на заводах "Саганосеки" и "Тойя"-96%, на заводе "Наосима" - 90% [ 15—18 ^7.
Поскольку использование серы нри переработке сульфидных медных руд и концентратов не ограничивается производством сер ной кислоты, в настоящее работе отмечены, также современные тен денции зарубежных фирм извлекать серу сырья в элементарной фор ме, используя для этого как процессы переработки сернистых г а зов в жидкий Или твердый легко складируемый и транспортируемый продукт (элементарную сер у ), так и принципиально новые гидрометаллургические процессы певеработки медного сырья.
(Ч
Отмечена практика переработки отходящих сернистых газов на жидкую двуокись серы (на некоторых зарубежных медеплавильных за водах) ,
Освещено также направление основных разработок по способам получения более стабильного и более концентрированного по S02 газа путем усовершенствования отдельных аппаратов и технологии переработки сырья, очистки и переработки сернистого газа на сер ную кислоту с получением при этом минимально возможных выбросов вредных газов в атмосферу.
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ хЖСЛОТЫ НА МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ ЗАВОДАХ
/С - f i
Производство серной кислоты является основным способом ис пользования серы из отходящих газов цветной металлургии. В на стоящее время применяют контактный и нитрозный (башенный) спосо бы производства серной кислоты. Доля серной кислоты, получаемой контактным способом, достигает <2Ъ%.
Большое |
разнообразие з составе применяемого при обжиге мед |
|
ного сырья и |
резкое различие методов его обжига обусловливает |
|
разнообразие |
состава отходящих сернистых |
газов по содержанию в |
нем so2 и о2 |
, вредных примесей, а также |
различие в температу |
рах газов на выходе из металлургических агрегатор.
Поэтому производство серной кислоты из отходящих газов ме
деплавильных производств имеет свои особенности, как по охлажде |
|
нию и очистке этого га за , |
так и по подготовке газа к окислению |
на катализаторе (ЗС^в SO^) |
и абсорбции. |
|
Отходящие газы медеплавильных заводов, как правило, содер |
||
жат |
мышьяк, селен, серный газ и фтор, которые отрицательно дей |
||
ствуют |
на оборудование, |
на процесс каталитического окисления S02 |
|
в S |
0 j |
и иногда являются |
основными виновниками причин ухудшения |
санитарного состояния атмосферы.
Почти все зарубежные сернокислотные установки медных про изводств производят кислоту по контактному способу с применени
ем так называемой "классической" или "традиционной" схемы
(рис. I ) .
Эти "классические" или "традиционные" схемы представляют собой модернизированные схемы, разработанные Винклером и Книтчем в конце прошлого века и предусматривающие очистку сернисто го газа от пыли и вредных примесей, снижающих активность ката лизатора.
Современные контактные схемы отличаются, глазным образам, лишь аппаратурным оформлением.
7
Р и с .I. Схема производства |
серной кислоты из сульфидных концен |
|||||||||
|
|
|
тратов |
контактным методом: |
|
|
||||
I - |
печь |
обжига; 2 |
- |
сухой |
электрофильтр; 3 |
- |
первая промывная |
|||
башня; 4 |
- вторая промывная башня; 5 - мокрые.электрофильтры; |
|||||||||
б - увлажнительная башня; |
7 - сушильная башня; |
8 - |
брызгоулови- |
|||||||
тели; 9 - |
гээодувка; |
10 |
- |
теплообменник; I I |
- |
контактный аппарат |
||||
12 - |
экономайзер; |
13 |
— |
олеумный абсорбер; |
14 |
- |
моногидрзт- |
|||
ный абсорбер; 15 - |
оросительные холодильники; |
16 - |
трубчатые |
|||||||
|
|
холодильники; 17 - |
сборники кислоты |
|
||||||
|
В современных контактных производствах серной кислоты ши |
|||||||||
роко внедряются новые конструкции |
аппаратов, |
новые |
антикорро |
|||||||
зионные материалы для защиты аппаратов, а также специальные не ржавеющие стали и сплавы для изготовления коммуникаций, холоди льников и насосов.
Наиболее распространенная схема переработки отходящих га зов медеплавильных заводов включает три стадии переработки: очистку (сухую и мокрую) и осушку га за ; контактное окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид; абсорбцию серного ангид рида с получением продукта.
Концентрация промывных кислот первых промывных башен под держивается в пределах 40-80$ H2so^.
Кислоты, конденсаты и шламы промывных отделений на боль шинстве заводов обрабатываются с целью извлечения из них селена, теллура, рения, а также других ценных металлов.
На некоторых заводах извлекается и мышьяк.
Концентрация циркуляционных кислот в сушильных башнях обы
8
чно поддерживается на уровне |
95-96% Н230^ , в |
моногидратных |
|
абсорберах - 95% ы230^ и в |
олеумных - |
20% 30^ |
в моногидрате. |
Продукционная кислота выпускается |
обычно с концентрацией |
||
98% H2sov |
|
|
|
Почти все контактные сернокислотные системы медеплавильных заводов, несмотря на использование новой современной аппаратуры и автоматики, работали? при среднем проценте контактирования
95,5% , и лишь отдельные системы достигли величины 97,5 -98,0% . Неокисленный сернистый ангидрид выбрасывается в атмосферу с от ходящими газами сернокислотной установки. Для соблюдения сани тарных норм по очистке газа на современных заводах имеются спе циальные установки для химической очистки слабоконцентрирован ных сернистых газов, выходящих из абсорбционного отделения сер нокислотных цехов.
Сооружение установок для дополнительной очистки газа в большинстве случаев является вынужденным мероприятием, так как усложняет и удорожает производство серной кислоты.
Наиболее рациональным способом более полного использования серы из перерабатываемых сернистых газов признается способ двой ного контактирования с промежуточной абсорбцией при контактном производстве серной кислоты.
В отличие от обычного контактного способа, абеспечивающего сравнительно низкое превращение S02 в SO^ , способ двойного контактирования позволяет увеличить его до 99,5-99,8% и таким образом при выбросе этого газа через высотные трубы обеспечить санитарные кормы S02 в атмосфере.
Если при простом контактировании выброс серы в атмосферу в пересчете на 100%—ную серную кислоту составляет ^ 12 г/м3 , то при двойном контактировании не превышает 2 г/м3 ."На рис. 2 пока зана технологическая схема контактно-абсорбционного отделения сернокислотной установки, работающей по схеме двойного контак тирования ( 3 :1 ) .
Первая стадия окисления сернистого ангидрида протекает при прохождении газа через первые три слоя катализатора. Перед по ступлением на каждый слой газ проходит через теплообменники.
Образовавшийся на первой стадии серный ангидрид поглощает ся в промежуточном абсорбере, а оставшаяся неокисленной часть сернистого ангидрида поступает на вторую стадию контактирования (она протекает на четвертей слое катализатора).
Затем газ охлаждается и поступает в конечный абсорбер.
В настоящее время схемы двойного контактирования запатен тованы во многих странах. Наиболее широкое распространение по-