Kükürd Turşusu İstehsal Prosesi
Kükürd turşusu (H₂SO₄) dünyanın ən vacib sənaye kimyəvi maddələrindən biridir. Geniş tətbiq sahələrinə görə tez-tez "kimya sənayesinin onurğası" adlandırılır: fosfat gübrələri və ammonium sulfat istehsalından tutmuş neft emalı, metal emalı, qurğuşun-turşu batareyalarının istehsalına və tekstil və əczaçılıq sənayesinə qədər. Kükürd turşusuna yüksək tələbat səmərəli, iqtisadi və ekoloji cəhətdən təmiz istehsal proseslərinin inkişafına səbəb olmuşdur. Hal-hazırda sənaye miqyasında istifadə edilən ən çox yayılmış metod Qurğuşun Kamera Prosesi kimi köhnə metodları əvəz edən Təmas Prosesidir.
Kükürd turşusu istehsalına ümumi baxış
Ümumiyyətlə, Kontakt Prosesi vasitəsilə kükürd turşusunun istehsalı bir neçə əsas mərhələni əhatə edir: (1) kükürd dioksidin (SO₂) əmələ gəlməsi, (2) qazın təmizlənməsi və qurudulması, (3) SO₂-un katalizatorla kükürd trioksidinə (SO₃) oksidləşməsi, (4) SO₃-un oleum əmələ gətirmək üçün konsentratlaşdırılmış kükürd turşusunda absorbsiyası və (5) oleumun istənilən konsentrasiyada kükürd turşusuna durulaşdırılması. Hər mərhələ maksimum məhsuldarlıq əldə etmək və zərərli qaz tullantılarını azaltmaq üçün temperatur, təzyiq və qaz tərkibinə ciddi nəzarət tələb edir.
1. Kükürd Dioksidin (SO₂) əmələ gəlməsi
Kükürd turşusu istehsalında əsas xammal elementar kükürd, neft emalı zavodlarından çıxarılan H₂S qazı və ya metal sulfid filizləri (məsələn, pirit FeS₂) ola bilər. Ən çox yayılmış üsul elementar kükürdü quru havada yandırmaqdır:
S(s) + O₂(g) → SO₂(g) + enerji
Bu reaksiya ekzotermikdir (istilik buraxır). Yaranan istilik tez-tez buxar yaratmaq üçün istifadə olunur, buna görə də sulfat turşusu zavodları tez-tez enerji bərpa sistemləri ilə birləşdirilir. Əgər xammal sulfid filizidirsə, filiz SO₂ istehsal etmək üçün qovrulur. Lakin elementar kükürdün istifadəsi daha təmiz qaz istehsal etməyə meyllidir və təmizləmə prosesini asanlaşdırır.
2. Qazın təmizlənməsi və qurudulması
Yanma qazları yalnız havadan SO₂ və N₂ ehtiva etmir, həm də toz, su buxarı və arsen birləşmələri və ya katalizator hissəcikləri kimi digər çirkləri filizdən çıxara bilər. Bu çirklər təhlükəlidir, çünki oksidləşmə mərhələsində katalizatoru zəhərləyə bilər. Buna görə də, qaz təmizləyici qurğu vasitəsilə emal olunmalıdır, məsələn:
– Toz/xırda hissəcikləri tutmaq üçün siklon ayırıcı və ya elektrostatik çökdürücü
– Müəyyən həll olan çirkləri azaltmaq üçün təmizləyici
– Su buxarını udmaq üçün konsentratlaşdırılmış sulfat turşusundan istifadə edən qurutma maşını (qurutma qülləsi)
Qaz qurutma çox vacibdir, çünki suyun olması turşu dumanının əmələ gəlməsinə səbəb ola bilər, SO₃ udma prosesinə mane ola bilər və avadanlıqlarda korroziyanı artıra bilər.
3. SO₂-nun SO₃-a oksidləşməsi (Əlaqə prosesinin əsas mərhələsi)
Kontakt prosesinin əsas mərhələsi kükürd dioksidin kükürd trioksidə oksidləşməsidir:
2 SO₂ (q) + O₂ (q) ⇌ 2 SO₃ (q)
Bu reaksiya ekzotermikdir və tarazlıq reaksiyasıdır. Nəzəri olaraq, aşağı temperatur SO₃ əmələ gəlməsinə kömək edir (çünki reaksiya ekzotermikdir). Lakin, çox aşağı temperatur reaksiya sürətini yavaşlatır. Buna görə də, sənaye optimal şərtləri seçir: təxminən 400–450°C temperatur və atmosfer təzyiqinə yaxın (və ya bir qədər yüksək) təzyiq. Reaksiyanı sürətləndirmək üçün çeviricinin katalizator yatağına yerləşdirilən vanadium(V) oksid (V₂O₅) katalizatoru istifadə olunur.
Konvertorlar adətən interkoolinq sistemi ilə təchiz olunmuş birdən çox katalizator yatağına malikdir. Bu, temperaturun optimal diapazonda qalmasını təmin edir: hava çox qızarsa, tarazlıq SO₂-a qayıdır, katalizator isə həddindən artıq temperaturda azalmış performansla qarşılaşa bilər.
Səmərəliliyi artırmaq və emissiyaları idarə etmək üçün bir çox müasir zavodlar İkiqat Kontakt İkiqat Absorbsiya (DCDA) sxemindən istifadə edir. Bu konfiqurasiyada qaz çeviricidən keçir, burada SO₃-un bir hissəsi udulur və qaz son udmadan əvvəl daha çox oksidləşmə üçün çeviriciyə qaytarılır. Nəticədə SO₂ konversiyası daha yüksək, emissiyalar isə daha aşağı olur.
4. SO₃ Absorbsiyası və Oleumun əmələ gəlməsi
Növbəti addım SO₃-u tutmaqdır. İlk baxışdan SO₃-u su ilə reaksiyaya salmaq asan görünür:
SO₃ (q) + H₂O (l) → H₂SO₄ (l)
Lakin, sənaye təcrübəsində su ilə birbaşa reaksiya böyük bir problem yaradır: SO₃ çox sürətlə reaksiyaya girir və kondensasiyası və udulması çətin olan sulfat turşusu dumanını əmələ gətirir və beləliklə məhsul itkisini və emissiya risklərini artırır. Buna görə də, SO₃ su ilə deyil, konsentrat sulfat turşusu (adətən 98%) tərəfindən udulur və oleum (SO₃-dan artıq sulfat turşusu) əmələ gətirir:
SO₃ (g) + H₂SO₄ (l) → H₂S₂O₇ (l)
Oleum (H₂S₂O₇) həmçinin pirosulfur turşusu adlanır. Maye sistemlərdə emal etmək daha asan olan SO₃-un "saxlama formasıdır". SO₃-un konsentratlaşdırılmış sulfat turşusuna hopdurulması həmçinin turşu dumanının əmələ gəlməsinin qarşısını almağa kömək edir və udma səmərəliliyini artırır.
5. Oleumun kükürd turşusuna durulaşdırılması
Oleum əmələ gəldikdən sonra, son addım bazar tələbatına uyğun bir konsentrasiyada, məsələn, ümumi sənaye istifadəsi üçün 98% və ya xüsusi tətbiqlər üçün daha aşağı konsentrasiyalarda sulfat turşusu istehsal etməkdir. Durulaşdırma nəzarətli şəkildə su əlavə etməklə əldə edilir:
H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l) → 2 H₂SO₄ (l)
Bu durulaşdırma həm də ekzotermik reaksiyadır, ona görə də ciddi temperatur nəzarəti və təhlükəsizlik prosedurlarına uyğun olaraq aparılmalıdır. Tanınmış təhlükəsizlik təcrübəsi qəfil qızma nəticəsində sıçramanın qarşısını almaq üçün suya turşu əlavə etməkdir, əksinə deyil. Sənaye miqyasında qarışdırma sistemləri reaksiyadan istilik yayılmasını idarə etmək üçün soyuducular, qarışdırıcılar və temperatur sensorları ilə hazırlanmışdır.
Təhlükəsizlik və Ətraf Mühit Aspektləri
Kükürd turşusunun istehsalı, atmosferə buraxıldıqda ciddi tənəffüs yollarının qıcıqlanmasına səbəb ola bilən və turşu yağışına səbəb ola bilən təhlükəli qazları (SO₂, SO₃) əhatə edir. Buna görə də, zavod aşağıdakıları tətbiq edir:
1. SO₂-nun SO₃-a çevrilməsini maksimum dərəcədə artırmaq və emissiyaları azaltmaq üçün DCDA sistemi və udma qurğusu.
2. Qaz axınından turşu dumanını bacadan buraxmazdan əvvəl tutmaq üçün duman təmizləyicisi.
3. Korroziyaya davamlı materiallar (məsələn, müəyyən poladlar, xüsusi ərintilər və ya qoruyucu örtüklər), çünki H₂SO₄, xüsusən də müəyyən konsentrasiyalarda və temperaturlarda yüksək dərəcədə korroziyaya uğrayır.
4. Ətraf mühitin fəaliyyətinin qaydalara uyğunluğunu təmin etmək üçün davamlı emissiya monitorinqi.
Bundan əlavə, ekzotermik reaksiyaların istiliyi tez-tez enerji bərpa sistemlərində istifadə olunur ki, bu da prosesi daha enerji səmərəli edir və karbon izini azaldır.
Bağlanır
Müasir kükürd turşusu istehsal proseslərində yüksək səmərəliliyi, yaxşı məhsul keyfiyyəti və DCDA kimi texnologiyalarla idarə olunan emissiyaları səbəbindən Kontakt Prosesi üstünlük təşkil edir. Əsas addımlara SO₂ istehsal etmək üçün kükürdün yanması, qazın təmizlənməsi və qurudulması, SO₃-a katalitik oksidləşmə, SO₃-un konsentratlaşdırılmış kükürd turşusunda udulması və sonra lazım olduqda oleumun kükürd turşusuna qədər durulaşdırılması daxildir. Nəzarət olunan əməliyyat parametrləri, müvafiq zavod dizaynı və möhkəm təhlükəsizlik və ətraf mühit sistemləri ilə sənaye müxtəlif iqtisadi sektorları dəstəkləmək üçün etibarlı şəkildə çox miqdarda kükürd turşusu istehsal edə bilər.
İstəsəniz, bu məqalənin daha akademik strukturlu bir versiyasını ("giriş-metod-nəticələr-müzakirə" altbaşlıqları ilə) yarada və ya başa düşülməsini asanlaşdırmaq üçün proses axın sxemi əlavə edə bilərəm.
