Система производства кислоты из дымового газа

Вот когда слышишь про систему производства кислоты из дымового газа, многие сразу думают о стандартной схеме: газ —> сушка —> конверсия —> абсорбция —> готовая кислота. Но на практике, особенно на объектах цветной металлургии, всё упирается в исходный газ. Его состав, пылевая нагрузка, колебания объёма и содержания SO2 — это не теоретические вводные, а ежедневная реальность, которая ломает любые идеальные расчёты. Частая ошибка — пытаться применить ?типовое? решение без глубокого анализа именно этих параметров. У нас на одном из медных проектов в СНГ из-за недооценки содержания мышьяка и пыли в сырьевом газе пришлось полностью переделывать систему очистки на входе, иначе катализатор в контактном узле ?отравлялся? за считанные месяцы.

От теории к ?грязному? газу: где начинаются реальные проблемы

В учебниках процесс выглядит линейно. На деле, ключевой этап — подготовка дымового газа. Если на металлургическом заводе газ идёт, например, от печей Ванюкова или плавильных агрегатов, он несёт не только SO2. Там и пары серной кислоты (туман), и твердые частицы (иногда субмикронные), и целый букет примесей: фтор, хлор, селен, тот же мышьяк. Пылеуловители и мокрые скрубберы — это must-have, но их эффективность нужно считать не по паспорту, а с запасом. Помню случай, когда проектанты заложили электрофильтры стандартной эффективности, но не учли высокое сопротивление пыли — в итоге газовый поток ?не проталкивался?, вся система не выходила на проектную производительность. Пришлось ставить дополнительные дымососы, что резко увеличило энергопотребление.

Здесь важно не просто отфильтровать, но и стабилизировать газ перед подачей в сушильную башню. Колебания температуры и влажности — убийцы для последующих стадий. На одном из наших проектов, который реализовывала ZHONGJI SUNWARD как генеральный подрядчик EPC, пришлось разрабатывать нестандартную систему газоохлаждения и условного ?усреднения? состава, используя технологические наработки их материнской структуры — Чаншаского института. Без этого контактный узел работал нестабильно.

Именно на этапе подготовки часто кроется основная стоимость и сложность всей системы производства кислоты. Инвестиции в надёжную очистку и кондиционирование газа окупаются сторицей за счёт увеличения межремонтного пробега катализатора и снижения простоев. Экономить здесь — значит закладывать проблемы на годы вперёд.

Контактный узел: не только V2O5, но и теплообмен

Сердце системы — контактный аппарат. Все говорят про катализатор на основе ванадия (V2O5), и это правильно. Но не менее критична конструкция самого аппарата и система теплообмена. Реакция окисления SO2 в SO3 — сильно экзотермическая. Если не отводить тепло эффективно, происходит перегрев катализатора, его спекание и резкое падение активности.

В наших проектах мы часто используем многослойные (обычно 4 слоя) аппараты с промежуточным охлаждением газа между слоями. Здесь есть тонкость: можно охлаждать, пропуская газ через теплообменники, а можно — путём подмеса холодного газа (байпас). Второй способ проще аппаратурно, но снижает общую степень конверсии. Выбор зависит от требований к конечному продукту и экономики проекта. ZHONGJI SUNWARD как раз обладает компетенцией в детальном технологическом моделировании таких процессов, что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретного состава газа.

Ещё один практический момент — запуск узла. Катализатор нужно постепенно прогревать до рабочей температуры (около 420°C). Для этого нужна отдельная система пускового подогрева (обычно электрическая или на жидком топливе). Если этого не предусмотреть грамотно, можно безнадёжно испортить дорогостоящую засыпку катализатора при вводе объекта в эксплуатацию.

Абсорбция: получить кислоту — это полдела, её нужно стабилизировать

После получения SO3 газ направляется в абсорбционную башню, где SO3 поглощается концентрированной серной кислотой с образованием олеума или товарной кислоты нужной концентрации. Казалось бы, всё просто. Но здесь начинаются нюансы, связанные с качеством продукта.

Во-первых, контроль концентрации. Он ведётся по плотности и температуре. Автоматика должна чутко регулировать подачу воды или слабой кислоты и отбор готового продукта. На старых заводах это делали операторы ?на глазок?, что вело к браку. Сейчас мы в проектах внедряем системы автоматического регулирования, но их алгоритмы должны быть ?обучены? на конкретной технологии. Готовая кислота не должна содержать оксидов азота, тяжёлых металлов и иметь стабильную концентрацию, обычно 92,5% или 98% H2SO4.

Во-вторых, проблема туманообразования. На выходе из абсорбера всегда есть мелкодисперсный туман серной кислоты, который не улавливается. Это и потери продукта, и выбросы. Для борьбы с ним ставят специальные туманоуловители — волокнистые или жалюзийные. Их подбор и размещение — это отдельная задача. Неправильный выбор материала фильтрующих элементов приводит к их быстрой коррозии и выходу из строя.

Материалы: коррозия — главный враг

Вся система производства кислоты из дымового газа работает в агрессивнейшей среде. От выбора материалов напрямую зависит срок службы оборудования. Для ключевых аппаратов — сушильной и абсорбционной башен, теплообменников — часто используют кислотоупорную сталь (например, AISI 316L), футеровку кислотоупорным кирпичом или свинцом. Для трубопроводов слабой кислоты иногда достаточно полипропилена или FRP (стеклопластика).

Ошибка в выборе материала — это авария. Был печальный опыт на одном из цинковых заводов, где для теплообменника в зоне конденсации применили не тот сорт нержавеющей стали. Через полгода — сквозная коррозия, утечки, длительный простой. Пришлось менять на более стойкий сплав с добавлением молибдена. Поэтому в комплексных решениях, подобных тем, что предлагает ZHONGJI SUNWARD, большое внимание уделяется не только процессному дизайну, но и спецификациям на материалы, основанным на многолетнем опыте.

Отдельная головная боль — фланцевые соединения и уплотнения. Они должны быть абсолютно герметичны. Здесь нельзя экономить на прокладках (часто используют PTFE) и качестве монтажа.

Интеграция и автоматизация: чтобы система работала, а не обслуживалась

Современная установка — это не набор разрозненных аппаратов. Это единый технологический комплекс, управляемый с центрального пульта. Автоматика контролирует тысячи параметров: давления, температуры, расходы, концентрации. Но самая важная задача АСУ ТП — поддерживать баланс всей системы при изменениях нагрузки.

Например, если плавильный цех снижает производительность, падает объём и/или концентрация SO2 в исходном газе. Система должна автоматически скорректировать режимы насосов орошения, дымососов, теплообменников, чтобы сохранить стабильность процесса и качество кислоты. Настройка таких контуров регулирования — это искусство. Готовых решений нет, каждый проект уникален.

Именно в области реализации полного цикла — от проектирования процессов и изготовления оборудования до сдачи ?под ключ? — проявляется преимущество работы с профильным подрядчиком EPC. Компания ZHONGJI SUNWARD, опираясь на опыт своего института и производственные платформы, может взять на себя всю ответственность за создание такой интегрированной и сбалансированной системы, где оборудование и автоматика проектируются и поставляются из одного источника, что минимизирует риски нестыковок.

Вместо заключения: мысль по итогам запусков

Глядя на успешно работающую установку, понимаешь, что секрет не в каком-то одном ?супер-аппарате?. Секрет — в деталях. В правильно рассчитанном диаметре трубопровода на участке мокрой очистки газа, чтобы не было заиливания. В грамотном расположении смотровых окон и лючков для обслуживания. В запасе по производительности основных насосов. В качественном монтаже, который часто недооценивают.

Система производства кислоты из дымового газа — это живой организм, который нужно ?чувствовать?. Её нельзя просто купить по каталогу и собрать. Её нужно спроектировать под конкретный газ, построить с пониманием технологии и запустить, внимательно следя за поведением каждого узла. Только тогда она будет стабильно давать продукт, соответствующий ГОСТ или ТУ, и окупать вложенные средства. И опыт, накопленный при реализации таких проектов в разных условиях — от медных до никелевых заводов, — это самый ценный актив, который невозможно скопировать по чертежам.