серной кислоты из серы

• Серная кислота играет важную роль в получении большого числа химических продуктов, т.к. она является, с одной стороны, сильной неорганической кислотой, с другой стороны дешевым реагентом.

• Объем производства серной кислоты является одним из лучших индикаторов промышленного развития страны

В настоящее время для производства серной кислоты в промышленных масштабах используют два способа:

• - контактный, где окисление сернистого ангидрида в серный происходит на твердом катализаторе

• - нитрозный, где окисление происходит с помощью оксидов азота, растворенных в серной кислоте (нитроза).

Более 95% серной кислоты получают в настоящее время по контактному способу.

Идея контактного способа запатентована в 1831 году, но на практике к промышленному производству перешли на 50 лет позже, поскольку ключевая стадия – окисление SO₂ в SO₃ на платиновом катализаторе – потребовала интенсивных исследований для разработки условий процесса.

Исходным сырьём для производства серной кислоты могут быть сера, сероводород, сульфиды металлов.

Исходное сырьё - пирит FeS₂

Уравнение реакции первой стадии: вначале происходит обжиг серы на воздухе с получением диоксида серы и выделением тепла

S (газ) + O₂ (газ) → SO₂ (газ) ∆H=-297 кДж

За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи

• Окисление SO₂ в SO₃ кислородом

2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃ + Q

Оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO₃ является температура 400-500⁰С. Наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия V₂O_5. Процесс проводят при повышенном давлении

• Получение H₂SO₄ nSO₃ + H₂SO₄ →H₂SO₄·nSO₃

Дополнительные капитальные затраты на пылеулавливающее оборудование для очистки сернистого ангидрида делают использованием руд менее привлекательным.

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю

Нитрозный способ получения серной кислоты намного старше, чем контактный. В 1746 году Roebuck в Бирмингеме сжигал серу и нитрат (KNO₃) в присутствии пара для получения серной кислоты. В литературе подобный процесс упомянут в конце 1400-х годов.

• В нитрозном способе катализаторами служат оксиды азота. Окисление SO₂ в серную кислоту по нитрозному способу осуществляется в основном в жидкой фазе, в продукционных башнях - цилиндрических резервуарах (высотой 15 м и более), заполненных насадкой из керамических колец.

• Нитрозный способ по аппаратному признаку называют башенным.

• Сущность нитрозного метода:

- обжиговый газ обрабатывается серной кислотой, в которой растворены окислы азота. Сверху, навстречу газовому потоку, разбрызгивается "нитроза».

• "нитроза" - разбавленная серная кислота, содержащая нитрозилсерную кислоту (NOOSO₃H), получаемую по реакции:

N₂O₃ + 2H₂SO₄ => 2NOOSO₃H + H₂O

Окисление SO₂ окислами азота происходит в растворе после его абсорбции нитрозой. Нитроза гидролизуется:

Сернистый газ, поступивший в башни, с водой образует сернистую кислоту:

Азотистая кислота в газообразном состоянии является окислителем, позволяющим превратить сернистую кислоту в серную кислоту:

Выделяющийся NO превращается в окислительной башне в N₂O₃ (точнее в смесь NO+NO₂). Оттуда газы поступают в поглотительные башни, где навстречу им сверху подается серная кислота. Образуется нитроза, которую перекачивают в продукционные башни. Таким образом осуществляется непрерывность производства и круговорот окислов азота. Неизбежные потери их с выхлопными газами восполняются добавлением азотной кислоты (HNO₃).

МИНУСЫ

• Серная кислота имеет недостаточно высокую концентрацию

• содержит вредные примеси (As, Se, сульфатов Fe, Cu, Hg, Zn и Pb, в зависимости от используемых для обжига руд)

• производство сопровождается выбросом в атмосферу окислов азота (NO и NO₂ ).

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПРИ ПР_ВЕ

• Основные выбросы при контактном способе производства серной кислоты происходят в виде отходящих газов от абсорбера. Поток газов от абсорбера содержит в основном азот и кислород, а также диоксид серы и туман серной кислоты.

• Серная кислота обладает токсическим действием по отношению к растениям и животным, а также человеку.

• Поскольку в газах происходит контакт азота и кислорода с поверхностью нагретого металла, существует возможность образования и выброса оксидов азота (NO_x). Однако концентрации образовавшихся NO_x значительно ниже, чем в неконтролируемых выбросах при нитрозном способе получения кислоты.

• Потери неконвертированного SO₂ можно снизить:

1. Оптимизируя соотношения SO₂ : O₂ при входе в контактную башню.
2. Увеличив толщину слоев катализатора или снизив скорость газа, это увеличивает время контакта газа с катализатором.
3. Чисткой и частичной заменой катализатора на первом слое.
4. Установив после последнего абсорбера дополнительный скруббер для хвостовых газов, орошаемый H₂O или NH₄OH.

Скруббер Может быть использован для снижения выбросов диоксида серы и туманов серной кислоты

Поиск по сайту: