Технология приготовления серной кислоты

     Получение серной кислоты включает несколько  этапов. Первым этапом является получение диоксида серы окислением (обжигом) серосодержащего сырья (необходимость в этой стадии отпадает при использовании в качестве сырья отходящих газов, так как в этом случае обжиг сульфидов является одной из стадий других технологических процессов). Следующий этап – превращение оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Этот окислительный процесс характеризуется очень высоким значением энергии активации, для понижения которой необходимо, как правило, применение катализаторов. В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SO2 в SO3, различают два основных метода получения серной кислоты.

     В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SO2 в SO3 проводят на твердых катализаторах.

     Триоксид  серы переводят в серную кислоту  на последней стадии процесса –  абсорбции триоксида серы, которую  упрощенно можно представить  уравнением реакции:

     SO₃ + H₂O = H₂SO₄

     При проведение процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота.

     Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:

     SO₂ + N₂O₃ + H₂O = H₂SO₄ + 2NO 

     В настоящее время серная кислота  производится двумя способами: нитрозный (башенный, камерный) и контактный метод, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Контактный  метод получения  серной кислоты из колчедана. 

     Рассмотрим  процесс получения серной кислоты  контактным методом из серного (железного) колчедана.

     Контактным  способом получают около 90% общего объема производства серной кислоты, так как именно этот метод обеспечивает высокую концентрацию и чистоту продукта.

     Производство  серной кислоты контактным способом включает четыре стадии:

1. получение диоксида серы (SO₂),
2. очистка SO₂ от примесей,
3. получение триоксида серы (SO₃),
4. абсорбция триоксида серы.

     Первая  стадия связана с получением диоксида серы из колчедана, который обжигается в печах, где происходит необратимая реакция:

     4 FeS₂ + 11О₂  → 2Fe₂ О₃ +8SO₂ + Q

     Измельченный серный колчедан обжигают в печах механических полочных, пылевидного обжига и со взвешенным (кипящим) слоем колчедана.

     Печные  газы, получаемые при обжиге колчедана, содержат много пыли, для улавливания которой применяют циклопы и электрофильтры (вторая стадия производства  серной кислоты). В циклопах пыль оседает под воздействием центробежных сил. Электрофильтры представляют собой конденсаторы высокого напряжения (60 000 – 70 000 В). Запыленный газ проходит между пластинками электрофильтра, где пылинки заряжаются и оседают на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая пыль падает в бункер, из которого затем удаляется.

     В электрофильтрах газ  очищается  до остаточного содержания пыли примерно 0,2 г/м³. Контактный способ требует более тщательной очистки не только от пыли, но от газообразных примесей «отравляющих» катализатор, использующийся при окислении диоксида серы.

     Для очистки газа предусматривается  система промывных башен, электрофильтров и сушильных башен.

     Третья  стадия производства серной кислоты  является основной. Сухой очищенный  газ поступает на контактное окисление  SO₂ до SO₃, которое происходит по обратимой экзотермической реакции, протекающей с уменьшением объема газа: 

     2SO₂ + O₂ ↔ 2SO3 + Q

     Равновесие  данной реакции сдвигается в сторону  образования SO₃ при снижении температуры  и увеличении давления газовой среды.

     Скорость  процесса окисления SO₂ при отсутствии катализатора даже при высоких температурах мала.

     На  заводах по производству серной кислоты в нашей стране в качестве катализатора используют  главным образом ванадиевые контактные массы с содержанием V₂O₅ примерно 7%, а также включающие оксиды  щелочных металлов  и высокопористые алюмосиликаты в качестве носителя.

     Для достижения максимальной скорости окисления SO₂ до SO₃ процесс следует начинать  при температуре около 600^ос и заканчивать при 400^оС. Конструкция современных полочных  контактных аппаратов обеспечивает эти условия.

     Контактное  отделение включает  трубчатый  теплообменник и контактный аппарат. Сухой и холодный очищенный газ подается в межтрубное пространство теплообменника для предварительного нагрева. Подогретый газ, проходя между трубками теплообменников, нагревается до  450^оС и поступает на верхний слой  катализатора, где 70-75%  SO₂ окисляется SO₃. за счет  выделяющейся  в реакции теплоты температура газа  повышается до 590-600^оС. Затем  газ направляется  во внутренний теплообменник, где охлаждается до 450-490^оС. охлажденная смесь SO₂+SO₃ подается во второй слой катализатора, на котором продолжается  дальнейшее окисление SO₂ в SO₃. Обычно газ проходит 3-5 решетчатых полок с контактной массой и расположенными между ними теплообменниками, в результате чего  97-98% SO₂ превращается в SO₃. Окисленный газ, имеющий при выходе из контактного аппарата температуру 400-430^оС, поступает в теплообменник, где охлаждается до 200^оС, а затем в холодильник, где его температура снижается до 60-80^оС. Автотермичность процесса окисления SO₂ до SO₃ позволяет эффективно использовать теплоту, выделяющуюся в ходе реакции.

     В четвертой стадии процесса производства серной кислоты охлажденный  окисленный газ  направляется в абсорбционное (поглотительное) отделение цеха. Абсорбцию триоксида водой осуществлять нецелесообразно, так как реакция

     SO₃ + H₂O → H₂SO₄ + Q

     будет протекать в газовой форме (за счет выделяющейся теплоты вода будет превращаться в пар) с образованием мельчайших капелек теплоты (тумана), который очень трудно  

улавливается. Поэтому SO₃ поглощается концентрированной серной кислотой в две стадии.

     Для технологии производства серной кислоты контактным способом существует несколько однотипных  технологий:  нитрозный (башенный) способ, способ получения H₂SO₄ из сероводорода (H₂S), способ получения H₂SO₄ контактным способом с сухой очисткой.

     На  данный момент контактный способ является наиболее приемлемым с точки зрения  технико-экономической характеристики. При этом способе обеспечивается высокая концентрация и чистота продукта при сравнительной простоте процесса. Возможно, в будущем будет преобладать некий другой способ получения кислоты, например, контактный с сухой очисткой (находится на стадии разработки и изучения всех положительных и, возможно, отрицательных, сторон внедрения в производство).  Пока же этот метод получения контактным способом является удовлетворительным и наиболее  широко используемым.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схема «Производство  серной кислоты контактным способом»:

1 – печь  для обжига в кипящем слое; 2 – циклон; 3 – электрофильтр,  4 – сушильная башня;

5 – теплообменник; 6 – контактный аппарат; 7 – поглотительная  башня 
 

Использование серной кислоты в  производстве. 

     Серная  кислота - важнейший продукт химической промышленности. В основном серная кислота используется для получения  фосфорных и азотных удобрений: простого суперфосфата, двойного суперфосфата, преципитата и сернокислого аммония. Достаточно указать, что при производстве 1 т. суперфосфата из фторапатита, не содержащего гигроскопической воды, расходуется 600 кг. 65-процентной серной кислоты. Суперфосфат представляет собой одно из наиболее распространенных удобрений, и он производится в количестве нескольких миллионов тонн.

     Все больший удельный вес приобретают  концентрированные фосфорные удобрения: двойной суперфосфат и преципитат. Для их производства требуется фосфорная кислота, на получение которой также нужна серная кислота. В качестве удобрения все в больших количествах начинает применяться сернокислый аммоний. Это хорошо усвояемое растениями и наиболее дешевое азотное удобрение. При его производстве тоже используется серная кислота. Необходимо отметить, что серная кислота используется при производстве удобрений не только потому, что дешевле всех остальных кислот. Благодаря своим свойствам она наиболее удобна для этой цели.

     В металлургии при прокате стали, на металле иногда образуются трещины, которые пронизывают толщу металла и появляются на поверхности металла в виде так называемых "волосовин" - тончайших трещин. Механические свойства металла вследствие этого резко снижаются. Для обнаружения трещин применяют 25 - 30-процентную серную кислоту. Образцы проката помещают в свинцовую ванну и травят, т.е. подвергают воздействию серной кислоты. При этом происходит растворение окалины и тонкого поверхностного слоя металла. Затем образцы промывают в воде и внимательно рассматривают - трещины, выходящие на поверхность, видны глазом.

     На  металлообрабатывающих заводах  серную кислоту используют в цехах  гальванопокрытий. Как известно, перед нанесением на металлические изделия электрическим методом никеля, хрома, меди их нужно тщательно очистить, протереть, обезжирить и, наконец, выдержать непродолжительное время в ванне с раствором серной кислоты. При этом она растворяет тончайший слой металла и с ним удаляются следы загрязнений. В то же время поверхность металла становится более шершаво: на ней появляются микроскопические  

углубления  и выступы. Электролитические покрытия к такой поверхности лучше  пристают и более прочно сцеплены с металлом.

     При переработке руд редких металлов большое значение имеет кислотный способ их расщепления. Обычно для этой цели используют наиболее дешевую нелетучую серную кислоту. Измельченную руду смешивают в определенной пропорции с серной кислотой и нагревают. Полученный раствор и осадок дальше перерабатывают химическим путем, исходя из химических свойств того элемента, который нужно выделить из раствора. На химическую переработку руд редких элементов расходуют тысячи тонн серной кислоты.

     Значительные  количества серной кислоты потребляет нефтеперерабатывающая промышленность. Как известно, нефть и ее отдельные фракции, например керосин, подвергают очистке.

     Широкое применение серная кислота находит  в органическом синтезе, в производстве красок, пластмасс, взрывчатых веществ, различных медицинских препаратов. По мере расширения производства химических продуктов увеличивается производство серной кислоты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новейшие технологии в приготовлении серной кислоты. 

  

1. Новые технологии компании BAYER получения серной кислоты.

 

     Весь  цикл от начала строительства до пуска  завода в эксплуатацию занял всего лишь 17 месяцев.

     Технология  BAYQIK ® (квази-изотермический катализ), разработанная компанией Bayer Technology Services GmbH, позволяет увеличить допустимую концентрацию серной кислоты на входе на 50% по объему. В совокупности с оптимизацией процедур управления технологическим процессом, внедрение нового, инновационного метода позволяет существенно улучшить результаты конверсии, т.е. значительно снизить уровень эмиссии диоксида серы. Кроме того, с применением данной технологии производительность завода увеличивается, по меньшей мере, на 30%.

     Компания  Berzelius провела технологические испытания и оптимизацию данного процесса под свое производство в ходе реализации пилотного проекта непосредственно на одном из своих заводов. Надежность, высокое качество и низкая стоимость стали решающими факторами для принятия руководством компании решения о присуждении контракта на планирование, поставку и строительство завода по производству серной кислоты по технологии BAYQIK® концерну Bayer. Новый завод способен производить до 450 тонн серной кислоты в день. Кроме того, благодаря тому, что BAYQIK ® применяется на периферийной основе, переход существующих мощностей компании по производству серной кислоты на новые технологии занял всего лишь несколько дней.