Тема: Производство серной кислоты
План:
1. Свойства и применение серной кислоты.
2. Производство серной кислоты.
3. Технологическая схема получения серной кислоты методом сухого катализа.
4. Технологическая схема получения серной кислоты методом мокрого катализа.
Свойства и применение серной кислоты
Серная кислота – тяжелая бесцветная маслянистая жидкость, 
=1,84 г/см3.
Серная кислота крайне гигроскопична. Поглощает влагу с выделением большого количества теплоты. Безводная серная кислота растворяет до 70% SО3 (образуется олеум). При обычной температуре она не летуча и не имеет запаха. При нагревании отщепляет SО3 до тех пор, пока не образуется раствор, содержащий 98,3% Н2 SО4. Безводная Н2 SО4 почти не проводит электрический ток.
Применение. По разнообразию применения серная кислота занимает первое место среди кислот. Наибольшее ее количество расходуется для получения фосфорных и азотных удобрений. Она используется для получения других кислот (соляной, плавиковой, фосфорной, уксусной и т.д). Много ее идет для очистки нефтепродуктов (бензина, керосина, смазочных масел) от вредных примесей. В машиностроении серной кислотой очищают поверхность металла от оксидов перед покрытием (никелированием, хромированием и др.) Серная кислота применяется в производстве взрывчатых веществ, искусственного волокна, красителей, пластмасс и т.д. Ее употребляют для заливки аккумуляторов. В сельском хозяйстве она используется для борьбы с сорняками (гербицид). Серная кислота используется для производства спиртов, эфиров и других органических веществ. Можно сказать, что серная кислота применяется почти во всех отраслях производства.
|
|
Производство серной кислоты
Процесс получения серной кислоты из серы состоит из стадий:
1) получение диоксида серы
S + O2 
SO2
2) окисление диоксида серы в триоксид
SO2 + 0,5 О2 SO3
(окисление диоксида серы в триоксид протекает медленно, поэтому его проводят в присутствии катализаторов, из-за чего этот метод производства серной кислоты получил название контактного)
3) поглощение триоксида серы водой (или серной кислотой).
Триоксид серы хорошо растворяется в серной кислоте, поэтому можно получать олеум с любым содержанием свободного SO3. В качестве сырья для производства серной кислоты можно применять железный колчедан и сероводород. Однако применение серы упрощает процесс, т.к SO2 практически не содержит примесей.
Серу плавят и подают в печь через форсунку, где она испаряется и сгорает в газовой фазе. Процесс проводят в избытке воздуха. Температура горения серы в воздухе 12400С. Окисление SO2 в SO3 протекает при температуре 450-6000С в присутствии катализаторов (платины и пентоксида ванадия, содержащего некоторые добавки, которые повышают активность катализатора, его термическую и механическую прочность). Более активным катализатором является платина, но ванадиевые катализаторы имеют более низкую стоимость. Сильным ядом для катализатора являются оксиды мышьяка, которые отравляют катализатор необратимо. Поэтому газ необходимо очищать от мышьяковистых соединений.
Скорость окисления SO2 в SO3 зависит от температуры процесса, но при высокой температуре конверсия SO2 в SO3 снижается. Поэтому в контактную камеру SO2 вводят при 4500С, после первой зоны катализатора газ нагревают до 6000С за счет теплоты реакции, затем газы охлаждают в котле-утилизаторе до 4500С и пропускают через вторую зону катализатора. При таком режиме время контакта 4 секунды, степень конверсии после первой зоны 90%, после второй – 99,7%.
|
|
Существует две схемы получения серной кислоты:
1. Метод сухого катализа (в контактный аппарат не поступают водяные пары).
Обычно этим методом получают олеум, для этого устанавливается специальный олеумный абсорбер, в котором поглощается 40-60% SO3. Контактные аппараты с выносными теплообменниками просты и удобны в эксплуатации. Число слоев катализатора 3-5, что обеспечивает высокую степень конверсии SO2. Для уменьшения потерь SO3 с отходящими газами и защиты атмосферы от вредных выбросов, процесс проводят с большой степенью поглощения. Полнота абсорбции зависит от концентрации серной кислоты. Наибольшую абсорбционную способность имеет 98,3%-ная Н2 SО4, что обеспечивает меньшие потери SO3 и выбросы в атмосферу тумана серной кислоты. Кроме того целесообразно при окислении вместо воздуха применять кислород, что помогает разгружать аппаратуру от балластного азота, существенно увеличивает производительность установок, улучшает технико-экономические показатели производства серной кислоты.
2. Метод мокрого катализа. Сероводород можно перерабатывать в серную кислоту методом мокрого катализа, при котором диоксид серы, полученный сжиганием сероводорода, окисляется на ванадиевом катализаторе в триоксид серы. Газ с диоксидом серы содержит значительное количество паров воды (отсюда название – метод мокрого катализа).