Технология производства серной кислоты

Промышленность получает серную кислоту двумя способами: контактным и нитрозным.

Технология производства серной кислоты контактным способом применяется наиболее широко и заключается в следующих четырех стадиях.

1. Получение SO2 путем обжига пирита (FeS2)

Для проведения этой реакции пирит (другое название - серный колчедан) измельчают для увеличения скорости реакции и очищают от примесей флотационным методом. Затем пирит засыпают в специальные печи, куда происходит подача обогащенного кислородом воздуха.

При взаимодействии пирита с кислородом происходит образование оксида серы четырехвалентной, оксида железа трехвалентного и значительного количества тепловой энергии. Этот процесс можно выразить уравнением реакции:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8 SO2 + Q

После проведения реакции оксид серы (IV) очищают от примесей водяных паров и оксида железа (III). В итоге получается смесь двух газов: SO2 и остатков не прореагировавшего O2.

Технология производства серной кислоты

2. Окисление SO2 в SO3

Для превращения SO2 в SO3 используют контактный аппарат, где происходит смешение оксида серы четырехвалентной и кислорода. Уравнение данной реакции можно представить в следующем виде:

2 SO3 + Q2 SO2 + O2

Так как эта реакция обратима, то для протекания ее в нужном направлении соблюдают следующие условия:

  • температура 400-500°С
  • наличие катализатора V2O5
  • повышенное давление
  • избыток кислорода

3. Поглощение SO3 98% серной кислотой

Теоретически для образования серной кислоты достаточно растворить SO3 в воде. Однако эта реакция протекает экзотермически. Вследствие выделения значительного количества тепла серная кислота получается в виде тумана.

Чтобы избежать его получения оксид серы (VI) смешивают с 98% серной кислотой в абсорбционной колонне. Результатом реакции является маслянистая жидкость – олеум.

SO3 + H2SO4 = H2SO4 ∙ SO3

4. Преобразование олеума в серную кислоту

Чтобы осуществить эту реакцию, достаточно добавить к олеуму воду. В итоге получается концентрированный (98%) раствор серной кислоты.

H2SO4 ∙ SO3 + H2O = 2H2SO4

Технология производства серной кислоты нитрозным способом также осуществляется в несколько этапов:

1. Получение SO2

Первый этап сходен с таковым в контактном способе – оксид серы (IV) получают из пирита, либо другого серосодержащего сырья.

2. Получение нитрозы

Смесь оксидов азота (II) и (IV) в соотношении 1:1 поступает в специальные башни, где подвергается действию 75% серной кислоты. В ходе реакции образуется нитрозилсерная кислота:

NO + NO2 + 2H2SO4 = 2NOHSO4 + H2O

Нитроза – это нитрозилсерная кислота, растворенная в серной кислоте.

3. Получение H2SO4

Нитроза из реакции 2 поступает в другую башню, куда также подается оксид серы (IV) из реакции 1. Нитроза подвергается гидролизу, главным продуктом которого является азотистая кислота:

NOHSO4 + H2O = HNO2 + H2SO4

Затем азотистая кислота окисляет оксида четырехвалентной серы до серной кислоты:

2HNO2 + SO2 = H2SO4 + 2NO

В результате проведенных реакций получается серная кислота 75% концентрации. Для того чтобы получить концентрированную серную кислоту, приходится проводить ее упаривание, что является объективным недостатком этого способа промышленного изготовления серной кислоты.



Социальные закладки