2. Технология производства серной кислоты

Под названием «серная кислота» в технике подразуме­ваются любые смеси триоксида серы с водой. Моногидрат, или безводная серная кислота H«S0₄, — тяжелая масля­нистая жидкость, смешивающаяся с водой в любых соот­ношениях; плотность 1,83 г/см³, температура кипения 296,2 ^еС, при дальнейшем нагревании разлагается на S0₃ и Я₂0, кристаллизуется при температуре +10,45 °С.

Промышленность выпускает несколько сортов серной кислоты, отличающихся концентрацией основного вещест­ва я содержанием примесей. Основные сорта серной кисло­ты; 65-процентная —- камерная, 75-процентная — башен­ная, 98-процентная — купоросное масло, олеум, 100-про-центвая — химически чистая, аккумуляторная и др.

Высокая активность серной кислоты и сравнительно небольшая стоимость определяют огромные масштабы производства и чрезвычайно разнообразное применение почти о всех отраслях народного хозяйства.

Наиболее крупным потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений — суперфосфата, сульфата аммония и др. В металлообрабатываю­щей промышленности серная кислота применяется для снятия ржавчины с поверхности черных металлов при под­готовке их к защитным или декоративным покрытиям лаками и цветными металлами. Большое количество серной кислоты расходуется на очистку нефтепродуктов. Произ­водство красителей, лаков, красок, лекарственных ве­ществ, некоторых пластических масс, многих ядохимика­тов, эфиров, спиртов было бы невозможно в современных масштабах без серной кислоты. Разбавленные растворы серной кислоты или ее солей применяют в производстве искусственного шелка, в текстильной промышленности. В пищевой промышленности серная кислота используется для приготовления крахмала, патоки и других продуктов.

В процессах нитрирования для производства многих органических соединений, в том числе и большинства взрывчатых веществ, также применяется серная кислота.

Сырье. Исходным сырьем для производства серной кис­лоты служит любое сырье, содержащее серу: различные колчеданы, отходящие газы металлургических процессов, топочное газы, чистая сера и др.

Получение серной кислоты. Технологический процесс получения серной кислоты состоит из трех стадий.

Первой стадией производственного процесса является получение сернистого газа S0₂.

Сернистый газ выделяют из топочных газов или отхо­дящих газов металлургических процессов сжиганием серы. При сжигании чистой серы, не содержащей ядовитых для катализатора примесей (мышьяк), получается газ, кото­рый может быть использован непосредственно (без очист­ки) для производства.

При сжигании кусковой серы применяются враща­ющиеся барабанные печи и неподвижные отражательные печи. Сжигание жидкой серы в распыленном состоянии проводят в неподвижных цилиндрических печах с раз­брызгивающими форсунками.

При получении сернистого газа из колчедана его под­вергают подготовке (дробление, просеивание, обогащение) и обжигу. Для обжига применяют печи различного типа (механические полочные, обжиг в кипящем слое и др.)

При сжигании колчедана с отходящим печным газом уносится некоторая часть колчедана и огарка в виде мельчайшей пыли. Отложение пыли на поверхности катализатора в контактных аппаратах ведет к понижению активности катализатора, а следовательно, и к понижению производительности аппарата.

В зависимости от вида катализатора и характера процесса существует два способа получения серной кислоты: башенный (нитрозный) и контактный.

Башенный (нитрозный) способ. В производстве H₂S0₄ по нитрозному способу обжиговый газ предварительно ос­вобождается только от механических примесей. Дополни­тельной очистки газа от химических примесей-ядов (мы­шьяка, селена и др.) не требуется. Очищенный от пыли таз поступает в систему при температуре 350 °С. Газ про­ходят последовательно через все башни системы, где про-исходит образование серной кислоты путем поглощения S0₃ водой. В качестве катализатора применяют раствор окси­дов азота в серной кислоте (нитроза).

Контактный метод. Контактный метод производства был предложен в 1881 г. и реализован в промышленности 1875 г. В настоящее время он является основным при производстве серной кислоты.

Быстрое развитие контактного метода производства объясняется возможностью получения чистой концентри­рованной кислоты и олеума — продуктов, имеющих боль­шое промышленное значение.

Производство серной кислоты контактным методом со­стоит из следующих основных стадий:

1. Очистка газов от примесей, вредных для процесса контактного окисления SO₂ в S0₃.

2. Окисления S0₂ в SO₃ на поверхности твердого ката­лизатора.

3. Поглощение триоксид серы серной кислотой с полу­чением концентрированной H₂S0₄ и олеума (H₂S0₄ + S0₃).

Нитрозный способ дает кислоту, загрязненную приме­сями и разбавленную, что ограничивает ее использование. При необходимости концентрирования этой кислоты рез­ко возрастает расход топлива (для упаривания воды). Не­полный возврат окислов азота приводит к постоянным зат­ратам на дорогостоящую азотную кислоту, продукт более транспортабельный. Но расход колчедана, электроэнергии при данном способе несколько выше, чем при контактном, хотя башенные установки дешевле контактных, аппарату­ра контактного сернокислотного производства эксплуати­руется более длительный срок и требует меньших затрат на ремонт.