10.8. Виробництво сірчаної кислоти

Сировиною для виробництва сірчаної кислоти є сірка, сірко­вий колчедан та сірководень, спалюючи які одержують оксид сірки (IV) SO.

Схему одержання сірчаної кислоти наведено на рис. 1. Сірча­ний колчедан подають стрічковим конвейєром до бункера, а потім до печі, в яку безперервно вдувається повітря. Температу­ра в печі повинна бути на менш ніж 800 °С.

Хімічна промисловість випускає тисячі хімічних продуктів, один з яких — сірчана кислота — відіграє важливу роль. Завдя­чуючи її властивостям, а також у зв'язку з тим що вона значно де­шевша інших кислот, сірчану кислоту широко використовують як в хімічній промисловості, так і в металообробній, нафтопере­робній та в інших галузях промисловості (виробництво мінераль­них добрив, синтез барвників і лікарських речовин, металургія, виробництво солей та кислот та ін.). Сірчану кислоту справедли­во називають фундаментом хімічної промисловості.

Сірчана кислота реагує з багатьма органічними сполуками. Цю властивість використовують для очищення бензину і гасу від шкідливих домішок, які утворюють з сірчаною кислотою сполу­ки, які не розчинюються в нафтопродуктах. Сірчану кислоту ши­роко використовують в виробництві багатьох хімічних волокон, миючих засобів, вибухових речовин, барвників, її використову­ють для сушки газів, для очищення поверхні металів від окислів металів перед нікелюванням та іншими подібними процесами.

Протягом двохсот років, які промайнули від початку промис­лового виробництва сірчаної кислоти, область її застосування змінилась. Обсяги виробництва сірчаної кислоти безперервно зростають.

Формула сірчаної кислоти HSO. Сірчана кислота — рідина, яка не має кольору, важка (майже вдвічі важча за воду) і в'язка, як олія. При кімнатній температурі вона нелетка, тому не має за­паху. Під час контакту з водою відбувається дуже сильне розігрівання. Концентрована сірчана кислота поглинає з повітря водяні пари. Тому її використовують для висушування речовин. Гази осушають, шляхом пропускання їх через промивні склянки з концентрованою сірчаною кислотою. При потраплянні на шкіру викликає сильні опіки.

484

Рис. 10.7. Виробництво сірчаної кислоти

Солі сірчаної кислоти (NaSO, KSO, NaHSO, KHSO) розчи­няються у воді за виключенням сульфату барію BaSO (а також SrSO, RaSO, PbSO). А звідси якісна реакція на сірчану кислоту:

HSO + ВаСІ = BaSO+ 2НС1 (випадає осад).

Сировина для виробництва сірчаної кислоти. Сірку відносять до числа найбільш розповсюджених хімічних елементів. Відомі

485

великі родовища самородної сірки, сірчаного колчедану FeS і сульфату кальцію. Всі ці види сировини використовують для ви­робництва сірчаної кислоти, але використовують не лише їх.

Сірчану кислоту отримують з оксиду сірки, що є відходом ви­робництва багатьох відомих металів. При виробництві міді відхо­дом є руда, містить сірчаний колчедан FeS з якого теж отримують сірчану кислоту. При отриманні коксу з кам'яного вугілля утво­рюється коксовий газ, з якого отримують сірку, або оксид сірки. При очищуванні природних горючих газів від сірководню краще виробляти з останнього сірку, чи сірчану кислоту. Таким чином поряд з природною сировиною для виробництва сірчаної кислоти можливе використання також різних відходів інших виробництв.

Перша стадія виробництва сірчаної кислоти — отримання оки­су сірки (IV)

Першою стадією виробництва сірчаної кислоти з сірки, сірча­ного колчедану та сірководню є їх обпалювання для отримання газу оксиду сірки (IV).

4FeS + 11О = 2FeO + 8SO + Q

Сірчаний колчедан подають стрічковим конвейєром до бун­кера, а потім до печі, в яку безперервно вдувається повітря. Ога­рок частково відноситься пічним газом, частково відводиться че­рез отвір в печі.

Температура в печі повинна бути на менш ніж 800 °С, так як при більш високій температурі частинки твердого матеріалу по­чинають спікатися і утворюють грудочки. Температуру регулю­ють, проводячи реакцію з деяким надлишком повітря. Окрім то­го поміщають в реакційний апарат трубки парового котла. Утво­рена водяна пара використовується для виробництва електрое­нергії, або для інших цілей.

Сучасні потужні установки обладнані автоматично діючими і записуючими контрольно — вимірювальними апаратами, через які можна отримати всі необхідні дані. Оптимальний режим підтримується на основі даних цих приборів, автоматичними за­собами, які, наприклад, можуть знизити температуру в зоні ре­акції, збільшити подачу повітря.

Друга стадія — окислення оксиду сірки (IV)

Оксид сірки (IV) потрібно окислити в окис сірки (VI):

2SO + О = 2SO+ Q

При 400 °С може окислюватись максимально 99,2% окису сірки (IV), при

600 °С — лише 73%. Для збільшення швидкості

486

цієї реакції використовують в якості каталізатора (найбільш ефективного) окис ванадію (V).

При обпалюванні ванадію отримують газову суміш, яка наси­чена пилом та отруйними речовинами. Цю газову суміш очищу­ють циклотроном і електрофільтром. В циклотроні частинки пи­лу видаляються із газової суміші під дією відцентрової сили. Цик­лотрон складається з двох циліндрів, які вставлені один в другий. Газ поступає збоку в зовнішній циліндр і рухається зверху вниз по спіралі. Частинки пилу під дією відцентрової сили подають в конічну частину апарату, звідки вони і видаляються. Але в газі все ще залишаються найменші пилинки.

В електрофільтрі під дією сильного електричного поля моле­кули газу іонізуються. Пилинки, які зіткнулись з іонами пе­ревтілюють заряд, притягуючись до одного із електродів, розря­джаються і осідають. В кінці кінців газ осушують, шляхом взаємодії з концентрованою HSO.

Сушильна вежа наповнена керамічними кільцями. Зверху до башти безперервно подається рідина, яка стікає вниз, утворюю­чи плівку на поверхні кілець. Знизу до вежі безперервно по­дається газ. В такій башті рідина і газ рухаються протитечійно. Кислота зв'язується з водою і тому ступінь сушіння газу високий.

Очищений газ нагрівають до температури початку реакції. Доцільно використовувати теплоту окислення окису сірки (IV). Таке підігрівання газу відбувається в трубчастому теплообмінни­ку. По трубкам проходить гарячий газ, а в міжтрубному про­сторі — протитечією нагріваємий.

Окис сірки (VI), який утворився в контактному апараті, потрібно витягнути із газової суміші в якій об'ємна доля складає 7%, і отримати концентровану HSO, або розчин окису сірки (VI) в сірчаній кислоті — олеум.

HSO утворюється з окису сірки (VI): SO + НО = HSO + Q

Реакція відбувається при температурі 300 °С. В якості ре­акційного апарату використовують башту з насадкою із з проти-вотечійним рухом газової суміші і поглинаючою окис сірки (VI) рідиною. При цьому миттєво утворюється пара сірчаної кислоти. Газова суміш виявляється перенасиченою пароподібною HSO. Можливо і потрібно поглинати окис сірки (VI) сірчаної кислоти, в якій є мало води — масова доля 2%. Над таким розчином тиск пари води дуже малий і пара HSO не утворюється. В башті, яка поглинає концентрація кислоти трохи підвищується, частина її

487

відправляється на склад, а частина після розмішування повер­тається в башту для зрошення насадки.