Исходное сырье

Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементарная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы. Например, сульфиды железа, сульфиды цветных металлов (меди, цинка и др.), сероводород и ряд других сернистых соединений.
Традиционно основные источники сырья – сера и железный (серный) колчедан. Значительное место в сырьевом балансе производства серной кислоты занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы.
Производство серной кислоты включает в себя несколько этапов:

1) Подготовка сырья: а) очистка и плавление серы; б) очистка, сушка и дозировка воздуха;

2) Сжигание серы. Получение диоксида серы окислением (обжигом) серосодержащего сырья. Процесс ведут с избытком воздуха.

S+О₂ = SO₂

3) Контактное окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Этот процесс характеризуется очень высоким значением энергии активации, для понижения которой необходимо, как правило, применение катализаторов.

SO₂ + 0,5O₂ = SO₂ (Процесс ведут на ванадиевом катализаторе при t = 420-550˚С)

4) Абсорбция. В зависимости от того как проводится процесс окисления SO₂ в SO₃ , различают два основных метода получения серной кислоты:

· Контактный – процесс окисления SO₂ в SO₃ проводят на твердых катализаторах. Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса – абсорбции триоксида серы, которую можно представить уравнение реакции:

SO₃ + H₂O H₂SO₄

· Нитрозный (башенный) – в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота. Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:

SO₃ + N₂O₃ + H₂O H₂SO₄ + 2NO

В промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.

Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы.

Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы. В зависимости от видов сырья протекают экзотермические химические реакции обжига:

FeS₂ + 11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (I)
S + O₂ SO₂ . (II)

При протекании реакции (I) помимо газообразного диоксида серы образуется твердый продукт Fe₂O₃, который может присутствовать в газовой фазе в виде пыли. Колчедан содержит различные примеси, в частности соединения мышьяка и фтора, которые в процессе обжига переходят в газовую фазу. Присутствие этих соединений может вызвать отравление катализатора. Поэтому реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно направлен на стадию подготовки к контактному окислению, на которой помимо очистки от каталитических ядов выделяются пары воды (осушение), а также получаются побочные продукты (Se и Te).

Если обжиговый газ получают сжиганием серы, то отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать в себя лишь осушку газа и утилизацию теплоты.

На третьей стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы:

SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ (III)

Последняя стадия процесса – абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом.

В зависимости от комбинации этапов получения серной кислоты, существуют различные функциональные схемы:

1) Из колчедана методом одинарного контактирования

2) Из серы методом двойного контактирования

3) Циклическим методом из серы.