Области применения серной кислоты

1) Серная кислота широко используется в производстве фосфорных минеральных удобрений, различных солей и кислот. На производство минеральных удобрений расходуется до 50% всей вырабатываемой серной кислоты.

2) Большое количество (до 10%) серной кислоты используют для очистки нефтепродуктов и цветных металлов.

3) В металлообрабатывающей промышленности серную кислоту используют для снятия ржавчины с поверхности чёрных металлов перед защитным покрытием их лаками и цветными металлами.

4) Разбавленную серную кислоту и её соли применяют при производстве красителей (до 15%), лаков; лекарственных, моющих и взрывчатых веществ, в текстильной промышленности и производстве химических волокон.

5) В качестве катализатора в гидролизном производстве

6) Водоотнимающее вещество при осушке газов

Сырье для производства серной кислоты.

Историческая справка. До середины XVIII века серную кислоту в незначительных количествах получали термическим разложением железного купороса FeSO₄∙7Н₂О, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом. В настоящее время серная кислота производится двумя способами:1) нитрозным (башенным), существующем более 200 лет, 2) контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века.Контактный способ является более эффективным, что и послужило причиной вытеснения нитрозного способа из промышленности. 3.2. Сырьё.Сырьё. Сырьём для производства серной кислоты могут быть свободная сера, и различные серосодержащие соединения (рисунок). Из них в дальнейшем после обработки могут быть получены сера или непосредственно оксид серы (IV). Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в сульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля, природных и попутных газов. Значительные количества серы содержатся в виде оксида веры в топочных газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющихся при очистке горючих газов. 1) Железный колчедан. Наиболее распространённым сульфидом серы является пирит или железный колчедан. Природный железный колчедан представляет собой сложную породу, состоящую из сульфида железа и сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца, кобальта, никеля). Содержание серы в колчедане колеблется от 35 до 50%. Процесс подготовки рядового колчедана к производству ставит целью извлечение из него ценных цветных металлов и повышение концентрации дисульфида железа. Схема подготовки рядового колчедана представлена на рисункеПеред использованием железного колчедана для производства серной кислоты его подвергают обработке методом флотации с целью извлечения из него ценных металлов и повышения концентрации сульфида железа. Железный колчедан поступает на заводы по производству серной кислоты в виде порошка - флотационного колчедана.

Необходимо подчеркнуть, что при переработке сульфидовцветных металлов образуется большое количество оксида серы (IV) (до 10%), который можно непосредственно использовать для производства серной кислоты.

2) Свободная сера (S) является самым совершенным сырьём для производства серной кислоты. Сера легко сгорает в токе воздуха без образования отходов и побочных продуктов. Элементарная сера может быть получена из серных руд или газов, содержащих сероводород или оксид серы (IV). В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую (комовую). Источником газовой серы являются газо-конденсатные месторождения и месторождения попутного газа.Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных залежах (метод Фраша). Для этого серу расплавляют непосредственно под землей, нагнетая в скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серу на поверхность сжатым воздухом.На рисунке представлены схема подготовки самородной серы. Получение газовой серы из сероводорода, извлекаемого при очистке горючих и технологических газов, основано на процессе неполного окисления его над твердым катализатором. При этом протекают реакции:H₂S + 1,5О₂ = SO₂ + Н₂О 2H₂S + SO₂ = 2H₂O + 3S 2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S. Значительные количества серы могут быть получены из продуктов медеплавильного производства, содержащих различные соединения серы, в частности, пирит. При этом, в процессе плавки протекают реакции, приводящие к образованию элементарной серы: 2FeS₂ = 2FeS + 2S, (4FeS + 7О₂ = 2Fe₂О₃ + 4SО₂↑ + Q) SO₂ + С = S + СО₂,CS₂ + SO₂ = 3S + CO₂,2COS + SO₂ = 3S + 2CO₂.

3) Сероводород. При переработке нефтепродуктов в качестве побочного продукта образуется сероводород. Источником сероводорода служат и другие горючие газы: коксовый, генераторный, попутный. Сероводород улавливают, концентрируют, а затем сжигают и получают оксид серы (IV), перерабатываемый в дальнейшем в серную кислоту.

3.3. ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Производство серной кислоты из серосодержащего сырья включает несколько химических процессов:1. Первой стадией любого производства серной кислоты является получение сернистого ангидрида SO₂ путем обжига серосодержащего сырья. 2. Далее сернистый ангидрид тщательно очищается (особенно в случае контактного метода), окисляют до триоксида серы. 3. Абсорбция триоксида серы водой с образованием серной кислоты.Окисление SO₂ в SO₃ в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения этой стадии процесса применяют катализаторы.

В контактном методе производства серной кислоты окисление SO₂ до SO₃ осуществляется на твердых контактных массах. При нитрозном способе катализаторами служат оксиды азота, окисление проводится в жидкой фазе в башнях с насадкой, поэтому нитрозный способ называется башенным. Загрязнение атмосферы отходящими газами (SO₂,_. SO₃, NO₂) башенных производств и низкое качество кислоты – это основная причина вытеснения нитрозного способа.