Производство серной кислоты

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Структурная формула серной кислоты

Производство серной кислоты — процесс получения серной кислоты из исходного сырья в промышленных масштабах.

История[править | править вики-текст]

Несмотря на то, что серная кислота давно известна, вначале её получали сухой перегонкой - термическим разложением купоросов, поэтому упоминается под названием «купоросное масло», в промышленных количествах она стала производиться относительно недавно.

Сырьём для ее получения служат элементарная сера, сульфиды и сульфаты металлов, сероводород, отходящие газы теплоэлектростанций, использующих неочищенную нефть, и др. Основным сырьём некогда являлся пирит. Так, в 1958 году в СССР из пирита было выработано 71,4 процента серной кислоты, произведённой за этот год. Однако уже к 1970 году доля пирита в производстве серной кислоты в СССР снизилась до 41,8 процента[1]. В последнее время основным сырьём производства серной кислоты является сера. Так, в 2011 году в России из общего количества в 10,7 млн тонн произведённой серной кислоты 7,9 млн тонн получено из серы и 2,8 млн тонн — из отходящих газов и в результате нефтепереработки. В мире в 2011 году из общего количества в 223 млн тонн произведённой серной кислоты 136 млн тонн получено из серы, 67 млн тонн — из отходящих газов и 20 млн тонн — из пирита. Лидером по производству серной кислоты в мире на 2011 год являлась КНР — 74 млн тонн в год[2].

Основные стадии получения серной кислоты включают:

  1. Сжигание или обжиг сырья в кислороде с получением SO2
  2. Очистка от примесей газа
  3. Окисление SO2 в SO3
  4. Абсорбция SO3 водой.

Камерный способ[править | править вики-текст]

C XIV века серную кислоту получали так называемым «камерным» методом, в основе которой лежала реакция горения на воздухе смеси серы и калийной селитры, описанная алхимиком Валентином. Процесс проводился в камерах, обитых свинцом, нерастворимым в серной кислоте. Продуктами горения являлись оксиды азота, соли калия и SO3. Последний поглощался водой, находящейся в камере. Таким способом удавалось получить кислоту небольшой крепости, которую концентрировали известными методами.

В зависимости от соотношения реагентов получался разный состав твердого остатка. Одна из схем получения камерной серной кислоты, наиболее полно расходующая нитрат калия:

\mathsf{2KNO_3 + 2S + 2O_2 \rightarrow K_2SO_4 + SO_3 +NO_2 + NO}
\mathsf{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}

Промышленные количества камерной серной кислоты получали вначале во Франции, потом в Англии. В СССР камерный способ просуществовал до 1955 г.

После обнаружения каталитической роли оксидов азота в реакции образования SO3 от камерного способа стали отказываться в пользу других методов, использующих менее трудоемкий способ получения и окисления SO2.

Современные способы[править | править вики-текст]

В настоящее время в промышленности применяют два метода окисления диоксида серы в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твердых катализаторов, и нитрозный (башенный), в котором в качестве катализатора используют оксиды азота. В качестве окислителя обычно используют кислород воздуха.

В первом способе реакционная смесь пропускается сквозь слой твердого катализатора, во втором орошается водой или разбавленной серной кислотой в реакторах башенного типа. Вследствие высокой эффективности (производительность, компактность, чистота и стоимость продукта и др.) контактный способ вытесняет нитрозный.

Обнаружены сотни веществ, ускоряющих окисление SO2 до SO3, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, оксид ванадия(V) V2O5 и оксид железа Fe2O3. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO2, особенно мышьяком. Оксид железа(III) требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 °C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее экономичным, и только он применяется при производстве серной кислоты.

Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе — оксиде ванадия (V):

\mathsf{4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2}
\mathsf{2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3}

Нитрозный метод получения серной кислоты:

\mathsf{SO_2 + NO_2 \rightarrow SO_3 + NO}
\mathsf{2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2}

При реакции SO3 с водой выделяется огромное количество теплоты, и серная кислота начинает закипать с образованием трудноулавливаемой аэрозоли:

\mathsf{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + \Delta Q}

Поэтому SO3 смешивают с концентрированной серной кислотой, получая олеум, который далее разбавляется до нужной концентрации.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А., Глориозов П.А. § 98. Производство серной кислоты. Сырье для производства серной кислоты // Неорганическая химия: Учебник для 7—8 классов средней школы. — 18-е изд. — М.: Просвещение, 1987. — С. 223—224. — 240 с. — 1 630 000 экз.
  2. Ю. В. Филатов «Состояние и перспективы развития производства и потребления серной кислоты в РФ»

Литература[править | править вики-текст]

  • Амелин, А. Г. Производство серной кислоты [Текст]: учебник для проф.-техн. училищ / А. Г. Амелин, Е. В. Яшке. — 2 изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1980. — 245 с. : ил. — Библиогр.: с. 236.
  • Боресков, Г. К. Катализ в производстве серной кислоты: монография / Г. К. Боресков. — М.; Л. : Госхимиздат, 1954. — 348 с. : ил. — Библиогр. в конце глав.
  • Васильев, Б. Т. Технология серной кислоты [Текст] / Б. Т. Васильев, М. И. Отвагина. — М.: Химия, 1985. — 384 с.: ил. — Библиогр.: с. 370. — Предм. указ.: с. 377.
  • Вольхин, А. И. Черновая медь и серная кислота [Текст] : физико-химические и технологические основы производства: в 2 т. Т. II : Производство черновой меди. Утилизация серы в производстве черновой меди / А. И. Вольхин. — Челябинск : Полиграфическое объединение Книга, 2004—378 с. — ISBN 5-7135-0423-9.
  • Гладушко, В. И. Производство серной кислоты: [учебник для ПТУ] / В. И. Гладушко. — Киев: Технiка, 1966. — 231 с.: табл., ил. — Библиогр.: с. 228.
  • Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения) [Текст] : монография: в 10 т. Т. 10 : Инновация: идея, технология, производство : монография./ ред. А. А. Жарменов. — Астана : «Фолиант», 2003. — 256 с. : ил., табл. — Библиогр.: с. 248.
  • Кузнецов, Д. А. Производство серной кислоты [Текст]: учебник для ПТУ / Д. А. Кузнецов. — М.: Высш. шк., 1968. — 296 с. : ил. — Библиогр.: с. 274. — Предм. указ.: с. 288.
  • Осмулькевич, В. А. Производство серной кислоты из технологических газов на цинковых и свинцовых заводах [Текст] : пособие для рабочих / В. А. Осмулькевич. — М.: Металлургия, 1971. — 96 с. — (Библиотека молодого рабочего цветной металлургии).
  • Резницкий, И. Г. Производство серной кислоты из отходящих газов цветной металлургии: [учебник для ПТУ] / И. Г. Резницкий, Н. П. Добросельская. — М. : Металлургия, 1983. — 144 с. : ил., табл. — (Библиотечка молодого рабочего цветной металлургии). — Библиогр.: с. 134
  • Сороко, В. Е. Новые системы производства серной кислоты из металлургических газов, серы и колчедана/ В. Е. Сороко, В. И. Явор. — М. : ЦНИИИТЭИЦМ, 1979. — 66 с. : ил., табл. — Библиогр.: с. 64.
  • Справочник сернокислотчика [Текст] / А. С. Ленский, П. А. Семенов, Г. А. Максудов; ред. К. М. Малин. — 2 изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1971. — 744 с. — Библиогр. в конце разд.- Предм. указ.: с. 723—744.