Производство серной кислоты

       Сероводород извлекают из газов, получаемых при  химической переработке углей нефти. Его окисляют кислородом воздуха до сернистого ангидрида:

       

       или до элементарной серы:

       

       Полученный  при этом или серу используют для производства серной кислоты.[2]

       1.3 Методы получения

       Еще в XIII в. Серную кислоту получали, правда в незначительных количествах, термическим разложением железного купороса , поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

       Ныне  серная кислота производится двумя  способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в  промышленности в конце XIX и начале XX в. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный).

       Первой  стадией сернокислотного производства по любому методу является получение сернистого газа при сжигании сернистого сырья. После очистки сернистого газа (особенно в контактном методе) его окисляют до серного ангидрида, который соединяется с водой с получением серной кислоты. Окисление в в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

       В контактном методе производства серной кислоты окисление сернистого ангидрида  в серный осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В настоящее время около 80% всей кислоты производится контактным способом. 
 
 

       

       Рисунок 1.1 - Схема производства серной кислоты контактным способом: 1, 2—промывные башни (полая и с насадкой); 3 — электрофильтр; 4 — башня с насадкой; 5 - турбокомпрессор; 6 - теплообменник; 7 — контактный аппарат; 8 - холодильный; 9 — башня для абсорбера; 10 - башня для орошения; 11 — кислотный холодильник; 12 — сборник; 13 -центробежный насос

       В нитрозном способе катализатором  служат окислы азота. Окисление  происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным.

       Сущность  башенного способа заключается  в том, что полученный при сжигании сернистого сырья сернистый газ, содержащий примерно 9% и 9 – 10% , очищается от пылевидных примесей (частиц колчеданного огарка) и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких (четырех – семи) башен с насадкой. Температура газа на входе в первую башню около . В башнях протекает ряд абсорбционно – десорбционных процессов, осложненных химическими превращениями. В первых двух – трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные окислы азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты .

       При высокой температуре нитрозилсерная кислота гидролизуется по уравнению:

             (а)

       Сернистый ангидрид абсорбируется водой и  образует сернистую кислоту:

                                 (б)

       последняя реагирует с окислами азота в  жидкой фазе:

                  (в)

       Частично  может окисляться в газовой фазе:

                           (г)

        , абсорбируясь водой, также  дает серную кислоту:

                                       (д)

       Окись азота десорбируется в газовую  фазу и окисляется до двуокиси азота  кислородом воздуха:

                                           (е)

       Окислы  азота  поглощается серной кислотой в последующих трех – четырех башнях по реакции, обратной уравнению (а). Для этого в башни подают охлажденную серную кислоту с малым содержанием нитрозы, вытекающую из первых башен. При абсорбции окислов получается нитрозилсерная кислота, участвующая в процессе. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться. На практике же из – за неполноты абсорбции имеются потери окислов азота. Расход окислов азота в пересчете на составляет 10 – 20 кг на тонну моногидрата .

       Нитрозным способом получают загрязненную примесями  и разбавленную 75 – 77% - ную серную кислоту, которая используется в  основном для производства минеральных удобрений.[5]

       

       Рисунок 1.2 – Схема производства серной кислоты  нитрозным методом 

       1 - денитрационная башня; 2, 3 - первая  и вторая продукционные башни; 4 - окислительная башня; 5, 6, 7 - абсорбционные  башни; 8 - электрофильтры. 

2 Технологическая  схема получения  серной кислоты  контактным методом  и ее описание 

       Производство  серной кислоты контактным способом состоит из следующих стадий:

1. очистка газа от примесей, вредных для процесса контактного окисления в ;
2. окисление в на поверхности твердого катализатора;
3. поглощение трехокиси серы серной кислотой с получением концентрированной серной кислоты и олеума.

       Отличия между отдельными технологическими схемами заключается в способах очистки газов от вредных примесей (мышьяк, селен и др.), в применяемых катализаторах и их носителях, а также в конструктивных особенностях отдельных аппаратов и в технологическом режиме.

       На  рис 1.3 изображена принципиальная схема контактного цеха, работающего на колчедане. Обжиговый газ ( ) через огарковый электрофильтр 1 поступает в промывную башню 2, где охлаждается примерно до орошающей башню 60-70% - ной серной кислотой. Кислота, вытекающая из башни, охлаждается в водяном оросительном холодильнике 8 и снова перекачивается на орошение башни 2. Из первой промывной башни газ поступает во вторую промывную башню 3, орошаемую 30% - ной серной кислотой, где дополнительно охлаждается примерно до . Вытекающая из башни 3 кислота, пройдя холодильник 8, вновь подается на орошение этой башни.

       В промывных башнях газ освобождается  от остатков пыли; здесь из трехокиси  серы, всегда присутствующей в обжиговом газе, образуются также пары серной кислоты. При конденсации паров в объеме кислота переходит в туманообразное состояние. Трехокись мышьяка при охлаждении газа переходит непосредственно в твердое состояние. Туманообразная серная кислота и трехокись мышьяка только частично улавливаются в промывных башнях.

       Для окончательной очистки газа от тумнообразной  серной кислоты, соединений мышьяка  и селена газ последовательно  пропускают через мокрые электрофильтры 4 и 6. Перед вторым электрофильтром 6 газ увлажняется в башне 5, орошаемой 5% - ной серной кислотой. Благодаря увлажнению мелкие частицы тумана, не уловленные в электрофильтре 4, укрупняются и полностью оседают в электрофильтре 6.

       Кислота, вытекающая из увлажнительной башни, охлаждается  в холодильнике 8 и снова подается на орошение башни. Из электрофильтра 6 очищенный газ при температуре около направляется на осушку от влаги в башню 7, орошаемую концентрированной серной кислотой (93-95% - ной). После осушки газ должен содержать не более 0,15 г/см³ водяного пара. Кислота из башни 7, пройдя в холодильник 8, снова направляется на орошение башни. Часть кислоты отводится на склад.

       Очищенный сухой газ турбокомпрессором 10 через  фильтр 11 подается в теплообменник 13, где подогревается горючими газами, выходящими из контактного аппарата 14. Подогретый газ из теплообменника 13 поступает в контактный аппарат, где двуокись серы окисляется до трехокиси серы на 97-98,5% и более.

       В период пуска системы газ предварительно нагревается в подогревателе 12 топочными газами, поступающими из расположенной рядом топки.

       Горючий газ, выходящий из контактного аппарата, в теплообменнике 13 отдает тепло  свежему газу, подаваемому турбокомпрессором, далее поступает в водяной  трубчатый холодильник 15, где охлаждается до , а затем направляется на абсорбцию.

       Абсорбция происходит в двух последовательно расположенных башнях 16 и 17. Первая по ходу газа башня 16 орошается олеумом, содержащим 18,5 - 20% (своб.). Вторая башня 17 орошается серной кислотой (98,3% ). Серная кислота и олеум, вытекающие из башен 16 и 17, охлаждаются в водяных оросительных холодильниках 8 и вновь подаются на орошение башен. Часть олеума отводится на склад. В башнях 16 и 17 улавливается до 99,9% .

       Отработанные  газы, содержащие остатки двуокиси серы, перед удалением в атмосферу  целесообразно пропускать через  специальную башню 18, снабженную насадкой и орошаемую аммиачной водой.

       В этой башне образуются растворы солей  аммония: сульфита аммония  , биосульфита аммония и сульфата аммония

       Полученные  в башне 18 растворы солей аммония могут быть использованы для получения 100% - ной двуокиси серы (путем отгонки из раствора паром) или переданы на переработку в другие химические производства.[6] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3 Технологические  расчеты оборудования

       3.1 Печь обжига колчедана

       

       3.1.1 Исходные данные для расчетов

       Пирит содержит 1% Al₂O₃. Избыток воздуха составляет – 20 % от стехиометрии. Степень реагирования пирита – 98 %.