Производство серной кислоты

Производство серной кислоты

Структурная формула серной кислоты

Несмотря на то, что серная кислота давно известна, в частности, в трудах алхимиков она 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.

Основные стадии получения серной кислоты включают:

1. Сжигание или обжиг сырья в кислороде с получением SO₂
2. Окисление SO₂ в SO₃
3. Абсорбция SO₃ водой.

C XIV века серную кислоту получали т.наз. "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:

1. 2KNO₃ + 2S + 2O₂ → K₂SO₄ + SO₃ + NO₂ + NO
2. SO₃ + H₂O → H₂SO₄

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

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

В настоящее время в промышленности применяют два метода окисления SO₂ 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, пятиокись ванадия и окись железа. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO₂, особенно мышьяком. Окись железа требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 гр. C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее рациональным, и только он применяется при производстве серной кислоты. Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе — оксиде ванадия (V) (V₂O₅).

1. 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂
2. 2SO₂ + O₂ → 2SO₃
3. SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Нитрозный метод получения серной кислоты

1. SO₂ + NO₂ → SO₃ + NO↑.
2. 2NO+O₂ → 2NO₂

При реакции SO₃ с водой выделяется огромное количество теплоты, и серная кислота начинает закипать с образованием "туманов" SO₃ + H₂O = H₂SO₄ + Q. Поэтому SO₃ смешивается с H₂SO₄, образуя раствор SO₃ в 91% H₂SO₄ - олеум

Библиотграфия: 

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.

См. также

• Сера
• Оксид серы (IV)
• Оксид серы (VI)
• Серная кислота
• Абсорбционная колонна