Производство серной кислоты

Серная кислота
H2SO4 cуществует в природе как самостоятельное химическое соединение, представляет собой бесцветную маслянистую жидкость без запаха плотностью 1,83 г/см3
Пагубно действует на растительные и животные ткани, отнимая от них воду, вследствие чего они обугливаются
С водой смешивается во всех соотношениях, причём при разбавлении соединения водой происходит сильное разогревание, сопровождающееся разбрызгивание жидкости. Разбавляем по правилу: «Химик! Запомни как оду! Лей кислоту в воду!!!»
Одна из самых сильных кислот. В водных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:
H2SO4 = 2 Н+ + SO42-
Раствор оксида серы (+6) SO3 в серной кислоте называется олеумом H2SO4●SO3

VIII век – арабский алхимик Аджабир ибн Хайян
получил «кислые газы» из «зеленого камня»
(железного купороса).
IX век – персидский алхимик Ар-Рази получал
прокаливанием смеси медного и железного купороса
XIII век – европейский алхимик Альберт Магнус усовершенствовал способ.
XV век – алхимики 300 лет получали серную кислоту из пирита FeS2
В середине XVIII столетия было обнаружено, что свинец не растворяется в серной кислоте, поэтому стеклянное оборудование заменили на металлическое
1740-46 г.г. – был построен первый сернокислотный завод в Англии с использованием свинцовых камер.
1926 г. – в СССР построена первая башенная установка на Полевском металлургическом заводе (Урал) - малоэффективна.
1903 г. – запуск первой в России контактной установки на Тентелеевском химическом заводе (Петербург), к 1913 г. работало 6 систем (производство до 5 тыс.т.). Далее контактная система получила распространение во всём мире (Германия, Англия, США…)
История развития производства

Исходное сырье
Сырьё – исходный материал для производства промышленных продуктов.
В мире 75% получают из серы.
В России 60% получают из серы.
В Японии 60% из отходящих газов.
S(самородная сера)
H2S(сероводород)
Cu2S, ZnS, PbS (цветные металлы)
CaSO4*2H2O (гипс)
FeS2 (пирит) – содержание серы 54,3%. Концентраты минерала получают в результате обогащения руд цветных металлов на обогатительных фабриках.
С 2005 г. пиритный концентрат для поставляется только с Учалинского ГОКа (годовая мощность 2,5 млн.т), входящего в состав Уральской горно-металлургической компании.

Технологическая схема производства
пирит
сжигание
Ваннадиевый
катализатор
Поглотительная
башня
серная кислота
теплота
Воздух (+кислород)
теплота
склад
SO2
SO3
H2SO4

Технология – наука о наиболее экологичных способах и процессах получения сырья, полупродуктов и продуктов.
I стадия
Обжиг сырья (пирита) и получение оксида серы SO2.
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 + Q
(минерал пирит.)
Характеристика реакции: экзотермическая, необратимая, окислительно-восстановительная.

Печь для обжига
в «кипящем» слое

Оптимальные условия I стадии
Воздух, обогащенный кислородом.
t=8000 , теплота экзотермической реакции отводиться.
«Кипящий» слой (увеличение площади соприкосновения).
Время обжига - несколько секунд.

Принципы производства I стадии
(печь для обжига с «кипящим» слоем)
1. «Кипящий» слой.
2. Большая мощность.
3. Механизация и автоматизация.
4. Непрерывность.
5. Принцип противотока.

Подготовка сырья для II стадии
(циклон, электрофильтр, сушильная башня)
Прежде чем приступить ко II стадии SO2 очищают от пыли:
1. “Циклон” – от крупных частиц пыли.
2. Электрофильтр – от мелких частиц пыли
Осушить в сушильной башне
Нагреть до t=4000 в теплообменнике

Циклон и электрофильтр
(принцип действия – центробежная сила, притяжение заряженных частиц)

Сушильная башня
(принцип действия – поглощение воды концентрированной серной кислотой)

Принципы II стадии (контактный аппарат)
2 SO2 + O2 ↔ 2 SO3 + Q
(обратимая, каталитическая, экзотермическая)
1. Понижают температуру от 6000С до 4000С.
2. Катализатор V2O5 на керамике.
3. Противоточное движение.
4. Теплообмен.
Выход продукта 99,2%

Контактный аппарат

III Стадия (поглотительная башня)
SO3+H2O=H2SO4+Q (до 3000C)
Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига)
Отводят продукты реакции
Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум(раствор SO3 в H2SO4)

Поглотительная башня

Технологическая схема производства

Транспортировка и хранение серной кислоты
Транспортируют в железнодорожных и автоцистернах из кислотостойкой стали
Хранят в герметически закрытых емкостях из полимера или нержавеющей стали, покрытой кислотоупорной плёнкой

ПРОизводство серной кислоты в мире
(170-173 млн.т)

Потребление серной кислоты в мире
(174-178 млн.т)

потребление серной кислоты
1. Производство минеральных удобрений.
2. Производство сульфатов (солей серной кислоты).
3. Производство синтетических волокон.
4. Черная и цветная металлургия.
5. Производство органических красителей.
6. Спирты, кислоты, эфиры(орг. вещества).
7. Пищевая промышленность(патока, глюкоза), эмульгатор (загуститель) Е513.
8. Нефтехимия(минеральные масла).
9. Производство взрывчатых веществ.

Структура потребления серной кислоты в России