Производство серной кислоты.

Серная кислота — один из важ­нейших и наиболее широко применяемых химических продуктов. Ее используют почти. во всех отраслях химической промышлен­ности. Без серной кислоты невозможно производство некоторых-видов минеральных удобрений. При ее помощи получают другие кислоты из их солей. Серную кислоту применяют для очистки нефтепродуктов и для заполнения аккумуляторов; ее употребля­ют в цветной металлургии и в металлообработке, в производстве вискозного шелка и в текстильной промышленности; она находит применение даже в пищевой промышленности. Однако основным потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений, потребляющее примерно 40% всей серной кислоты в стране.

Такое многообразное использование серной кислоты объясня­ется ее высокой химической активностью и сравнительной деше­визной.

Серная кислота — это соединение серного ангидрида с водой (SОз + Н₂О=Н₂SO₄). Главной трудностью сернокислотного производства является получение серного ангидрида. При сжигании серы или обжиге сернистых минералов образуется сернистый газ, содержащий сер­нистый ангидрид SО₂. Дальнейшее окисление сернистого газа до SО₃ кислородом воздуха происходит настолько медленно, что пользоваться таким способом получения серного ангидрида в про­мышленных целях невозможно. Для быстрого проведения реакции требуется участие в процессе других веществ, ускоряющих окисле­ние сернистого газа. Применяют два способа получения серной кислоты – нитрозный и контактный. При нитрозном способе (его иначе называют башенным) в про­цессе окисления сернистого газа принимают участие окислы азота. Производство серной кислоты этим способом осуществляют следующим образом. Сернистый газ, воду и воздух вместе с окис­лами азота вводят в стальные башни, футерованные изнутри кис­лотоупорным кирпичом. В башне окислы азота (например, дву­окись SО2) отдают часть своего кислорода сернистому газу, кото­рый при этом окисляется и превращается в серный ангидрид: SO2+NO2=SO3+NO В результате реакции двуокись азота превращается в окись. Последняя окисляется кислородом воздуха и вновь превращается в двуокись азота, которая опять отдает часть кислорода сернисто­му газу, окисляя его в серный ангидрид. Окислы азота в этом непрерывном процессе являются передатчиками кислорода возду­ха, сернистому газу.

Таким образом, в башне образуется серный ангидрид, который, реагируя с распыленной водой, образует серную кислоту. Послед­нюю выводят из башни в виде 75—78 %-ного водного раствора (башенная кислота). Повышение концентрации башенной кисло­ты достигается выпариванием из нее воды. Так получают серную кислоту с концентрацией до 98,5% (концентрированная кислота). Производство серной кислоты контактным способом основано на применении катализатора, которым служит мелкораздроблен­ная платина или пятиокись ванадия VО₅. В присутствии катали­затора сернистый газ окисляется кислородом воздуха в серный ангидрид, который пропускают через концентрированную серную кислоту, поглощающую его. В результате получается дымящая серная кислота, или олеум,— раствор серного ангидрида в серной кислоте (100%-ная кислота).Контактный способ является более прогрессивным, и удельный, вес его в общем производстве серной кислоты непрерывно возра­стает.

Сырьем для производства серной кислоты (сернистого газа) служат сера и другие вещества, содержащие достаточное количество серы, например серный колчедан (пирит FеS2), гипс СаSО4*2Н2О. Таким сырьем служат также газы, получаемые при сжигании угля, содержащего серу. В ближайшее время резко возрастет использование для произ­водства серной кислоты сероводорода Н2S, являющегося побочным продуктом очистки сернистых нефти и газа.

Лучшим в технологическом смысле сырьем для сернокислот­ной промышленности является элементарная сера, которую получают выплавкой из серных руд (содержащих самородную серу) или в результате медно-серной плавки сульфидных медных руд, а также из сернистых газов. Основным сырьем для производства серной кислоты в нашей стране служит серный колчедан, содержащий до 50% серы и около 45% железа. На основе этого сырья в стране вырабатывается бо­лее 40% серной кислоты. На 1 т серной кислоты расходуется в среднем 0,82 т серного колчедана.

Получение сернистого газа. Получение сернистого газа для сернокислотного производства не представляет большой сложности. Он образуется в результате обжига серного колчедана или другого серосодержащего сырья в печах, подобных применяемым в цветной металлургии для обжига концентратов.

Серный колчедан, если он поступает на завод в виде крупных кусков, перед обжигом дробят. В процессе обжига серного колче­дана содержащаяся в нем сера почти полностью выгорает и в пе­чи образуется сернистый газ, выводимый через газоотвод. Продук­том обжига серного колчедана является также, пиритный огарок, в основном содержащий окислы железа Fе2О3, 1,5—2% серы и некоторые очень ценные редкие металлы. Огарок представляет собой рыхлую бурую массу; после агломерации его можно использовать в качестве доменного сырья. Для получения сернистого газа из элементарной серы ее сжи­гают в печах, имеющих вид стального горизонтального цилиндра, куда расплавленную серу подают через форсунку. Из сероводорода сернистый газ получают путем его сжигания. При этом образуется двуокись серы и пары воды. Дальнейшее окисление двуокиси серы (сернистого ангидрида) в серный ангидрид производится контактным способом. Благодаря наличию в сернистом газе паров воды процесс контактного окисления двуокиси получил название мокрого катализа.