pangenes.ru

Получение серной кислоты

Серная кислота широко производится различными способами, такими как контактный процесс, мокрый процесс серной кислоты, процесс свинцовой камеры и некоторые другие методы.

"Камерная кислота" и "башенная кислота" представляют собой две концентрации серной кислоты, производимой в процессе свинцовой камеры, причем камерная кислота представляет собой кислоту, производимую в самой свинцовой камере. (Концентрация < 70% для того, чтобы избежать загрязнения нитрозилсульфуровой кислотой) и кислоты колонны, извлеченной из нижней части колонны Гловера.

  • В настоящее время они устарели как коммерческие способы получения H2SO4, хотя при необходимости их можно получить в лаборатории из концентрированной серной кислоты.

В 1831 году британский торговец уксусом Перегрин Филлипс запатентовал контактный процесс, который был гораздо более экономичным процессом получения триоксида серы и концентрированной серной кислоты.


Контактный процесс получения серной кислоты:

1) извлечение серы;

2) превращение серы в диоксид серы;

3) превращение диоксида серы в триоксид серы;

4) превращение серного ангидрида (SO3) в серную кислоту.


1) Наиболее важным источником серы является ее извлечение из природного газа и нефти. Они содержат соединения серы, как органические, так и сероводородные, которые должны быть удалены перед их использованием в качестве топлива или химического сырья.

Другим важным источником серы является диоксид серы, получаемый при рафинировании металлов. Многие металлические руды встречаются в виде сульфидов и обжигаются с образованием оксида и диоксида серы, например, при производстве свинца:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2

Другие металлы, полученные из их сульфидных руд, включают медь, никель и цинк.


2) Преобразование серы в диоксид серы

Если исходным материалом является сера, то сначала она должна быть превращена в диоксид серы. Расплавленную серу распыляют в печь и сжигают в атмосфере сухого воздуха при температуре около 1300 К. Сера горит с характерным синим пламенем:

S + O2 = SO2

В качестве избытка воздуха используют выходящий газ, содержащий около 10-12% диоксида серы и 10% кислорода по объему. Газы очень горячие и пропускаются через теплообменники (котлы для отработанного тепла).

Газы охлаждаются примерно до 700 К, и вода в окружающих трубах котла превращается в пар. При производстве одной тонны серной кислоты получают также одну тонну пара высокого давления.


3) Преобразование диоксида серы в серный ангидрид (контактный процесс)

Типичная установка содержит один цилиндрический сосуд, который действует как реактор с неподвижным слоем с четырьмя отдельными слоями катализатора, известного как конвертер, нагретый до 700 К, через который проходят диоксид серы и воздух.

Катализатором этой реакции является оксид ванадия (V) на кремнеземе, который обычно находится в форме небольших гранул, к которым в качестве промотора был добавлен сульфат цезия. Функция промотора заключается в снижении температуры плавления оксида ванадия (V) так, чтобы он расплавлялся при 700 K.


4) Превращение триоксида серы в серную кислоту

Триоксид серы реагирует с водой, и реакция может быть выражена как:

SO3 + H2O = H2SO4

Однако сама по себе вода не может быть использована для абсорбции, так как имеет место большой рост температуры, и образуется сернокислотный туман (олеум, H2S2O7), с которым трудно обращаться.

Эту концентрацию поддерживают добавлением воды и удалением кислоты в этой концентрации.

  • Вместо этого используют серную кислоту с концентрацией около 98%.

Для поддержания температуры около 400 К тепло отводится теплообменниками (Схема 1).


Схема 1: Теплообменник, используемый при производстве триоксида серы.


Теплообменник, используемый при производстве серного ангидрида


Не абсорбированные газы содержат около 95% азота, 5% кислорода и следы диоксида серы. Газовый поток фильтруют для удаления любых следов сернокислотного тумана и возвращают в атмосферу с использованием высокой трубы.

pangenes.ru
pangenes.ru

pangenes.ru © 2020
Яндекс.Метрика