Производство серной кислоты из серы

Метод получения серной кислоты из серы называются также короткой схемой производства.

В промышленности выделять стадию перехода серы из тв состояния в жидкое с последующим ее испарением, которая представляет собой гетерогенную экзотермическую реакцию: Sтв→ Sжидк→Sпар

Горение серы представляет гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествует процесс перехода твердой серы в жидкое состояние и ее последующее испарение. Таким образом, процесс горения протекает в газовой фазе в потоке предварительно высушенного воздуха и описывается уравнением: S+O₂=SO₂ –ΔH, где ΔН = 297,3 кДж. Для сжигания серы используются печи форсуночного и циклонного типов.

В форсуночных печах расплавленная сера распыляется в камере сгорания сжатым воздухом через форсунки, которые не могут обеспечить достаточно полного перемешивании паров серы с воздухом и необходимой скоростью горения. В циклонных печах, работающих по принципу центробежных пылеуловителей, достигается значительно лучшее смешение компонентов и обеспечивается высокая интенсивность процесса горения серы.

Печной газ при сжигании серы отличается более высоким содержанием оксида серы (4) и не содержит значительного количества пыли. При сжигании самородной серы в нем также полностью отсутствует соединения мышьяка и селена, являющиеся каталитическими ядами.

Существующие установки по производству серной кислоты из серы, снабженные печами циклонного типа, имеют производительность 100 и более тонн серы в сутки. Разрабатываются новые конструкции производительностью до 500 т серы в сутки. Расходные коэффициенты (на 1 т моногидрата): сера 0,34 т, вода 70 м3, электроэнергия 85 кВт*ч.

После сжигания серы, идет стадия окисления сернистого газа до серного ангидрида.

SO₂ + O₂ = SO₃ Реакция гетерогенная, каталитическая (V₂O₅), экзотермическая, обратимая.

Сначала температура = 600-650 гр.Цельсия. (температура зажигания катализатора), после температура понижается до 400-450 гр.Ц. потом нагревание уже не требуется, так как реакция экзотермическая и вполне хватает той теплоты, которая выделяется в процессе протекания.

Также требуется увеличение давления, так как происходит уменьшение объема газовой смеси. Если давление увеличить слишком сильно, это приведет к разрушению катализатора, и мелкие частички вынесет сильным током газа, следовательно уменьшится степень контактирования смеси с катализатором. Объемная скорость процесса (время контактирования газовой смеси с катализатором, уменьшается с повышением температуры) должна быть средней, так как требуется время для действия катализатора на смесь газов.

Используется ванадиевый катализатор: 

V₂O₅(4%)(катализатор) + K₂SO₄ + BaSO₄ + Al₂(SO₄)₃(все три вещества активаторы) + SiO₂ (носитель)

V₂O₅(катализатор) + K₂S₂O₇(активатор) + диатомит + гипс(два носителя)

Смесь (SO₂ и O₂) нагревается в теплообменнике и движется по трубам, между которыми в противоположном направлении проходит холодная смесь, которую надо нагреть. В результате происходит теплообмен: исходные вещества нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур.

Поглощение SO₃ серной кислотойв поглотительной башне.

Уравнение реакции этого процесса:

nSO₃ + H₂SO₄ → H₂SO₄·nSO₃

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.