Химическая и принципиальная схемы производства

Химическая схема  получения серной кислоты из колчедана  включает три последовательные стадии:

• окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:
  4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂;
• каталитическое окисление оксида серы (IV) избытком кислорода печного газа:
  2SO₂ + O₂ = 2SO₃;
• абсорбция оксида серы (VI)  с образованием серной кислоты:
  SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

• I – получение обжигового газа:
  
  1. обжиг колчедана;
  2. охлаждение газа в котле–утилизаторе;
  3. общая очистка газа;
  4. специальная очистка газа;
• II – контактирование:
  
  5. подогрев газа в теплообменнике;
  6. контактирование;
• III – абсорбция:
  
  7. абсорбция оксида серы (VI) и образование серной кислоты

Пыль  и сернокислотный туман удаляют из обжигового газа в процессе общей очистки газа, которая включает операции механической (грубой) и электрической (тонкой) очистки. Механическая очистка газа осуществляется пропусканием газа через центробежные пылеуловители (циклоны) и волокнистые фильтры, снижающие содержание пыли в газе до 10–20 г/м³. Электрическая очистка газа в сухих электрофильтрах снижает содержание пыли и тумана в газе до 0,05–0,1 г/м³.

После общей очистки обжиговый газ, полученный из колчедана, обязательно подвергается специальной очистке для удаления остатков пыли и сернокислотного тумана и, главным образом, соединений мышьяка и селена, которые при этом утилизируют.  Специальная очистка газа включает  операции охлаждения его до температуры ниже температур плавления оксида мышьяка (315⁰С) и селена (340⁰С) в башнях, орошаемых последовательно 50% и 20% серной кислотой, удаления сернокислотного  тумана в мокрых электрофильтрах и завершающей осушки газа в скрубберах, орошаемых 95% серной кислотой. Из системы специальной очистки обжиговый газ выходит с температурой 140–150⁰С.

Процесс контактирования обжигового газа – реакция   окисления   оксида   серы   (IV) до оксида серы (VI), представляет собой гетерогенно–каталитическую, обратимую, экзотермическую реакцию и описывается уравнением

SO₂ + 0,5 O₂ Û SO₃ – DH.

Тепловой эффект реакции зависит от  температуры и  равен 96,05 кДж при 25⁰С и около 93 кДж при температуре контактирования. Система «SO₂ – O₂ – SO₃» характеризуется состоянием равновесия в ней и скоростью процесса окисления оксида серы (IV), от которых зависит суммарный результат процесса.

В производстве серной кислоты в качестве катализатора применяют константные массы на основе оксида ванадия (V) марок БАВ и СВД, названные так по начальным буквам элементов, входящих в их состав:

БАВ (барий, алюминий, ванадий) состава:

V₂O₅(7%) + K₂SO₄+BaSO₄ +Al₂ (SO₄)₃ +  SiO₂ (кремнезем),

Метод двойного контактирования применяют для увеличения конечной степени контактирования  и ведут процесс окисления оксида серы (IV) в две стадии. На первой стадии контактирование ведут до степени превращения, не превышающей 0,90–0,92 дол. ед., после чего из контактированного газа выделяют оксид серы (VI). Затем проводят вторую стадию контактирования до степени превращения оставшегося в газе оксида серы (IV) 0,95 дол

Абсорбция оксида серы  (VI)  является последней стадией в производстве серной кислоты контактным способом из контактированного газа и превращение его в серную кислоту или олеум. Абсорбция оксида  серы (VI) представляет обратимую экзотермическую реакцию и описывается уравнением

n SO₃ + H₂O Û H₂SO₄ + (n – 1) SO₃ – DH.

Тепловой эффект реакции зависит от значения n и для n = 1 (образование моногидрата серной кислоты) равен 92 кДж.

В зависимости от количественного соотношения оксида серы (VI) и воды может быть получен продукт различной концентрации:

• при n > 1  олеум;
• при n = 1  моногидрат (100%  серная кислота);
• при n < 1 водный раствор кислоты (разбавленная серная кислота).

Технологическая схема производства серной кислоты контактным методом

1. полая промывная башня;
2. промывная башня с насадкой;
3. увлажнительная башня;
4. электрофильтры;
5. сушильная башня;
6. турбогазодувка;
7. сборник 75% кислоты;
8. сборник продукционной кислоты;
9. теплообменники;
10. контактный аппарат;
11. олеумный абсорбер;
12. моногидратный абсорбер;
13. моногидратный абсорбер;
Потоки продуктов:

• I – охлажденная 98% кислота;  
• II – продукционная кислота на охлаждение;
• III – охлажденный олеум или моногидрат;
• IV – продукционный олеум на охлаждение

Товарные сорта серной кислоты и олеума

Сорт продукта	Содержание H2SO4, %	Содержание своб. SO3, %	Температура кристаллиза–ции, 0С
Башенная кислота	75,0	0,0	–29,5
Контактная кислота	92,5	0,0	–22,0
Олеум	104,5	20,0	+2,0
Высокопроцентный олеум	114,6	65,0	–0,35

Ключевые термины

окисление дисульфида железа, каталитическое окисление оксида серы (IV), абсорбция оксида серы (VI) , механическая очистка, электрическая очистка, специальная очистка, процесс  контактирования обжигового газа, БАВ, СВД, метод двойного контактирования