Контактный метод получения серной кислоты

Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы. Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы. В зависимости от вида сырья протекают экзотермические химические реакции обжига:

• 4FeS2 +1102 = 2Fe2O3 + 8S02 (I)
• S + O2 = SO2 (II)

При протекании реакции (1) помимо газообразного продукта реакции S02 образуется твердый продукт Fe203, который может присутствовать в газовой фазе в виде пыли. Колчедан содержит различные примеси, в частности соединение мышьяка и фтора, которые в процессе обжига переходят в газовую фазу. Присутствие этих соединений на стадии контактного окисления диоксида серы может вызвать отравление катализатора. Поэтому реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно отправлен на стадию подготовки к контактному окислению (вторая стадия), на которой помимо очистки от каталитических ядов выделяются пары воды (осушение), а также получаются побочные продукты (Se и Те).

Если обжиговый газ получают сжиганием серы, то отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать в себя лишь осушку газа и утилизацию теплоты. На третьей стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы.

SO2 + 0,5 O2 = SO3 (III).

Последняя стадия процесса — абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом. Отдельные этапы получения серной кислоты могут быть по-разному скомбинированы в технологическом процессе. Например, серную кислоту можно получить из колчедана по открытой схеме с так называемым одинарным контактированием (рис. 5а). Важнейшей задачей в производстве серной кислоты является повышение степени превращения S02 в SО3. Помимо увеличения производительности по получению серной кислоты выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы — снизить выбросы в окружающую среду вредного компонента S02. Повышение степени превращения S02 может быть достигнуто разными путями. Наиболее распространенный из нихсоздание схем двойного контактирования (рис. 5б) и двойной абсорбции (ДКДА). Другим возможным вариантом решения той же задачи является проведение процесса по циклической (замкнутой) схеме с применением технического кислорода (рис. 5в). Следует отметить, что схемы, приведенные на рис., не содержат большого количества информации. Например, в них не отражен теплообмен между отдельными потоками, необходимый для энерготехнологической схемы, не указаны типы аппаратов, используемых в каждом узле, и т. д.

Решить эти проблемы можно, проведя анализ физико-химических и технологических особенностей отдельных стадий процесса.

Ниже рассмотрены особенности производства серной кислоты из колчедана и серы контактным способом по открытой (нециклической) схеме.

При различном технологическом оформлении некоторые детали этих стадий, особенно стадий, будут отличаться, однако принципиальный подход к их осуществлению и выбору технологического режима зависит от тех задач, которые решаются на рассматриваемом этапе и в разных конкретных процессах получения серной кислоты будет одинаковым.

Рис. 5. Функциональные схемы производства серной кислоты из колчедана методом одинарного контактирования (а), из серы методом двойного контактирования (6) и циклическим методом из серы (в).