2. Спалювання сірки та іншої сірковмісної сировини

Горіння сірки протікає по наступному рівнянню:

S + О₂ = SО₂ + 362,4 кДж

При згоранні 1 кг сірки виділяється 9293,4 кДж тепла. Такої кількості тепла вистачає, аби теоретично отримати температуру горіння близько 1200—1400 °С; практично ж на виході з печі газ має температуру 800 —1000 °С за рахунок втрат тепла в довкілля.

На 1 моль кисню отримують 1 моль SО₂. Отже, при повному згоранні сірки в повітрі, що містить 21 об’єм. % О₂, отриманий безкисневий газ міститиме 21 об’єм. % SО₂. У практичних умовах в газі міститься до 12 об’єм. % SО₂.

При спалюванні сірководню протікає реакція:

2Н₂S + 3O₂ = 2SO₂+ 2Н₂О + 1038,7 кДж

Вміст SО₂ і пари води в сірчановодневому газі, використовуваному для виробництва сірчаної кислоти по цьому методу, коливається в широких межах залежно від складу вихідного газу і вживаного методу його очищення. При спалюванні сірководню в повітрі вміст SO₂ в газі складає біля 13 об’єм. %.

Реакція розкладання фосфогіпсу протікає у присутності вугілля і вимагає витрат тепла:

2CaSO₄ + С = 2SO₂ + 2СаО + СO₂ — 566,2 кДж

Реакція відновлення алунітів протікає по наступному рівнянню:

K₂SO₄*Al₂(SO₄)₃*2Al₂O₃*6H₂O + 0,5 С₂H₄ = 3SO₂ + 3Al₂O₃ + K₂SO₄ + 7Н₂O + СO₂

При цьому вміст SО₂ в газі може досягати 75 об’єм. %. Отриманий газ розбавляють повітрям і направляють на отримання сірчаної кислоти контактним методом. Сульфат калію використовують як добриво, а глинозем — Al₂O₃ йде на отримання алюмінію.

15.Каталізатори у виробництві сірчаної кислоти. Каталізатори окислення

У 30-х роках у виробництві сірчаної кислоти замість платинового каталізатора почали застосовувати ванадієвий каталізатор, який є пористою речовиною, яка містить 6—8 мас .% V₂O₅, К₂О та SiО₂ як носій. Цей каталізатор випускають у вигляді гранул діаметром 4 — 4,5 мм і завдовжки 10—15 мм з внутрішньою поверхнею до 10 м²/г.

В даний час випускається ванадієвий каталізатор марок: СВД (сульфованадат на діатоміті), СВС (сульфованадат на силікагелі), ГИК-1 і ГИК-2 (Інститут каталізу), КШ (киплячий шар) та інші, які відрізняються один від одного способом приготування, складом та носієм. Так, каталізатор СВД має зразковий склад V₂O₅-3K₂О-6SО₃-35SiО₂. Насипна щільність гранульованого каталізатору цих марок вагається від 570 до 700 г/л, механічна міцність — від 2— 3 до 10 кг/см довжини гранул.

Основними характеристиками каталізаторів є активність, термічна стійкість (стабільність) і механічна міцність. Важливим показником якості контактної маси є також температура запалення, при якій начинається швидке розігрівання каталізатора і процес окислення SО₂ далі протікає автотермічно, тобто без підведення тепла ззовні. Температура запалення каталізатору залежить від природи каталізатора, складу реакційної суміші і теплового ефекту реакції. Каталізатори СВС та ГИК мають знижену температуру запалення 390—400 °С, а СВД — близько 420—430 °С.

Від механічної міцності каталізатора залежать його втрати як при завантаженні в контактний апарат, так і при вивантаженні з нього. Крім того, під дією пари води, туману H₂SО₄ відбувається руйнування зерен каталізатора, підвищується гідравлічний опір потоку газу, і, отже, зростає витрата електроенергії на простягання газу, знижується продуктивність системи.

Отруєння ванадієвого каталізатора. Ванадієвий каталізатор безповоротно отруюється домішками, присутніми в сірковмісній сировині. Миш'як, що є в сірчистому газі, поступає в контактний апарат, накопичується в першому шарі контактної маси і при температурі 550—600 °С реагує з V₂O₅ з утворенням з'єднань у вигляді V₂O₅-As₂О₅. В результаті перший шар каталізатора обідняється ванадієм. На наступних шарах при температурах нижче 500 °С комплекс V₂O₅-As₂О₅ осідає у вигляді кірки, що збільшує опір потоку газу в контактному апараті.

Сильною отрутою для каталізатора є фторвмістні з'єднання HF і SiF₄.

Утворенню кірок на верхніх шарах контактної маси сприяє також сульфат заліза, що утворюється в результаті корозії газопроводів і апаратури, що сприяє збільшенню гідравлічного опору і порушує нормальну роботу контактного апарату, а отже, і всієї системи. Термін служби контактної маси дорівнює 3—5 рокам; виключення складає лише перший шар, який, як правило, замінюють щороку.