37. Свойства, получение и применение серной кислоты.

Серную кислоту в промышленности получают двумя способами: контактным и нитрозным.

Контактный способ получения H₂SO₄:

• На первом этапе получают сернистый газ путем обжига серного колчедана:

• 4FeS₂+11O₂ = 2Fe₂O₃+8SO₂↑

• На втором этапе, сернистый газ окисляют кислородом воздуха до серного ангидрида, реакция идет в присутствии оксида ванадия, играющего роль катализатора:

• 2SO₂+O₂ = 2SO₃

• На третьем, последнем этапе, получают олеум, для этого серный ангидрид растворяют в концентрированной серной кислоте:

• H₂SO₄+nSO₃ ↔ H₂SO₄·nSO₃

• В дальнейшем олеум транспортируется в железных цистернах, а серная кислота получается из олеума разбавлением водой:

• H₂SO₄·nSO₃+H₂O → H₂SO₄

Нитрозный способ получения H₂SO₄:

• На первом этапе очищенный от пыли сернистый газ обрабатывается серной кислотой, в которой растворена нитроза (оксид азота):

• SO₂+H₂O+N₂O₃ = H₂SO₄+2NO↑

• Выделившийся оксид азота окисляется кислородом и снова поглощается серной кислотой:

• 2NO+O₂ = 2NO₂

• NO₂+NO = N₂O₃

Применение серной кислоты:

• для осушки газов;

• в производстве других кислот, солей, щелочей и проч.;

• для получения удобрений, красителей, моющих средств;

• в органическом синтезе;

• в производстве органических веществ.

38. Способы получения серной кислоты. Основы производства.

Основными видами сырья для производства серной кислоты являются элементарная сера (~ 50% производства) и серный или железный колчедан FeS₂ (~ 30%). Особое место в сырьевом балансе занимают также отходящие газы цветной металлургии с высоким содержанием SO₂.

1. ЖЕЛЕЗНЫЙ КОЛЧЕДАН. Природный железный колчедан представляет сложную породу, состоящую из сульфида железа FeS₂, сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца, никеля, кобальта и др.), карбонатов металлов и пустой породы. На территории РФ существуют залежи колчедана, на Урале и Кавказе, где его добывают в рудниках в виде рядового колчедана. Процесс подготовки рядового колчедана к производству ставит целью извлечение из него ценных цветных металлов и повышение концентрации дисульфида железа. Схема подготовки рядового колчедана представлена на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема подготовки железного колчедана

 

2. СЕРА. Элементарная сера может быть получена из серных руд или из газов, содержащих сероводород или оксид серы (IV). В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую (комовую).

На территории РФ залежей самородной серы практически нет. Источниками газовой серы являются Астраханское газоконденсатное месторождение, Оренбургское и Самарское месторождения попутного газа.

Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных залежах (метод Фраша). Для этого серу расплавляют непосредственно под землей, нагнетая в скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серу на поверхность сжатым воздухом.

3. СЕРОВОДОРОД. Источником сероводорода служат различные горючие газы: коксовый, генераторный, попутный, газы нефтепереработки. Извлекаемый при их очистке сероводородный газ достаточно чист, содержит до 90% сероводорода и не нуждается в специальной подготовке.

4. ГАЗЫ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ. В этих газах содержится от 4 до 10% оксида серы (IV) и они могут непосредственно использоваться для производства серной кислоты.

Доля сырья в себестоимости продукции сернокислотного производства достаточно велика. Поэтому технико-экономические показатели этого производства существенно зависят от вида используемого сырья.

Замена колчедана серой приводит к снижению капитальных затрат на строительство и улучшению экологической обстановки в результате ликвидации отвалов огарка и уменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу.

В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX в. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный), им производится свыше 90% кислоты.