Сірчана кислота властивості, виробництво, застосування
Сировиною у виробництві сірчаної кислоти можуть бути елементарна сірка і різні сірковмісні сполуки, з яких може бути отримана сірка або безпосередньо оксид сірки (IV).
Природні поклади самородної сірки невеликі, хоча кларк її дорівнює 0,1%. Найчастіше сірка знаходиться в природі у формі сульфідів металів і сульфатів метало, а також входить до складу нафти, кам'яного вугілля, природного і попутного газів. Значні кількості сірки містяться у вигляді оксиду сірки в топкових газах і газах кольорової металургії і у вигляді сірководню, що виділяється при очищенні горючих газів.
Таким чином, сировинні джерела виробництва сірчаної кислоти досить різноманітні, хоча до цих пір в якості сировини використовують переважно елементарну сірку і залізний колчедан. Обмежене використання таких видів сировини, як топкові гази теплових електростанцій і гази мідеплавильного виробництва, пояснюється низькою концентрацією в них оксиду сірки (IV). При цьому частка колчедану в балансі сировини зменшується, а частка сірки зростає.
Виробництво сірчаної кислоти з серосодержащего сировини включає кілька хімічних процесів, в яких відбувається зміна ступеня окислення сировини і проміжних продуктів. Це може бути представлено у вигляді такої схеми:
де I - стадія отримання пічного газу (оксиду сірки (IV)),
II - стадія каталітичного окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI) і абсорбції його (переробка в сірчану кислоту).
У реальному виробництві до цих хімічних процесів додаються процеси підготовки сировини, очищення пічного газу і інші механічні та фізико-хімічні операції. У загальному випадку виробництво сірчаної кислоти може бути виражено в наступному вигляді:
Сировина підготовка сировини спалювання (випал) сировини
очищення пічного газу контактування абсорбція
контактувати газу Сірчана кислота
Конкретна технологічна схема виробництва залежить від виду сировини, особливостей каталітичного окислення оксиду сірки (IV), наявності або відсутності стадії абсорбції оксиду сірки (VI). Залежно від того, як здійснюється процес окислення SО2 в SО3. розрізняють два основні методи отримання сірчаної кислоти. У контактному методі отримання сірчаної кислоти процес окислення SО2 в SО3 проводять на твердих каталізаторах.
Триоксид сірки переводять в сірчану кислоту на останній стадії процесу - абсорбції триоксид сірки, яку спрощено можна представити рівнянням реакції:
SО3 + Н2 Про Н2 SО4
При проведенні процесу по нітрозному (баштовому) методу в якості переносника кисню використовують оксиди азоту. Окислювання діоксиду сірки здійснюється в рідкій фазі і кінцевим продуктом є сірчана кислота:
SО3 + N2 О3 + Н2 Про Н2 SО4 + 2NО
В даний час в промисловості в основному застосовують контактний метод отримання сірчаної кислоти, що дозволяє використовувати апарати з більшою інтенсивністю.
Розглянемо процес отримання сірчаної кислоти контактним методом з двох видів сировини: сірчаного (залізного) колчедана і сірки.
1) Хімічна схема отримання сірчаної кислоти з колчедану включає три послідовні стадії:
- окислення дисульфіду заліза піритні концентрату киснем повітря:
- каталітичне окислення оксиду сірки (IV) надлишком кисню пічного газу:
- абсорбція оксиду сірки (VI) з утворенням сірчаної кислоти:
SО3 + Н2 Про Н2 SО4
За технологічною оформлення виробництво сірчаної кислоти з залізного колчедану є найбільш складним і складається з декількох послідовних стадій.
Випал колчедану в струмі повітря є незворотній некаталітичні гетерогенний процес, що протікає з виділенням тепла через стадії термічної дисоціації дисульфіду заліза:
і окислення продуктів дисоціації:
що описується загальним рівнянням
де? Н = 3400 кДж.
2) Технологічний процес виробництва сірчаної кислоти з елементарної сірки контактним способом відрізняється від процесу виробництва з колчедану рядом особливостей. До них відносяться:
- особлива конструкція печей для отримання пічного газу;
- відсутність стадії попереднього очищення пічного газу.
Наступні операції контактування оксиду сірки (IV) за фізико-хімічними основам і аппаратурному оформлення не відрізняються від таких для процесу на основі колчедана і оформляються зазвичай за схемою ДКДА. Термостатування газу в контактному апараті в цьому методі здійснюється зазвичай шляхом введення холодного повітря між шарами каталізатора.
Існує також спосіб виробництва сірчаної кислоти з сірководню, який отримав назву «мокрого» каталізу, полягає в тому, що суміш оксиду сірки (IV) і пари води, отримана спалюванням сірководню в струмі повітря, подається без поділу на контактування, де оксид сірки (IV) окислюється на твердому ванадієво каталізаторі до оксиду сірки (VI). Потім газова суміш охолоджується в конденсаторі, де пари утворюється сірчаної кислоти перетворюються в рідкий продукт.
Таким чином, на відміну від методів виробництва сірчаної кислоти з колчедану і сірки, в процесі мокрого каталізу відсутня спеціальна стадія абсорбції оксиду сірки (VI) і весь процес включає тільки три послідовні стадії:
1. Спалювання сірководню:
з утворенням суміші оксиду сірки (IV) і пари води еквімолекулярного
2. Окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI):
зі збереженням еквімолекулярності складу суміші оксиду сірки (IV) і пари
3. Конденсація парів і утворення сірчаної кислоти:
таким чином, процес мокрого каталізу описується сумарним рівнянням:
Сірчану кислоту застосовують:
- у виробництві мінеральних добрив;
- як електроліт в свинцевих акумуляторах;
- для отримання різних мінеральних кислот і солей;
- у виробництві хімічних волокон, барвників, димоутворювальною речовин і вибухових речовин;
- в нафтовій, металообробній, текстильної, шкіряної і ін. галузях промисловості;
- в харчовій промисловості - зареєстрована в якості харчової добавки E513 (емульгатор);
- в промисловому органічному синтезі в реакціях:
- дегідратації (отримання діетилового ефіру, складних ефірів);
- гідратації (етанол з етилену);
- сульфирования (синтетичні миючі засоби і проміжні продукти у виробництві барвників);
- алкилирования (отримання изооктана, поліетиленгліколю, капролактаму) і ін.
Найбільший споживач сірчаної кислоти - виробництво мінеральних добрив. На 1 т P2O3 фосфорних добрив витрачається 2,2-3,4 т сірчаної кислоти, а на 1 т (NH4) 2SO4 - 0,75 т сірчаної кислоти.
C поточною ситуацією і прогнозом розвитку ринку сірчаної кислоти можна познайомитися в звітах Академії кон'юнктури Промислових Ринків «Ринок сірчаної кислоти вУкаіни».