ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Получение сернистого газа сжиганием серы, сероводорода и других видов сырья

При сжигании 1 моля серы расходуется 1 моль кис­лорода. При этом получают 1 моль сернистого газа:

S (газ) + Ог (газ) = S02 (газ)-j - 362,4 кДж (86,5 ккал).

(37)

Поэтому при горении серы в воздухе, содержащем 21% кислорода, возможно (теоретически) получить 21% сернистого ангидрида. Выход сернистого ангидрида здесь выше, чем при горении колчедана и цинковой об­манки. При сжигании серы в производстве серной кис­лоты получается наиболее выгодное соотношение SO2 и кислорода. Если сжигать серу с небольшим избытком воздуха, можно получить сернистый газ с повышенным содержанием S02. Однако при этом развивается темпе­
ратура до 1300°С, что приводит к разрушению футе­ровки печи; это ограничивает получение из серы газа с высокой концентрацией S02.

Сероводород сгорает с образованием S02 и Н20:

2H2S + 302 = 2S02+2H20-f 1038,7 кДж (247,9 ккал).

(38)

Образующиеся при этом пары воды поступают с газо­вой смесью в контактный аппарат, а из него на абсорб­цию.

Процесс производства серной кислоты контактным способом, при котором окисление S02 до S03 и абсорб­ция S03 проводятся в присутствии паров воды, называ­ется методом мокрого катализа.

Максимальное (теоретическое) содержание сернис­того ангидрида при сжигании сероводорода в воздухе составляет около 13%.

При обжиге углистого колчедана получают сернис­тый газ, в котором содержится двуокись углерода С02. Она является результатом сгорания углерода, входяще­го в состав углистого колчедана: С + 02=С02.

На горение углерода расходуется кислород воздуха, что приводит к снижению концентрации кислорода в об­жиговом газе; как уже указывалось, кислород в обжиго­вом газе необходим для окисления S02 и S03. Чтобы уменьшить количество углерода, углистый колчедан обо­гащают. Для этого раздробленный колчедан промыва­ют водой, на поверхность которой всплывает более лег­кий уголь. Обогащенный углистый колчедан содержит 3—6% углерода. В печах для обжига в кипящем слое сжигание углистого колчедана не вызывает затрудне­ний, поэтому требования к степени его обогащения мо­гут быть значительно снижены.

Использование фосфогипса для получения серной кислоты имеет большое народнохозяйственное значение, так как на производство фосфорной кислоты и концент­рированных фосфорных и сложных удобрений расходу­ется большое количество серной кислоты, которая выво­дится в виде фосфогипса. На производство серной кис­лоты может быть употреблен также гипс. При этом гипс или фосфогипс сначала нагревают для выделения кристаллизационной воды:

CaS04 • 2Н20 —> CaS04-|- 2Н20 (39)

Образующийся ангидрит CaS04 разлагается при дальнейшем нагревании:

CaS04=Ca0-f S02+1/202 - 489,6 кДж (116,86 ккал).

(40)

Как видно из уравнения (40), реакция эта эндотер­мическая, т. е. требует затраты тепла. Полное разложе­ние ангидрита достигается только при 1400—1500° С. Для этого требуется много топлива. Если при прокали­вании в ангидрит добавлять уголь, температура разло­жения снижается до 800—900° С и процесс идет по ре­акции

2CaS04+С=2СаО + 2S02+С02- 566,2 к Дж (135,12 ккал).

(41)

Если к смеси CaS04 и угля добавить глину (Si02, А120з) и Fe203, то образуется огарок, при измельчении которого получают цемент. Другими словами, при раз­ложении гипса или фосфогипса помимо сернистого га­за, употребляемого для производства серной кислоты, можно получать еще и цемент.

Дымовые и агломерационные газы из-за низкой кон­центрации в них S02 не используются для производства серной кислоты. Однако проблема их утилизации ста­новится все более острой, поэтому требуется разработ­ка экономически выгодных методов их обогащения с целью получения более концентрированного сернистого ангидрида, который можно было бы использовать для производства серной кислоты.