Серная кислота

Производство серной кислоты является одним из важнейших многотоннажных производств химической промышленности. Серная кислота занимает первое место по объемам производства и потребления среди минеральных кислот и играет важную роль в народном хозяйстве. В настоящее время в мире существует более 1500 промышленных установок по производству серной кислоты. Ее мировое производство составляет более 150 миллионов тонн в год и постоянно растет.

Серная кислота в широком диапазоне температур находится в жидком состоянии, не имеет цвета и запаха, является сильной минеральной кислотой. При этом она примерно в 2 раза дешевле других сильных минеральных кислот как   HCl или HNO3.

Серную кислоту применяют почти во всех отраслях народного хозяйства: в химической, нефтяной, легкой, пищевой промышленности; в цветной металлургии, сельском хозяйстве.  В химической промышленности серную кислоту используют для производства минеральных удобрений (на это расходуется около 50% выпускаемой серной кислоты), кислот и солей, пластических масс, для сушки газов и для других целей.

В Беларуси серная кислота производится на Гомельском химическом заводе, на ОАО «ГродноАзот», и на ОАО «Нафтан».

Сырьем для производства серной кислоты могут быть любые природные материалы и промышленные отходы, содержащие серу, т.е. собственно элементарная сера, серный колчедан, сероводород, газы предприятий металлургии, топочные газы, углистый колчедан, гипс и фосфогипс и многое другое. В настоящее время в основном используют элементарную серу, серный колчедан и отходящие газы. В РБ H2SO4 производится из серы.

Серная кислота может производиться двумя способами: нитрозным и контактным. Благодаря усовершенствованию контактного способа, его простоте и дешевизне, в настоящее время практически вся кислота производится именно контактным способом.

В данной работе рассмотрен процесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способом. Для получения SO2 путем обжига серы ее следует соответствующим образом подготовить. Для этого сера вначале  плавится при температуре 112,8°С. Расплавленную серу перед сжиганием в форсуночной печи, очищают от грубых примесей (взвесей) отстаиванием. Для более тонкой очистки ее фильтруют при температуре около 150° С через металлическую неокисляющуюся сетку, хлопчатобумажные ткани, слой инертного порошкообразного материала .

После очищенную от примесей жидкую серу подают через форсунку под давлением 12 атм в топочное пространство форсуночной печи. Одновременно в форсунку подают сжатый воздух для разбрызгивания серы и воздух, необходимый для горения серы. Сера испаряется при  температуре 444С и сгорает в газовой фазе. Образующийся в печи обжиговый газ с содержанием 16% SO2 при температуре 800-1000С охлаждается в теплообменнике 4 до температуры 600 С.

Далее обжиговый газ SO2 смешивается с воздухом и поступает в контактный аппарат с кипящим слоем катализатора 5. Процесс окисления проводят на ванадиевых катализаторах (в основном - БАВ и СВД).  В начале процесса, когда газовая смесь далека от состояния равновесия, процесс окисления ведут при температуре 600°С, затем процесс проводят при температуре 400 - 420 °С.  Давление - атмосферное на протяжении всего процесса. Степень превращения SO2 95- 98%. Избыточное тепло, образующееся при протекании реакции, отводится с помощью теплообменных элементов (температура поддерживается за счет охлаждения водой, подаваемой в охлаждающие трубы).

Полученную газовую смесь, содержащую  SO3, охлаждают  в холодильнике 4 до температуры 80°С и подают на абсорбцию в олеумный абсорбер 10, представляющий из себя насадочную башню, орошаемую 18-20%-ным  охлажденным олеумом.  При этом концентрация олеума повышается до 21-22%. После первого абсорбера оставшийся SO3 охлаждается в теплообменнике и поступает в моногидратный абсорбер 11, также представляющий из себя башню с насадкой, где орошение производится охлажденной (50-60 °С)  98,3%-ной H2SO4, концентрация которой в итоге повышается до 98,7%.

 Газ, выходящий из моногидратного абсорбера, содержит 0,14 – 0,2% SО2 и 0,05 – 0,1% SО3. После прохождения через брызгоуловитель этот газ выбрасывается в атмосферу.

На производство 1 т 100%-ной H2SО4 расходуется 100-110 кВт·ч  электроэнергии  и 40-60 м3  воды. Основное количество воды идет на охлаждение.

Воздействие производства серной кислоты на окружающую среду проявляется на всех стадиях жизненного цикла. Во 1-х при добыче сырья. При этом образуются карьеры, происходит нарушение ландшафтов, имеет место шумовое загрязнение, образование пылей взвешенных веществ  и т.д.

На стадии производства вредное воздействие оказывается на все компоненты окружающей среды: атмосферу, гидросферу и литосферу. Основное воздействие рассматриваемое производство оказывает на атмосферный воздух.

Так, происходит загрязнение атмосферного воздуха оксидами серы вследствие негерметичности оборудования, неполноты превращения SО2 в SО3 и неполноты абсорбции SО3, взвешенными веществами, аэрозолью серной кислоты.

При использовании в качестве сырья серы при очистке расплава образуются небольшое количество жидких отходов, так называемый шлам. Он содержит примеси самородной серы, масла, нефтепродукты и другие органические соединения.

При производстве серной кислоты имеет место тепловое загрязнение. Так, большие количества тепла образуются при обжиге серы, реакции окисления SO2 в SO3, абсорбционных процессах.

Необходимо отметить шумовое и вибрационное воздействия, возникающие при работе оборудования.