Виробництво сірчаної кислоти з сірководню

Технічна кислота завдяки  домішкам має темний колір. До акумуляторної кислоти ставляться високі вимоги відносно її чистоти. Нормуються вміст металів, оксидів азоту, важких металів, нелеткого залишку та ін. Акумуляторну кислоту виробляють контактним методом, вона містить 92 - 94% Н₂SO₄. Реактивну Н₂SO₄ виготовляють трьох марок: хімічно чисту (х. ч.),чисту для аналізу (ч. д. а.) і чисту (ч.). [1]

Найдорожчою є особливо чиста  сульфатна кислота (ч. д. а., найдешевшою – технічна.

В таблиці 3.1 наведені ціни на технічну сірчану кислоту в Україні та за кордоном.

Таблиця 3.1 Вартість сірчаної кислоти

 

4 СПОСОБИ ВИРОБНИЦТВА  H₂SO₄

 

Незалежно від способів виробництва  Н₂SO₄ першою стадією його є добування сірчистого газу, який утворюється при спалюванні самородної S або випалюванні різних сірчистих мінералів: природних сірчистих сполук заліза, міді, нинку, свинцю тощо. Із сірчистих сполук найбільш поширеним є сірчаний колчедан (пірит FeS₂), великі поклади якого є на Уралі, в Закавказзі, Донбасі. Чистого FeS₂ в природі немає. Основними домішками сировини є сульфіди міді, цинку, свинцю, миш'яку, солі кальцію та магнію. Важливим джерелом сировини для добування S0₂ є також поліметалічні сульфідні руди кольорових металів. [4]

Існує 3 основних промислових  методи виробництва сірчаної кислоти:

• контактний (з колчедану);
• мокрого каталізу ( з сірководню);
• нітрозний (камерний або башневий).

Сірчана кислота, отримана нітрозним  способом, має більш низьку концентрацію і містить шкідливі домішки. Наприклад, миш'як. Крім того, внаслідок її виробництва в атмосферу викидаються оксиди азоту («лисячий хвіст»). Контактний спосіб виробництва заснований на використанні каталізаторів, що прискорюють процес окислення SO₂ до SO₃.

Сучасне сірчанокислотне виробництво налагоджується на основі контактного методу, що є більш « чистим» і ефективним та дозволяє отримувати сірчану кислоту будь - якої концентрації. Найменш ефективним вважається нітрозний метод отримання H₂SO_4. [3]

4.1 Виробництво H₂SO₄ з сірководню

 

Сірчану кислоту виробляють також з Н₂S, який добувають під час очистки промислових і коксових газів, газів нафтопереробки, газифікації твердого палива та ін. Сірководневі гази з вмістом 85 - 98%. Н₂S використовуються для виробництва S або Н₂SO₄ за «короткою» схемою чи мокрим каталізом. Суть його полягає в тому, що утворений SO₂ окислюється на ванадієвому каталізаторі при наявності водяної пари. Виробництво H₂SO₄ цим методом відбувається в три стадії:

• спалювання H₂S

Н₂S + 1,5 О₂ = SО₂ + Н₂ О - ΔН₁

• окислення SO₂ до SO₃

SО₂ + 0,5 О₂ <=> SО₃ - ΔН₂

• конденсація SO₃ та водяної пари з утворенням Н₂О:

SО₃ + Н₂О <=> Н₂SО₄ - ΔН_3, де ΔН₃ = 92 кДж.

Сірководень спалюють при 1000° С з мінімальним надлишком повітря. Газову суміш перед контактуванням охолоджують до 470 - 480° С, а тепло реакції використовують для виробництва водяної пари.

За схемою (рис. 4.1) H₂S надходить у піч 4 через мембранний клапан 3, який в разі припинення подачі повітря в піч автоматично відключає подачу H₂S. Газова суміш, що виходить з печі з температурою 950 - 970° С, охолоджується в котлі - утилізаторі 5 до 470 - 480° С і надходить у чотиришаровий контактний апарат 6 з температурою 440° С. Тут вологий SO₂ окислюється до SO₃, проходячи послідовно через чотири шари ванадієвого каталізатора і охолоджуючись перед надходженням на кожний наступний шар атмосферним повітрям, яке додається безпосередньо до газу.

Після контактного апарата  газова суміш з температурою близько 430° С надходить у башту - конденсатор 7 з насадкою, яка зрошується концентрованою Н₂SO₄ з температурою 40° С. Триоксид сірки, реагуючи з водяною парою, утворює пару H₂SO₄, яка конденсується і надходить у збірники 10 і 12. Якщо газова суміш охолоджується швидко, частина пари в башті - конденсаторі утворює туман H₂SO₄, тому вихідні гази перед тим, як направити на подальшу обробку, очищають в електрофільтрі 8.

Методом мокрого каталізу добувають 92,5 - 93% H₂SO₄ і як побічний продукт - водяну пару підтиском 40 • 10⁶ Па. [4]

Рисунок 4.1 Схема виробництва H₂SO₄ з сірководню

 

Метод мокрого каталізу особливо зручний для отримання сірчаної кислоти з сірководню, що є побічним газом (відходом) у ряді виробництв. У процесі виділення сірководень піддається ретельному промиванню і не потребує додаткового очищення. Це дуже спрощує процес виробництва сірчаної кислоти.

Установки для отримання сірчаної кислоти за методом мокрого каталізу в основному будують на нафтопереробних заводах та інших підприємствах, що виробляють як відходи сірководневі гази. [4]

 

5 СТРУКТУРНА СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНОГО  ОБ’ЄКТУ КЕРУВАННЯ (ТОК)

 

Технологічним об’єктом керування (ТОК) в технологічній схемі виробництва  сірчаної кислоти з сірководню за вказівкою викладача було обрано контактний апарат, що в схемі на рисунку 4.1 зображений під номером 6. В цьому апараті відбуваються теплообмінні процеси (охолодження повітрям оксидів сірки).

В даному апараті необхідно  підтримувати температуру на заданому рівні (440 – 470 ⁰С). На рисунку 5.1 зображено структурну схему ТОК.

Рисунок 5.1 Структурна схему ТОК – контактного апарату

 

В технологічній схемі  виробництва H₂SO₄ з сірководню контактний апарат є багатовимірним ТОК з розподіленими параметрами, так як величини, які регулюються цього об’єкта мають різні значення в різних точках об’єкту в даний момент часу.

Метою керування для контактного апарату в схемі отримання сульфатної кислоти з сірководню є підтримка температури в ньому в діапазоні близько 440 - 470 ⁰С.

Показником якості для такого апарату буде концентрація утвореного оксиду сірки на виході 

ВИСНОВОК

 

Серед виробництва кислот провідне місце належить сірчанокислотній промисловості, бо її продукція має широке застосування в різних галузях господарства.

Метою керування для процесу  отримання сульфатної кислоти з сірководню є підтримка температури в контактному апараті в діапазоні близько 440 - 470 ⁰С.

Показником якості для такого процесу буде концентрація кислоти на виході, так як сірчана кислота взаємодіє майже з усіма металами, а швидкість цієї взаємодії залежить від природи металу, концентрації кислоти і температури (чим більш концентрована кислота, тим менша взаємодія з металами). Тому у виробництвах намагаються досягнути найбільшої концентрації H₂SO₄ для можливості подальшого її транспортування.

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1. Українські підручники / Географія / Соціальна і економічна географія України, 9 клас / § 21. Хімічна промисловість [Електронний ресурс] http://ukrmap.su/uk-g9/919.html.
2. Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії [Електронний ресурс] http://goo.gl/3OgzHe.
3. Переклад з сайту ООО «ХимИндустрия» [Електронний ресурс] http://goo.gl/ywsysj.
4. Гончаров А. І. Хімічна технологія / Гончаров А. І., Середа І. П. - К., Вища школа — 1979, ч.1. — 251 с.
5. Застосування сульфатної кислоти і сульфатів [Електронний ресурс] http://goo.gl/Qj5RBl
6. Виробництво мінеральних добрив в Україні [Електронний ресурс] http://goo.gl/WsqaVl
7. Тенденции развития рынка серы и серной кислоты в Украине: праці конф., Седьмая международная конференция «Сера и Серная кислота» 17 грудня 2012 р., Москва.
8. Переклад з О.М. Сиденко, ООО «Азотэкон» СИТУАЦИЯ С ПРОИЗВОДСТВОМ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ В МИРЕ И В РОССИИ / О.М. Сиденко // Мир серы, N P и K. – 2004. № 3 – с. 3 – 4.

 

 

 

ДОДАТКИ

 

Додаток А Список стандартів для сульфатної кислоти

ГОСТ 4204 - 77 Реактивы. Кислота серная. Технические условия

ГОСТ 2184 - 77. Кислота серная техническая

ГОСТ 14262 - 78 Кислота серная особой чистоты. Технические условия

ГОСТ 667 - 73 Кислота серная аккумуляторная. Технические условия