Традиционно основными источниками сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Около половины серной кислоты получают из серы, треть – из колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы. В атмосферу с отходящими газами тепловых электростанций и металлургических заводов выбрасывается диоксида серы значительно больше, чем употребляется для производства серной кислоты, но переработка отходящих газов не всегда осуществима. Отходящие газы – наиболее дешевое сырье, низки оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является сера. Следовательно, для того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходящих газов.
Получение H2SO4из колчедана
Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы:
4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 (I) ∆Н=-853,8 кДж⁄моль (7117 кДж ⁄кг)
При протекании реакции (I) помимо газообразного продукта реакцииSO2образуется твердый продуктFe2O3, который может присутствовать в газовой фазе в виде пыли. Колчедан содержит различные примеси, в частности соединения мышьяка и фтора, которые в процессе обжига переходят в газовую фазу. Присутствие этих соединений на стадии контактного окисления диоксида серы может вызвать отравление катализатора. Поэтому реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно направлен на стадию подготовки к контактному окислению (вторая стадия), которая помимо очистки от каталитических ядов включает выделение паров воды (осушку), а также получение побочных продуктов (Se и Te).
На третьей стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы:
SO2+ 1/2O2↔SO3(III)
Последняя стадия процесса – абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом.
Получение H2SO4из серы
Процесс производства серной кислоты из элементарной серы состоит из следующих основных этапов:
подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;
сжигание серы: S+O2=SO2(1). Процесс ведут с избытком воздуха. Выделяется очень большое количество теплоты ΔН = - 362,4 кДж/моль (в пересчете на единицу массы 362,4/32 = 11,325 кДж/т = 11325 кДж/кг серы);
контактное окисление SO2 вSO3:SO2+ 0,5O2=SO3(2). Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420-550˚C, тепловой эффект реакции при 500˚C составляет 94,23 кДж/моль;
Абсорбция SO3: SO3 + H2O = H2SO4 (3). Абсорбционная колонна орошается 98,6%H2SO4. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~ 93%H2SO4 в соответствии с требованиями ГОСТа.