ПРОМИШЛЕНО ПРОИЗВОДСТВО НА СЯРНА КИСЕЛИНА
Индустриалното развитие на една страна може да се съди по количеството сярна киселина, което консумира.
Юст Либих (1803-1873)
Годишното производство на сярна киселина в света надвишава 100 милиона тона, а на Великобритания се падат по-малко от 3% от нейното производство - от 3 до 3,5 милиона тона годишно. Приблизително 28% от това количество се използва за селско стопанство, включително за производство на торове. На фиг. Фигура 7.4 показва графика на употребата на сярна киселина в Обединеното кралство през 1981 г.
Ориз. 7.4. Използването на сярна киселина за различни нужди на икономиката на Обединеното кралство през 1981 г
Приложения на сярна киселина
тор. В икономиката на Обединеното кралство приблизително 26% от цялата сярна киселина се използва за производство на суперфосфатни торове (вижте раздел 15.3). Други 2% се използват за производство на амониев сулфат.
Перилни препарати. Натриевите соли на алкилбензен сулфонатите с права верига се използват като основни активни съставки в домакинските синтетични детергенти. За производството на тези сулфонати се използва сярна киселина или олеум.
Пигменти. Сярната киселина се използва в първия етап на процеса на сулфатен оксид.Титановият диоксид се използва като пигмент в белите бои.
изкуствени тъкани. Сярната киселина се използва за получаване на капролактам от циклохексанон. Капролактамът е мономерът, от който се получава найлон-6 полимер.
Модерен контактен процес
В момента сярната киселина се произвежда в световен мащаб чрез контактен процес. Този процес включва три етапа.
1-ви етап. На този етап се получава серен диоксид: течната сяра се впръсква в горивната камера, където изгаря във въздуха при температура около 1000 ° C:
Въздухът, влизащ в камерата, трябва да е сух, за да се предотврати образуването на мъгла. Сярата се получава чрез процеса Frasch от находища, разположени в Полша, Мексико и Съединените щати (вижте раздел 15.4). Свободната сяра също се получава като страничен продукт от рафинирането на нефт и пречистването на природен газ. Например френският или канадският природен газ съдържа до 25% сероводород.
Серен диоксид също се получава чрез изпичане на сулфидни минерали, като цинков сулфид или железен пирит:
Трябва да се отбележи, че и двата споменати тук процеса на окисление са необратими и екзотермични.
2-ри етап. На този етап се получава серен триоксид:
Тази реакция е обратима и екзотермична. Високият добив на серен триоксид се благоприятства от ниски температури и високо налягане. На практика този процес се извършва при налягане малко над атмосферното. Това се прави само за осигуряване на добър поток на газ. Увеличаването на производителността в резултат на увеличаването на налягането не оправдава допълнителните разходи.
Захранващият газ (смес от серен диоксид и кислород) преминава през каталитичен преобразувател, който се състои от серия слоеве, съдържащи катализатор-оксид и промотори. Тъй като превръщането на серен диоксид в серен триоксид е екзотермична реакция, температурата на газа се повишава. Следователно газовете, напускащи всеки слой на конвертора, преминават през топлообменници, където се охлаждат. Работата на топлообменника се основава на същия принцип като кондензатора на Liebig, използван в химическите лаборатории. След преминаване през всеки слой на реактора делът на образувания серен триоксид се увеличава. Температурата на каталитичните слоеве се поддържа на ниво не по-ниско от 400 °C, тъй като при по-нискитемператури, катализаторът губи своята активност. Крайният добив за конвертор, съдържащ четири каталитични слоя, достига 98%.
3-ти етап. На този етап се извършва следният процес:
Директната абсорбция на серен триоксид от водата обаче не е възможна, тъй като водните пари над повърхността й образуват стабилна мъгла от малки капчици сярна киселина. Следователно, 98% сярна киселина се използва за абсорбиране на серен триоксид. Концентрацията му се повишава до 99,5% (фиг. 7.5). След това киселината се разрежда отново с вода до 98%. Част от него се връща за усвояване, а останалото се изпраща на склад. Ако се позволи концентрацията на сярна киселина да надвишава 99,5%, тогава налягането на парите на серен триоксид става твърде високо и това предотвратява пълното им усвояване. Резултатът е видима мъгла. Сярна киселина с концентрация 99,5% понякога се нарича "олеум" и се обозначава с формулата
Ориз. 7.5. 3-ти етап от процеса на получаване на сярна киселина чрез контактен метод (процес на абсорбция).
Двойна абсорбционна контактна инсталация за сярна киселина
В инсталация за контактна сярна киселина с единична абсорбция описаните по-горе процеси протичат на три етапа.
1-ви етап: получаване
2-ри етап: 8% преобразуване
3-ти етап: абсорбция в 98% с образуването на олеум.
В инсталация за двойна абсорбция на сярна киселина, абсорбцията се извършва във 2-ри и 3-ти етап.
1-ви етап: получаване
а) трансформация
б) абсорбция в с образуването на олеум - така наречената междинна абсорбция;
в) превръщане на останалото, което води до краен добив, увеличен до 99,5%.
Ориз. 7.6. Схема на конвертор в сярна инсталациякиселини по контактен метод с двойна абсорбция.
3-ти етап: крайна абсорбция в 98% с образуването на олеум.
Инсталация за сярна киселина с контакт с двойна абсорбция постига 99,5% превръщане на серен диоксид в серен триоксид. Това позволява да се сведат до минимум емисиите на серен диоксид в атмосферата и съответно да се намали замърсяването на околната среда. Минимална ефективност на преобразуване от 99,5% вече е изискване за всички заводи за сяра в Обединеното кралство в процес на изграждане.
На фиг. Фигура 7.6 показва схема за включване на междинен абсорбер в конвертор на 2-ри етап на производство на сярна киселина в инсталация за двойна абсорбция. Захранващият газ, който съдържа приблизително 10% серен диоксид и 11% кислород, се допуска до конвертора, където са разположени каталитичните слоеве. След преминаване през първия слой се постига 63% превръщане на серен диоксид в серен триоксид. След преминаване през третия слой целият серен триоксид се отстранява и абсорбира в междинния етап на абсорбция. Неабсорбираните газове се рециклират, където се смесват с останалия серен диоксид и кислород за окончателното преобразуване. След това образуваният серен триоксид след преминаване през четвъртия каталитичен слой навлиза в крайния абсорбер.
Така че нека го направим отново!
1. а) За промишленото производство на амоняк се използва процесът на Хабер:
Азотът се получава от въздуха. Водородът се получава от вода и метан.
б) Първите седем етапа на съвременния процес на Хабер са предназначени за получаване на синтезен газ.Синтезът на тази газова смес се извършва на 8-ия етап. За това се използва железен катализатор. Оптимален добив и производителност се постигат при температура400 °C и налягане 250 atm.
в) Амонякът се използва за производство на торове, азотна киселина и много други продукти.
2. а) За промишленото производство на сярна киселина понастоящем се използва триетапен контактен процес.
1-ви етап: получаване
2-ри етап: превръщане на серен диоксид в серен триоксид
Тази трансформация се извършва с помощта на катализатор, който се използва като оксид. Процесът се провежда под налягане малко над 1 atm и при температура 400 °C.
3-ти етап. Това е етапът на усвояване. Серният триоксид се абсорбира от 8% сярна киселина, образувайки олеум, т.е. 99,5% сярна киселина. След това олеумът се разрежда до 98% сярна киселина. Този процес може да бъде представен с уравнението
б) В инсталация за контактна сярна киселина с двойна абсорбция, абсорбцията на серен триоксид се извършва на два етапа. Междинната абсорбция се извършва на 2-ри етап от процеса, а крайната абсорбция - на 3-ти етап.
в) Сярната киселина се използва за производство на торове, бои, синтетични детергенти, изкуствени тъкани и много други продукти.