Производство серной кислоты из сероводорода

Сжигание серы

Горение серы представляет гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествует процесс перехода твердой серы в жидкое состояние и ее последующее испарение:

S тв.→ S жидк.→ S пар.

Таким образом, процесс горения протекает в газовой фазе в потоке предварительно высушенного воздуха и описывается уравнением

S+O₂=SO₂-∆H.

где:∆H = 297,3 кДж в расчете на твердое агрегатное состояние серы.

Для сжигания серы используют печи форсуночного и циклонного типов. В форсуночных печах расплавленная сера распыляется в камере сгорания сжатым воздухом через форсунки, которые не могут обеспечить достаточно полного перемешивания паров серы с воздухом и необходимой скорости горения. В циклонных печах, работающих по принципу центробежных пылеуловителей (циклонов), достигается значительно лучшее смешение компонентов и обеспечивается высокая интенсивность процесса горения серы.

Печной газ при сжигании серы отличается более высоким содержанием оксида серы (IV) и не содержит значительного количества пыли. При сжигании самородной серы в нем также полностью отсутствуют соединения мышьяка и селена, являющиеся каталитическими ядами.

Поскольку в печном газе при сжигании серы отсутствуют пыль и каталитические яды, технологическая схема производства серной кислоты из серы не содержит отделения очистки газа, отличается простотой и получила название «короткой схемы».

Существующие установки по производству серной кислоты из серы, снабженные печами циклонного типа, имеют производительность 100т/сут и более. Разрабатываются новые конструкции производительностью до 500 т/сут.

Способ производства серной кислоты из сероводорода, получивший название «мокрого» катализа (И.А. Ададуров, Д.Гернст, 1931 г), состоит в том, что смесь диоксида серы и паров воды, полученная сжиганием сероводорода в токе воздуха, подается без разделения на контактирование, где диоксид серы окисляется на твердом ванадиевом катализаторе до триоксида серы. Затем газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где пары образующейся серной кислоты превращаются в жидкий продукт.

Таким образом, в отличие от методов производства серной кислоты из колчедана и серы, в процессе мокрого катализа отсутствует специальная стадия абсорбции триоксида серы и весь процесс включает три последовательные стадии:

1. Сжигание сероводорода:

H₂S+1,5 O₂→SO₂+H₂O-∆H₁, где ∆H₁=519 кДж

2. Окисление диоксида серы в триоксид серы:

SO₂+0,5O₂ ⇄ SO₃-∆H₂, где ∆H₂=96 кДж

3. Конденсация паров и образование серной кислоты:

SO₃+H₂O ⇄ H₂SO₄- ∆H₃, где ∆H₃=92 кДж

Таким образом, процесс мокрого катализа описывается суммарным уравнением:

H₂S+2O₂→H₂SO₄-∆H, где ∆H=707 кДж

В качестве сырья в методе мокрого катализа используют высококонцентрированный сероводородный газ, содержащий до 90% об. H₂S, являющийся отходом некоторых производств (коксохимия, нефтепереработка). Так как газ при выделении подвергается промывке, то не нуждается в особой стадии очистки, а продукты его сжигания не содержат вредных примесей и не требуют очистки. Наряду с отсутствие в технологической схеме стадии абсорбции это существенно упрощает процесс производства.

Теоретически, при абсолютно сухих сероводородном газе и воздухе, должна образоваться 100%-ная серная кислота. На практике, за счет присутствия в воздухе паров воды, концентрация получаемой кислоты не превышает 96% мас., при выходе на сероводород 0,97 дол.ед. Производительность существующих установок, работающих по методу мокрого катализа, достигает 300т/сут по моногидрату серной кислоты.

Дата добавления: 2015-05-26