Получение серной кислоты в промышленности: Производство серной кислоты | CHEMEGE.RU

Производство серной кислоты | CHEMEGE.RU

Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита (серного колчедана) FeS₂.

Основные стадии получения серной кислоты :

• Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
• Очистка полученного газа от примесей.
• Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
• Взаимодействие серного ангидрида с водой.

Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):

Аппарат	Назначение и уравнения реакций
Печь для обжига	4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800оС
Циклон	Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз.
Электрофильтр	Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра).
Сушильная башня	Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота.
Теплообменник	Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата.
Контактный аппарат	2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):  температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO3 является температура 400-500оС. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V2O5.  давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
Поглотительная башня	Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне. Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3. nSO3 + H2SO4  →  H2SO4·nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Общие научные принципы химического производства:

1. Непрерывность.
2. Противоток
3. Катализ
4. Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
5. Теплообмен
6. Рациональное использование сырья

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Производство серной кислоты: SensoTech GmbH

Серная кислота (H₂SO₄) является одним из важнейших основных химических веществ. Стабильный спрос на нее растет, так как ее благоприятные свойства делают ее полезной при приготовлении разнообразных продуктов.

Существует несколько применений анализатора LiquiSonic^® для измерения концентраций серной кислоты и олеумов:

• H₂SO₄ и добыча нефти
• производство удобрений
• сушка синтез-газа
• травление и маринованные ванны
• глубокая переработка руд
• катализ НПЗ
• производство различных химикатов
   

Два основных производственных процесса H₂SO₄ включают в себя, прежде всего, «двухконтактную двойную абсорбцию» (DCDA) — процесс с использованием катализатора на основе пенооксида ванадия (V₂O₅) для получения высококонцентрированного H₂SO₄ и олеума. Второе применение, разработанное в 1980 году, позволяет удалять серу из различных технологических газов с помощью метода, известного как «мокрая серная кислота» (WSA). Анализатор легко интегрируется в технологические стадии. Технология быстрого и надежного обнаружения LiquiSonic^® улучшает использование активов, безопасность процесса и выход продукта.

Двойной контактный процесс двойного поглощения

DCDA использует различные исходные материалы, которые при различных реакциях синтезируются в диоксид серы. Первоначально SO₂-содержащий газ поступает в сушильную башню для удаления содержащейся в нем воды. Затем газ сталкивается с тремя слоями катализатора в конвертере, где SO₂ окисляется в SO₃:

SO₂ + 0.5 O₂ → SO₃

Затем SO₃ поступает в промежуточную абсорбционную колонну (IAT). Хотя поглощение SO₃ в водном растворе возможно, такая сильная экзотермическая реакция может привести к коррозии и разрушению установки. Вместо этого SO₃ реагирует с содержанием воды 98 wt% H₂SO₄, образуя суперконцентрированный H₂SO₄:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Чтобы избежать загрязнения окружающей среды, SO₂-содержащий отработанный воздух, выходящий из IAT, снова проходит через конвертер для подготовки SO₃ к переработке в концентрированный h3SO4 в конечной абсорбционной башне (FAT). При переработке DCDA в качестве промежуточного продукта образуется олеум, состоящий из 100-ваттного% H₂SO₄, обогащенного SO₃ — также известный как серная кислота или дисульфиновая кислота. Области применения включают в себя:

• производство высококонцентрированного H₂SO₄
• производство капролактама и нейлона
• процесс азотирования в сочетании с азотной кислотой

Нефть вырабатывается путем поглощения SO₃ в башне, поглощающей олеум. Сенсоры LiquiSonic^® обеспечивают превосходное управление процессом в диапазоне концентраций нефти 20 — 30 Вт и 50 — 60% Вт. Датчики LiquiSonic^® могут быть установлены на подающих и обратных линиях абсорбционных башен и после блока разбавления.

Мокрый сернокислотный процесс

Первоначально процесс WSA был разработан для удаления сернистых компонентов из отходящих газов различных промышленных производственных процессов с широким спектром исходных материалов, которые могут приводить к образованию SO₂. В отличие от DCDA, водяной пар остается в газе SO₂. Благодаря специальному ванадиевому катализатору, пар не оказывает негативного влияния на каталитическое окисление из SO₂ в SO₃ в конвертере. Точки измерения LiquiSonic^® в процессе WSA Наконец, газ SO3 поступает в конденсатор WSA, где водяной пар конденсируется для превращения SO₃ в H₂SO₄. Концентрация продуктов H₂SO₄ составляет 98 Вт%. Измеряя концентрацию в линию, датчики LiquiSonic^® устанавливаются на выходных линиях как для конденсатора WSA, так и для блока разбавления.

Клиентская ценность

Благодаря высокой чувствительности скорости звука к концентрации серной кислоты, датчики LiquiSonic^® могут достигать непревзойденной точности ± 0,03 wt%. LiquiSonic^® преодолевает двойную чувствительность, как по проводимости, так и по плотности, генерируя четкий сигнал в диапазоне концентраций 80-100 мас.% H₂SO₄, как показано на графике ниже, для получения надежных данных процесса в реальном времени. В случае деградации кислоты до уровня ниже 95 масляных%, LiquiSonic^® обнаруживает, что критическая кислота «убегает», чтобы уменьшить вероятность повреждения теплообменника или других компонентов, повышая безопасность процесса и контроль.
Поточный анализатор LiquiSonic^® позволяет сократить ручные лабораторные измерения, экономя трудовые и материальные затраты при титровании в типичном лабораторном бюджете для измерения серной кислоты: 

• время отбора проб: 15 минут
• частота выборки: 6 раз в сутки
• окупаемость инвестиций в течение 13 месяцев 

Дополнительные преимущества измерительных систем LiquiSonic^® включают в себя:

• простая, удобная установка (plug&play)
• превосходная долгосрочная стабильность
• один датчик для всех применений (сниженные инвестиционные затраты)
• всесторонний диагностический потенциал
• соответствие всем необходимым диапазонам концентрации с высокой точностью
• улучшенный контроль процесса и безопасность

Sulfuric acid production with LiquiSonic

^®

The LiquiSonic® analyzer can easily be integrated into different process stages. The rapid, robust sensing technology improves asset utilization, process safety and product yield.

Sulfuric acid production with LiquiSonic^®

Серная кислота

Серная кислота является одним из наиболее важных соединений, производимых в химической промышленности. Он используется для производства буквально сотен соединений, необходимых почти в каждой отрасли.

Использование серной кислоты

Наибольшее количество серной кислоты используется для производства фосфорной кислоты, которая, в свою очередь, используется для производства фосфатных удобрений, дигидрофосфата кальция и фосфатов аммония. Он также используется для производства сульфата аммония, который является особенно важным удобрением в условиях дефицита серы.

Рисунок 1 Использование серной кислоты.

Он широко используется в обработке металлов, например, при производстве меди и цинка, а также при очистке поверхности стального листа, известной как «протравка», перед покрытием тонким слоем олова, используемым для сделать банки для еды.

Применяется также для получения капролактама, перерабатываемого в полиамид 6, и в производстве диоксида титана, используемого, например, в качестве пигмента.

Среди многих других его применений — производство плавиковой кислоты и фенола с пропаноном, которые используются во многих отраслях промышленности.

Годовое производство серной кислоты

Расчетные данные:
Merchant Research & Consulting Ltd.

Эти цифры относятся к 2011–2012 гг. Ожидалось, что к 2012 г. мировое производство превысит 250 млн тонн (mcgroup.com) и 260 млн тонн к 2018 г. (marketsandmarkets.com) с прогнозируемой тенденцией к росту как минимум до 2023 г. (transparencymarketresearch.com).

Производство серной кислоты

Процесс производства серной кислоты состоит из четырех стадий:
a) извлечение серы
b) преобразование серы в диоксид серы
c) преобразование диоксида серы в триоксид серы
d) преобразование триоксида серы в серную кислоту

(a) Извлечение серы

Пожалуй, самый важный источник серы – это ее извлечение из природного газа и нефти. Они содержат соединения серы, как органические, так и сероводород, которые необходимо удалить перед использованием в качестве топлива или химического сырья.

Другим важным источником серы является двуокись серы при рафинировании металлов. Многие металлические руды встречаются в виде сульфидов и обжигаются с образованием оксида и диоксида серы, например, при производстве свинца:

Другие металлы, произведенные из сульфидных руд, включают медь, никель и цинк.

Во всем мире около 35% серы получают в виде двуокиси серы при обжиге сульфидной руды, и это число увеличивается, поскольку предприятия, которые традиционно выбрасывали двуокись серы в атмосферу, извлекают ее в виде серной кислоты. В частности, Китай производит большую часть своей серной кислоты из пирита, руды сульфида железа.

Серную кислоту также получают из сульфата аммония, побочного продукта при производстве поли(метил-2-метилпропеноата), а также извлекают из «отработанной» (т.е. использованной) серной кислоты.

(b) Конверсия серы в диоксид серы

Если сера является исходным сырьем, ее сначала необходимо преобразовать в диоксид серы. Расплавленная сера распыляется в печь и сжигается в струе сухого воздуха при температуре около 1300 К. Сера горит характерным голубым пламенем:

Поскольку используется избыток воздуха, выходящий газ содержит около 10-12% диоксида серы и 10% кислорода по объему. Газы очень горячие и поэтому проходят через теплообменники (котлы-утилизаторы).

Газы охлаждаются примерно до 700 К, а вода в окружающих трубах котла превращается в пар. При производстве одной тонны серной кислоты также производится одна тонна пара высокого давления.

(c) Конверсия диоксида серы в триоксид серы (Контактный процесс)

Типичная установка содержит один цилиндрический сосуд, который действует как реактор с неподвижным слоем с четырьмя отдельными слоями катализатора, известный как конвертер, нагретый до 700 K, через которые проходят диоксид серы и воздух:

Катализатор, оксид ванадия(V) на кремнеземе, обычно находится в форме небольших гранул, к которым в качестве промотора добавлен сульфат цезия (рис. 2). Функция промотора состоит в том, чтобы понизить температуру плавления оксида ванадия(V), чтобы он плавился при 700 K.

(d) Конверсия триоксида серы в серную кислоту

Триоксид серы, образовавшийся в третьем слое (и небольшое количество из четвертого слоя), теперь преобразуется в
серную кислоту.
Триоксид серы реагирует с водой, и реакция может быть выражена как:

Однако сама вода не может использоваться для абсорбции, так как происходит значительное повышение температуры и образуется сернокислотный туман, с которым трудно справиться. Вместо этого используется серная кислота с концентрацией около 98%. Эту концентрацию поддерживают добавлением воды и удалением кислоты при этой концентрации.
Для поддержания температуры около 400 К тепло отводится теплообменниками, рис. 4.

Рисунок 4. Линейная схема теплообменника, используемого при производстве триоксида серы.

Неабсорбированные газы содержат около 95 % азота, 5 % кислорода и следы диоксида серы. Поток газа фильтруется для удаления любых следов тумана серной кислоты и возвращается в атмосферу через высокую дымовую трубу.

Дата последнего изменения: 9 октября 2016 г.

Химическая промышленность | Обзор, важность и история

Dow Chemical Company

См. все средства массовой информации

Связанные темы:

Юнироял Холдингс, Инк.
Etablissements Poulenc Frères
блок операции
единичный процесс
Акзо НВ

Просмотреть все сопутствующие материалы →

химическая промышленность комплекс процессов, операций и организаций, осуществляющих производство химических веществ и их производных.

Хотя химическую промышленность можно описать просто как отрасль, которая использует химию и производит химикаты, это определение не совсем удовлетворительно, поскольку оно оставляет открытым вопрос о том, что такое химическое вещество. Определения, принятые для статистических экономических целей, варьируются от страны к стране. Кроме того, Стандартная международная торговая классификация, опубликованная Организацией Объединенных Наций, включает взрывчатые вещества и пиротехнические изделия в раздел химических веществ. Но в эту классификацию не входят искусственные волокна, хотя подготовка сырья для таких волокон так же химична, как и любая отрасль производства.

Сложные характеристики химической промышленности

Масштабы химической промышленности частично определяются обычаями, а не логикой. Нефтяную промышленность обычно считают отдельной от химической промышленности, поскольку на заре нефтяной промышленности в 19 веке сырая нефть подвергалась простой перегонке. Однако современные нефтяные промышленные процессы вызывают химические изменения, и некоторые продукты современного нефтеперерабатывающего комплекса являются химическими веществами по любому определению. Термин «нефтехимия» используется для описания этих химических операций, но, поскольку они часто выполняются на том же заводе, что и первичная перегонка, трудно провести различие между нефтяной и химической промышленностью.

Металлы в некотором смысле являются химическими веществами, поскольку они производятся химическим путем, руды иногда требуют химического обогащения перед очисткой; процесс очистки также включает химические реакции. Такие металлы, как сталь, свинец, медь и цинк, производятся в достаточно чистом виде, а затем перерабатываются в полезные формы. Тем не менее, сталелитейная промышленность, например, не считается частью химической промышленности. В современной металлургии такие металлы, как титан, тантал и вольфрам, производятся с помощью процессов, требующих большого химического мастерства, однако они по-прежнему классифицируются как первичные металлы.

Таким образом, границы химической промышленности несколько размыты. Его основным сырьем являются ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), воздух, вода, соль, известняк, сера или их эквивалент, а также некоторые специализированные виды сырья для специальных продуктов, такие как фосфаты и минеральный плавиковый шпат. Химическая промышленность превращает это сырье в первичные, вторичные и третичные продукты, причем различие основано на удаленности продукта от потребителя, причем первичный является наиболее удаленным. Продукты чаще всего являются конечными продуктами только самой химической промышленности; Главной характеристикой химической промышленности является то, что ее продукция почти всегда требует дальнейшей обработки, прежде чем попадет к конечному потребителю.

Таким образом, как это ни парадоксально, химическая промышленность сама себе лучший клиент. Средний химический продукт проходит от фабрики к фабрике несколько раз, прежде чем он попадает из химической промышленности на рынок.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Существует множество путей к одному и тому же продукту и множество применений одного и того же продукта. Например, чаще всего этиленгликоль используется в качестве автомобильного антифриза, но он также используется в качестве гидравлической тормозной жидкости. Дальнейшая обработка приводит к получению многих производных, которые используются в качестве добавок в текстильной, фармацевтической и косметической промышленности; в качестве эмульгаторов при применении инсектицидов и фунгицидов; и как деэмульгаторы для нефти. Фундаментальные химические вещества, такие как хлор или серная кислота, используются столь многими способами, что не поддаются исчерпывающему списку.

Из-за конкуренции в химической промышленности и среди химикатов химическая промышленность тратит большие средства на исследования, особенно в высокоразвитых странах. Процент дохода, потраченного на исследования, варьируется от одной отрасли к другой; компании, специализирующиеся на крупносерийных продуктах, которые широко используются в течение многих лет, тратят меньше, тогда как конкуренцию в более новых областях можно встретить только за счет интенсивных исследований.

Экономические аспекты

В большинстве областей Соединенные Штаты являются крупнейшим производителем химикатов. Германия, Великобритания, Франция, Италия и некоторые другие европейские страны также являются крупными производителями, как и Советский Союз. Япония в 1960-х годах приобрела известность как очень крупный производитель в определенных областях. Инвестиции в химическую промышленность в процентах от общих инвестиций в данной стране могут составлять от 5 до 15% для менее развитых стран; для промышленно развитых стран она составляет в среднем около 6—8%. Для некоторых развивающихся стран этот процент может сильно колебаться; например, установка одного крупного завода по производству удобрений может заметно изменить процентное соотношение в конкретной стране.

В начале 20-го века существовало заметное различие между экономикой, основанной на угле как ископаемом топливе, и экономикой, основанной на нефти. Уголь был почти единственным источником ароматических углеводородов. Две силы, однако, работали вместе, чтобы изменить эту ситуацию. Во-первых, ароматические углеводороды теперь можно получать и из нефти, да и вообще все углеводородное сырье теперь почти взаимозаменяемо; во-вторых, современная транспортная техника позволяет в очень больших объемах перевозить по морю не только нефть, сырую или в различных стадиях очистки, но и природный газ, охлажденный и сжиженный до жидкого состояния.

Статистические данные химической промышленности в целом могут вводить в заблуждение из-за практики объединения таких продуктов, как недорогая серная кислота и дорогие красители или волокна; в некоторые подборки включены косметика и туалетные принадлежности, стоимость которых за фунт может быть искусственно завышена. Статистика химической промышленности разных стран может иметь разную базу расчета; действительно, база может время от времени меняться в одной и той же стране. Дополнительным источником путаницы является то, что в некоторых случаях производство указывается не в тоннах самого продукта, а в тоннах содержания важного компонента.

Для простоты различные разделы химической промышленности, такие как тяжелая неорганическая и органическая химия и различные семейства конечных продуктов, будут описаны по очереди и отдельно, хотя следует иметь в виду, что они постоянно взаимодействуют. Первый раздел, который следует обсудить, — это тяжелые неорганические химикаты, начиная с исторического начала химической промышленности с процесса Леблана. Однако термины «тяжелая химическая промышленность» и «легкая химическая промышленность» не являются полностью исключительными, поскольку многие операции находятся где-то между этими двумя классами. Однако эти два класса в своих крайностях коррелируют с другими различиями. Например, внешний вид двух видов растений характерно различен. Крупный химический завод характеризуется большими частями оборудования необычных форм и размеров, стоящими неподвижно и независимо друг от друга. Видны длинные ряды дистилляционных колонн, но, поскольку перерабатываемый материал обычно находится в трубах или сосудах, здесь не происходит никакой заметной деятельности.