II. Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI).

Реакция протекает в контактном аппарате с использованием катализатора из оксида ванадия (V₂0₅).

2SO₂ + O₂ 2SO₃ + Q

Это реакция обратимая, экзотермическая, гетерогенная, каталитическая. Оптимальными условиями является постепенное снижение температуры с 600 до 400-450 ^oC для смещения равновесия в сторону продукта – серного ангидрида S0₃. В качестве катализатора используют оксид ванадия(V) V₂O₅.

Процесс проводят при повышенном давлении. Прежде чем смесь SO₂ и O₂ попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO₃ из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO₂ и О₂ продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате. Температура 400-500⁰С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO₂ в SO₃. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO₂ в SO₃. Образовавшийся оксид серы SO₃ выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

III. Образование серной кислоты.

SO₃ + H₂O H₂SO₄+ Q

Реакция практически необратимая, гетерогенная, экзотермическая. При взаимодействии оксида серы (VI) с водой выделяется так много теплоты, что мельчайшие капли серной кислоты образуют трудно улавливаемый туман. Для улавливания тумана газовую смесь пропускают не через воду, а через концентрированный раствор серной кислоты. Полученный олеум представляет собой серную кислоту, в которой растворен оксид серы (VI).

Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H₂SO₄· nSO_3.

Уравнение реакции этого процесса:

nSO₃ + H₂SO₄ H₂SO₄·nSO₃

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

6.1. Технологическая схема производства серной кислоты из железного колчедана.

1 – печь для обжига в «кипящем слое»;

2, 3 – пылеулавливатели;

4 – осушительная башня;

5 – контактный аппарат;

6 – поглотительная башня.

7. Экологические проблемы, возникшие при производстве серной кислоты

Одной из основных экологической проблемой производства является обжиговый газ, получаемый после обжига железного колчедана, содержащий пыль, туман серной кислоты и влагу.

Содержание пыли в обжиговом газе - до 300 г/м³, в то время как остаточная запыленность газа не должна превышать 0,1-0,2 г/м³. Разброс размеров частиц пыли и капелек тумана очень широк: от 1 мкм до 500 мкм.

При производстве серной кислоты из различного сырья экологические проблемы не одинаковы. Так, при получении кислоты из серы или сероуглерода не возникают вопросы утилизации пыли и огарка. Но такие вредные вещества, как туман серной кислоты и сернистый ангидрид SO₂, есть в каждом производстве серной кислоты. Более того, в газовой сере, являющейся отходом процесса очистки газов нефтепереработки, цветных металлов, попутных нефтяных и природных, содержится мышьяк и другие вредные примеси, поэтому схема ее очистки приблизительно такая же, как и у колчедана.