10.3. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВ ВАЖНЕЙШИХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ

Производство серной кислоты

Ни одна отрасль промышленности практически не может обойтись без серной кислоты. Особенно широко она применяется в химической промышленности.

Серную кислоту получают различной концентрации и качества. В нашей стране установлен стандарт на серную кислоту и олеум (раствор серного ангидрида в серной кислоте). Выпускаемые промышленностью контактная серная кислота и олеум содержат соответственно 92,5 94% H2SO4 и 18,5 20% SO3 (в серной кислоте).

Для производства серной кислоты используется довольно широкий ассортимент сырья. Так, наряду с серным колчеданом применяют серу, отходящие серосодержащие газы цветной металлургии, сероводород, отработанную серную кислоту и др.

Серный колчедан может содержать примеси соединений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, теллура, кадмия, фтора, а также золото и серебро. Содержание селена составляет до 220 г/т, золота до 4 г/т, серебра до 40 г/т, мышьяка до 0,4%, фтора до 0,2%.

Наиболее ценным сырьем для получения серной кислоты является элементарная сера. При ее сжигании образуется концентрированный газ, содержащий незначительные количества примесей мышьяка. При обжиге серы не остается огарка, поэтому схема переработки этого вида сырья на серную кислоту упрощается и является более экономичной. В настоящее время до 50% всей элементарной серы, получаемой в мире, расходуется на производство серной кислоты.

Серную кислоту получают из сернистого ангидрида (SO2) путем окисления его кислородом и последующего присоединения воды по реакции:

В обычных условиях окисление сернистого ангидрида протекает очень медленно, поэтому в промышленности для ускорения процесса эту реакцию проводят на катализаторах или в качестве передатчика кислорода применяют оксид азота. В зависимости от этого различают контактный и нитрозный (башенный) способы производства серной кислоты. Удельный вес серной кислоты, получаемой нитрозным способом, в общем объеме ее производства составляет менее 5% и продолжает уменьшаться.

Сущность контактного способа состоит в том, что сернистый ангидрид окисляется до серного в присутствии катализатора при высокой температуре (440-550 °С). Процесс окисления сернистого ангидрида на катализаторе протекает с выделением тепла:

Наиболее полно производство контактной серной кислоты отражает классическая технологическая схема, в которой исходным сырьем служит колчедан. Эта схема включает четыре основные стадии:

  • — получение сернистого ангидрида;
  • — очистку газа, содержащего сернистый ангидрид, от примесей;
  • — окисление сернистого ангидрида до серного на катализаторе;
  • — абсорбцию серного ангидрида водой.

Основными направлениями создания экологически обоснованного (малоотходного и безотходного) производства серной кислоты являются:

  • — максимально возможное улавливание SO2 и, следовательно, минимально возможное загрязнение им атмосферы;
  • — использование всех компонентов сырья селена, меди, драгоценных металлов, железа и т. д.

В колчеданах, применяемых для производства серной кислоты, содержится 0,002 0,02% селена, соединения которого находят все более широкое применение в различных областях промышленности: в производстве выпрямителей переменного тока, фотоэлементов, стекольной промышленности, телевидении. Отходы переработки колчедана основной источник получения селена в нашей стране.

Степень извлечения селена из колчедана в производстве серной кислоты контактным способом колеблется в широких пределах (от 30 до 60%) и зависит от устройства и режима работы печей, режима работы очистного оборудования и прочего.

Высокая степень окисления и уменьшение содержания сернистого ангидрида в отходящих газах без значительного увеличения количества контактной массы достигается так называемым двойным контактированием или контактированием с промежуточной абсорбцией. Сущность двойного контактирования состоит в том, что процесс Окисления SO2 на катализаторе проходит в два этапа, причем на первом этапе степень превращения составляет около 90%. Затем из газа выделяют серный ангидрид, после чего направляют газ в дополнительный, промежуточный абсорбер. Здесь в газе увеличивается соотношение 02 : S02, что позволяет на втором этапе увеличить степень превращения оставшегося сернистого ангидрида до 95 97%. Общая степень превращения достигает 99,5 99,7%, а содержание SO2 в отходящих газах составляет около 0,03%. При одинарном контактировании это десятые доли процента: в среднем 0,2% SO2 (5 г/м3) и около 0,007% SO3 (0,3 г/м3).

В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию схемы производства контактной серной кислоты: по-новому оформляются отдельные стадии этого процесса, применяются более мощные аппараты, обеспечивающие высокую производительность систем, частично или полностью воздух заменяется кислородом, повышается давление реакционных газов.

При обжиге серного колчедана отходы пиритных огарков составляют 70% от массы колчедана. На 1 т производимой кислоты выход огарка составляет около 0,55 т. Пиритные огарки состоят, главным образом, из железа (40 63%) с небольшими примесями серы (1 2%), меди (0,33 0,47%), цинка (0,42 1,35%), свинца (0,32 0,58%), драгоценных (10 20 г/'т) и других металлов.

Утилизация ипритных огарков возможна по нескольким направлениям:

  • — для извлечения цветных металлов и производства чугуна и стали;
  • — в цементной промышленности:
  • — в сельском хозяйстве и т. д.

Однако в настоящее время ипритные огарки используют главным образом в цементной промышленности в качестве минерализующей добавки к портландцементной шихте.

Небольшие количества огарка и пыли сухих электрофильтров используют для получения минеральных пигментов: железного сурика, охры. Ипритные огарки используются также в сельском хозяйстве в качестве удобрений, содержащих медь, и для получения некоторых инсектицидов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >