Производство серной кислоты нитрозным способом
Производство серной кислоты нитрозным
способом.
Технологическая схема производства серной кислоты
контактным путём хорошо известна из школьных учебников. В нашей стране
используется и другой, так называемый нитрозный, способ её получения.
На первой стадии, одинаковой для обоих методов,
получают сернистый
ангидрит CO2. Исходным сырьём может быть, в принципе,
любое вещество, содержащее серу: природные сульфиды железа (прежде всего, пирит
FeS2), а также сульфиды меди и никеля, сульфидные
полиметаллические руды, гипс CaSO4.2H2O
и элементарные сера. Всё больше и
больше используют газы, которые выделяются при переработке и сжигании горючих
ископаемых (угля, нефти), содержащих соединения серы.
Полученный SO2
окисляют до H2SO4, используется для этого в нитрозном методе используется
окислы азота. С этой стадии оба метода отличаются друг от друга.
В специальной окислительной башне 3 смешивают окись
азота NO и NO2 с воздухом в таком соотношении, чтобы
половина имеющихся NO и NO2.
2NO + O2 ® 2NO2
В результате газовая смесь содержит равные NO и NO2. Она подаётся в башни 4 и 5, орошаемые 75% - ной серной кислотой;
здесь смесь окислов азота поглощается с образованием нитрозиллерной кислоты:
NO + NO2 + 2H2SO4 ®2NO(HSO4) + H2O
Раствор нитрозиллерной кислоты в серной кислоте,
называемый нитрозой, орошает башни 1 и 2, куда противотоком поступает SO2 и добавляется вода. В результате гидролиза нитрозиллерной кислоты
образуется азотная кислота:
NO(HSO4) + H2O®H2SO4 + HNO2
Она - то и окисляет SO2 по
уравнению:
SO2 + 2HNO2®H2SO4 + 2NO
В нижней части башен 1 и 2 накапливается 75% - ная
серная кислота, естественно, в большем количестве, чем её было затрачено на
приготовление нитрозы (ведь добавляется «новорождённая» серная кислота). Окись
азота NO возвращается снова на окисление. Поскольку некоторое
количество её меряется с выхлопными газами, приходится добавлять в систему HNO3, служащую источником окислов азота.
Недостаток башенного метода состоит в том, что
полученная серная кислота имеет концентрацию лишь 75% (при большей концентрации
плохо идёт гидролиз нитрозиллерной кислоты). Концентрирование же серной кислоты
упариванием представляет дополнительную трудность. Преимущество этого метода в
том, что примеси содержащиеся в SO2, не влияют на ход процесса, так что исходный SO2 достаточно очистить от пыли, т.е. механических загрязнений. Естественно,
башенная серная кислота бывает недостаточно чистой, что ограничивает её
применение.