Otrzymywanie kwasu siarkowego z siarki - metody wydobycia siarki, poszczególne etapy i procesy jednostkowe otrzymywania H₂SO₄ (+ reakcje chemiczne) oraz warunki ich prowadzenia, omówić technologię PK/PA i DK/DA.

Właściwości kwasu siarkowego:

• Oleista bezbarwna ciecz

• Bezwonny

• Gęstość1,827 g/cm3(temp 25OC)

• Temperatura wrzenia bezwodnego kwasu siarkowego wynosi 296,2 OC

• Niepalny

• Żrący

• Silnie higroskopijny

• Reaguje z metalami półszlachetnymi

• Ma silne właściwości utleniające

• Tworzy sole obojętne i wodorosole

• Niszczy strukturę białka

Zastosowanie kwasu siarkowego:

• Nawozy

fosforowe

• Kwasy

mineralne

• Estry kwasu

siarkowego

• Suche

ogniwa

• Leclanchea

• Sulfonowanie

• Techniczny

etanol

• Papier

• Materiały

wybuchowe

• Kosmetyki,

• masy

plastyczne,

• barwniki

Metody wydobycia siarki:

-metoda odkrywkowa: Usuwa się ziemię, piaski, gliny, a następnie za pomocą materiałów wybuchowych przeprowadzić kruszenie. Aby wzbogacić rudy siarkowe w siarkę stosuje się flotację (Ruda trafia do wstępnego aparatu flotacyjnego. Wprowadza się tam naftę i terpentynę, a w następnych etapach olej napędowy i flotanol. Mieszaninę taką poddaje się spienianiu w powietrzu, a pęcherzyki powietrza wynoszącą na powierzchnię cieczy, skąd trafia do odstojnika. Koncentrat poflotacyjny zawiera ponad 80% siarki).

-metoda otworowa: umożliwia otrzymanie siarki bezpośrednio ze złoża, umożliwia otrzymanie siarki bezpośrednio ze złoża, Wydobycie zachodzi w sposób losowy,

siarka wypływa u szczytu instalacji, zastyga w postaci żółtej, żywicowatej masy o czystości około 99%. Wady duża deformacja gruntów (zapadliska terenu), zanieczyszczenie wód powierzchniowych i fakt, że duże ilości surowca mogą zostać niewydobyte.

Otrzymywanie kwasu siarkowego:

Obecnie kwas siarkowy otrzymuje się głównie metoda kontaktową, w której można wyróżnić trzy podstawowe etapy: 1. Spalaniesiarki do SO2, 2. Utlenianie SO2 do SO3, absorpcja SO3 w oleum oraz stężonym kwasie siarkowym.

1. Spalanie S₈+8O₂ 8SO_2; Zachodzi bez zmiany objętości gazu. Stężenie ditlenku siarki w gazach spalinowych wynosić może maksymalnie 21%. Nie uzyskuje się tak duzych stężeń podczas spalania. Im mniej tlenu pozostaje w gazach, tym reakcja spalania zachodzi wolniej. Otrzymuje się gaz zawierający 10-12% ditlenku siarki. Resztę stanowi azot i tlen.

Wyrózniamy dwa rodzaje pieców:

Komorowy– ma postać leżącego cylindra, wykonany ze stali, wyłożony ognioodporną wymurówką, składa się z trzech przegród kierunkujących przepływ gazów. Powietrze wprowadzane za pomocą dyfuzora, pod ciśnieniem 0,035 MPa i podgrzane to temperatury 200 –260OC spala siarkę. Palnik rozruchowy. Termopary.

Cyklonowy– na obwodzie pieca znajdują się otwory, którymi wprowadza się ogrzane powietrze. Ruchy wirowe zapewniają lepsze spalenie siarki i wyższą wydajność. Panujące temperatury są niższe niż w piecu komorowym, szybki rozruch, komora pieca niewielka.

1. Utlenianie dwutlenku siarki: 2SO₂+O₂2SO_{3 ;} Reakcja jest odwracalna i przebiega z wydzieleniem ciepła. Aby zaszła z szybkością zadowalającą dla celów przemysłowych, konieczne jest zastosowanie katalizatorów ( „kontaktów” )

Rodzaje katalizatorów:

Platynowy: zapewnia odpowiednia szybkość reakcji już w niskich temperaturach, gdzie jest możliwe osiąganie wysokiego stopnia przemiany , jest jednak bardzo wrażliwy na trucizny kontaktowe np. arszenik.

Żelazowy: zapewnia dostateczna szybkość przemiany powyżej temp 833K. Ze względu na powstawanie FeSO4, proces musiały być prowadzony w temp dysocjacji tego związku ( powyżej 900K), co z uwagi na równowagę uniemożliwia uzyskania stopnia konwersji wyższego niż 70%.

Wanadowy: duża aktywność, trwałość, niewielkie opory, duża wytrzymałość mechaniczna, odporność na korozję, zapylanie oraz działanie produktów procesu kontaktowego, mniejsza wrażliwośc na trucizny, niska cena.

1. Absorpcja SO₃ w oleum oraz stężonym kwasie siarkowym.

Metoda nitrozowa: Przy wytwarzaniu kwasu siarkowego ta metodą zachodzą zasadniczo dwa główne procesy : powstawania kwasu siarkowego i absorpcja tlenków azotu ( N₂O₃ ) w kwasie siarkowym.

SO₂+ 1/2O₂+ H₂O → H₂SO₄

Tlenki azotu a głównie tri tlenek azotu jako główny przenośnik tlenu w tej reakcji powstaje w wyniku hydrolizy kwasu nitrozylosiarkowego:

2HSNO₅+ H₂O → 2H₂SO₄+ N₂O₃

Proces utleniania tlenku siarki i otrzymania kwasu siarkowego można przedstawić uproszczonym równaniem reakcji: SO₂+ N₂O₃+ H₂O → H₂SO₄+ 2NO, ponieważ N2O3 jest równocząsteczkową mieszaniną NO i NO₂ a powstający w reakcji NO nie jest absorbowany przez H₂SO₄, ponieważ praktycznie się w nim nie rozpuszcza.

Zastosowanie w procesie technologicznym w nitrozie niższych stężeń kwasu siarkowego(VI) niż 73% skutkuje pojawieniem się kwasu azotowego(V) powstałego zrozkładu kwasu azotowego(III) z hydrolizy kwasu nitrozylosiarkowego zgodnie z równaniami reakcji:

HSNO5+ H2O → H2SO4+ HNO2

3HNO2→ HNO3+ 2NO + H2O

Zredukowane tlenki azotu, w procesie utleniania SO2 do SO3, w układzie technologicznym są utleniane tlenem zawartym z gazach prażalniczych do NO2, aby przed procesem absorpcji w H2SO4 uzyskać równocząsteczkową mieszaninę NO i NO2 (N2O3), która tworzy kwas nitrozylosiarkowy zgodnie z równaniem reakcji:

N2O3+ 2H2SO4 → 2HSNO5+ H2O

Jeżeli w gazach idących do procesu absorpcj i jest więcej NO niż NO2 dla uzyskania N2O3 wówczas następuje strata tlenków azotu gdyż NO nie jest ani absorbowany ani rozpuszczany przez kwas siarkowy.

Również przewaga NO2 w stosunku do NO jest niekorzystna gdyż obok kwasu nitrozylosiarkowego w nitrozie pojawi się kwas azotowy(V) zgodnie z równaniem reakcji:

2NO2+ H2SO4→ HSNO5+ HNO3

Metoda PK/PA:

Metoda DK/DA:

Metoda TK/TA:

.