Взаимодействие SO2 с нитрозой.

По третьей стадии протекают следующие процессы:

1). Поглощение SO₂

SO₂ + H₂O H₂SO₃

2). Гидролиз нитрозилсерной кислоты

2HNOSO₄ + H₂O 2H₂SO₄ + N₂O₃

3). Окисление сернистой кислоты

H₂SO₃ + N₂O₃ H₂SO₄ + NO

4). Десорбция NO и его окисление

2NO + O₂ → 2NO₂

5). Окисление SO2 в газовой фазе и поглощение SO3 водой

SO₂ + N₂O₃ → SO₃ + 2NO

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

В основной продукционной башне протекают следующие процессы.

При низкой температуре лимитирующая стадия – I – гидролиз HNOSO₄ – кинетическая. При высокой – образование H₂SO₃ – диффузионная. Поэтмоу процесс ведут при 100-110°C.

Схема башенного способа

Газ, содержащий SO₂, очищается от пыли и поступает в продукционные башни (1 и 2), где встречается со стекающей нитрозой и окисляется. Часть полученной кислоты отделяется в основной башне (2), часть идёт на образование нитрозы в поглотительные башни (4 и 5). Очищающийся в отходящих газах NO окисляется в окислительной башне (3) и также поступает на образование нитрозы в башни 4 и 5. Образующаяся нитроза поступает на орошение продукционных башен. Вследствие потерь окислов азота они ещё подпитываются HNO₃.

Нитрозным способом производится грязная 70-80% H₂SO₄, которая, в основном, используется для получения удобрений.

Контактный способ производства H₂SO₄.

Способ наиболее прогрессивный. По этому способу производится большое количество сортов H₂SO₄ (олеум, купоросное масло (53% и т.д.), аккумуляторная кислота).

Контактный способ включает 3 стадии:

1) очистку газа от вредных для катализа примесей

2) контактное окисление диоксида серы в триоксид

3) абсорбцию SO₃ серной кислотой.

Главная стадия №2.

2) Контактное окисление – типичный гетерогенный катализ.

Реакция обратимая.

SO₂ + 1/2O₂ SO₃ + Q

При повышении температуры реакция быстро падает. С ростом температуры падает и степень превращения. Константа скорости реакции растёт с ростом температуры.

æ= Р_SO3/(P_SO2 + P_O2)

Наиболее активным катализатором является Pt, но она дорога и быстро отравляется. В настоящее время применяется катализатор БАВ: K₂O•SiO₂•BaO•Al₂O₃•V₂O₅ (V₂O₅ – основа ~7%), катализатор СВД – сульфат ванадила на доломите.

Процесс катализа слагается из стадий:

1) диффузия компонентов к гранулам катализатора, а затем в поры

2) сорбция кислорода

3) сорбция SO₂ и образование комплекса SO₂•О

4) перегруппировка электронов с образованием комплекса SO₃•катализатор

5) десорбция SO₃ из пор и с поверхности катализатора

Т.к. реакция экзотермическая, а при повышении температуры падает æ (а значит и выход SO₃) процесс ведут следующим образом:

Сначала проводят окисление при высокой температуре 500-550⁰С, реакция протекает быстро со степенью окисления около 50%. Далее понижают температуру и пропускают газ снова через катализатор, затем его снова охлаждают и так несколько раз (4-5) до достижения степени превращения SO₃ ~ 95%.

В настоящее время используют в основном полочные контактные аппараты, в которых отвод тепла проводится в теплообменниках между полками. Аппарат высотой до 30 м и диаметром 15 м.

Для предотвращения отравления катализатора необходима тщательная очистка газов от примесей As, Se, Te и других.

3). Абсорбцию триоксида серы проводят обычно в башнях с насадкой.

При этом поглощение ведут не водой (в этом случае образуется трудноуловимый туман серной кислоты), а концентрированной кислотой ≥ 98,3% (состав азеотропа). Так как реакция сильно экзотермична, то сначала поглощают SO₃ олеумом, а остатки – 98% H₂SO₄, которые предварительно охлаждают в теплообменниках. В дальнейшим разбавлением олеума можно получать кислоту любой необходимой концентрации.