Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы.

1) Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:

- окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:

4FеS₂ + 11О₂ = 2Fе₂S₃ + 8SО₂,

- каталитическое окисление оксида серы (IV) избытком кислорода печного газа:

2SО₂ + О₂  2SО₃

- абсорбция оксида серы (VI) с образованием серной кислоты:

SО₃ + Н₂О  Н₂SО₄

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий.

Обжиг колчедана в токе воздуха представляет собой необратимый некаталитический гетерогенный процесс, протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциации дисульфида железа:

2FеS₂ = 2FеS + S₂

и окисления продуктов диссоциации:

S₂ + 2О₂ = 2SО₂

4FеS + 7О₂ = 2Fе₂S₃ + 4SО₂

что описывается общим уравнением

4FеS₂ + 11О₂ = 2Fе₂S₃ + 8SО₂,

где ΔН = 3400 кДж.

Увеличение движущей силы процесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающей содержание дисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом и применением избытка воздуха при обжиге до 30 % сверх стехиометрического количества. На практике обжиг ведут при температуре не выше 1000^оС, так как за этим пределом начинается спекание частиц  обжигаемого сырья, что приводит к уменьшению поверхности их и затрудняет омывание частиц потоком воздуха.

В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слоя отличаются высокой интенсивностью (до 10 000 кг/м²·сут), обеспечивают более полное выгорание дисульфида железа (содержание серы в огарке не превышает 0,005 мас. долей) и контроль температуры, облегчают процесс утилизации теплоты реакции обжига. К недостаткам печей КС следует отнести повышенное содержание пыли в газе обжига, что затрудняет его очистку. В настоящее время печи КС полностью вытеснили печи в других типов  в производстве серной кислоты из колчедана.

2) Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способом отличается от процесса производства из колчедана рядом особенностей. К ним относятся:

– особая конструкция печей для получения печного газа;

– повышенное содержание оксида серы (IV) в печном газе;

– отсутствие стадии предварительной очистки печного газа.

Последующие операции контактирования оксида серы (IV) по физико-химическим основам и аппаратурному оформлению не отличаются от таковых для процесса на основе колчедана и оформляются обычно по схеме ДКДА. Термостатирование газа в контактном аппарате в этом методе осуществляется обычно путем ввода холодного воздуха между слоями катализатора.

Существует также способ производства серной кислоты из сероводорода, получивший название «мокрого» катализа, состоит в том, что смесь оксида серы (IV) и паров воды, полученная сжиганием сероводорода в токе воздуха, подается без разделения на контактирование, где оксид серы (IV) окисляется на твердом ванадиевом катализаторе до оксида серы (VI). Затем газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где пары образующейся серной кислоты превращаются в жидкий продукт.

Таким образом, в отличие от методов производства серной кислоты из колчедана и серы, в процессе мокрого катализа отсутствует специальная стадия абсорбции оксида серы (VI) и весь процесс включает только три последовательные стадии:

1. Сжигание сероводорода:

Н₂S + 1,5О₂ = SО₂ + Н₂О – ΔН₁,     где ΔН₁ = 519 кДж,

с образованием смеси оксида серы (IV) и паров воды эквимолекулярного

состава (1:1).

2. Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI):

SО₂+ 0,5О₂ <=>  SО₃ – ΔН₂,       где  ΔН₂ = 96 кДж,

с сохранением эквимолекулярности состава смеси оксида серы (IV) и паров

воды (1:1).

3. Конденсация паров и образование серной кислоты:

SО₃ + Н₂О <=>  Н₂SО₄ – ΔН₃,     где ΔН₃ = 92 кДж

таким образом, процесс мокрого катализа описывается суммарным уравнением:

Н₂S + 2О₂ = Н₂SО₄ – ΔН,    где  ΔН = 707 кДж.

Практика применения

Серную кислоту применяют:

• в производстве минеральных удобрений;

• как электролит в свинцовых аккумуляторах;

• для получения различных минеральных кислот и солей;

• в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;

• в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;

• в пищевой промышленности - зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);

• в промышленном органическом синтезе в реакциях:

- дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

- гидратации (этанол из этилена);

- сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);

- алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты - производство минеральных удобрений. На 1 т P2O3 фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH4)2SO4 - 0,75 т серной кислоты.

C текущей ситуацией и прогнозом развития рынка серной кислоты можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков  «Рынок серной кислоты в России».