روش تهیه و تولید اسید سولفوریک

اسید سولفوریک یکی از پرکاربردترین مواد شیمایی است که در کارخانجات مختلفی در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده‌ی شیمیایی در پالایشگاه‌های نفت نیز کاربرد بسیار زیادی دارد. به صورت کلی می‌توان گفت که کاربرد اصلی اسید سولفوریک کنترل PH ترکیب‌های سولفات‌ دار در کارخانجات است. این ماده‌ی شیمیایی در تولید مواد دارویی و تولید صابون و برخی شوینده‌ها، کارخانه‌های تولید الکل، تصفیه‌خانه‌ های آب، کارخانه‌های تولید کاغذ و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله روش تولید اسید سولفوریک به صورت کامل بررسی و شرح داده می‌شود.

اسید سولفوریک در طی یک فرآیند چهار مرحله‌ای تولید می‌شود. مرحله‌ی اول شامل استخراج گوگرد از نفت و گاز است. سپس این گوگرد استخراج شده به گوگرد دی اکسید تبدیل می‌شود و پس از آن به گوگرد تری اکسید تبدیل خواهد شد. مرحله‌ی آخر گوگرد تری اکسید به اسید سولفوریک تبدیل می‌شود و فرآیند تولید به اتمام می‌رسد. در ادامه‌ی این مراحل را بررسی می‌کنیم.

اصلی‌ترین منبع برای استخراج گوگرد خام نفت و گاز طبیعی است. نفت خام و گاز دارای ترکیبات گوگرد هستند که باید جداسازی شوند. منبع دیگر تهیه گوگرد که در درجه‌ی دوم اهمیت قرار دارد، تهیه‌ی گوگرد دی اکسید از تصفیه‌ی فلزات است. بسیاری از معادن حاوی سنگ‌هایی به صورت ترکیبات سولفیدی هستند که می‌توان آن‌ها را حرارت داد تا گوگرد دی اکسید تولید کرد. در تصفیه‌ی فلزاتی مانند سرب، مس، روی و نیکل می‌توان گوگرد دی اکسید تولید کرد.

این مرحله را به دو روش می‌توان انجام داد. روش اول که بسیار مرسوم‌تر است، ابتدا گوگرد را با گرم کردن به صورت غیر مستقیم که به آن بن ماری گفته می‌شود، به حالت مایع در می‌آورند. سپس با استفاده از عمل پمپاژ آن را وارد کوره می‌کنند تا بسوزد. اکسیژن از طریق هوای فشرده توسط دمنده هوا تأمین می‌شود و پیش از ورود به کوره، برای جلوگیری از پایین آمدن دمای کوره، توسط مبدل گرمایی تا دمای ۱۵۰ درجه سانتی گراد گرم ‌می‌شود. گوگرد در دمای 95 الی 1000 درجه با اکسیژن دچار احتراق شده و گوگرد دی اکسید تولید می‌شود.

تبدیل گوگرد دی اکسید به گوگرد تری اکسید یک فرآیند تعادلی بازگشتی است. در این فرآیند از کاتالیزگر وانادیم استفاده می‌شود. مقدار کاتالیزگر مورد نیاز برای تولید هر تن اسید سولفوریک در حدود 200 کیلوگرم است. این کاتالیزگر در سراسر واکنش به صورت یکسان توزیع نمی‌شود بلکه به صورت لایه‌ای و با میزان متفاوت در برج‌های تبدیل گوگرد دی اکسید به گوگرد تری اکسید قرار می‌گیرد. در این مرحله واکنش باید در دمای خیلی زیاد انجام نشود زیرا دمای بالا به کاتالیزگر آسیب وارد می‌کند. در این مرحله احتمال وجود ناخالصی‌هایی همچون سرب و آرسنیک وجود دارد، به همین دلیل قبل از ورود به مرحله‌ی بعد محصول حاصل از این مرحله از صافی‌های عبور می‌کند.

در این مرحله گوگرد تری اکسید تولید شده وارد برج اولئوم می‌شود تا اسید سولفوریک تولید کند.

در این برج گاز گوگرد تری اکسید و اسید، در خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند. اسید به صورت پاششی از بالای برج به پایین حرکت می‌کند و گاز از پایین، روانه‌ی بالای برج می‌شود. طی این حرکت گاز گوگرد تری اکسید جذب اسید شده، اولئوم یا اسید سولفوریک دود کننده ایجاد می‌کند که همان اسید سولفوریک با درصد بالایی از گوگرد تری اکسید است.

همان‌طور که پیش‌تر گفته شد اسید سولفوریک در بسیاری از صنایع و کارخانجات کاربرد دارد و یکی از پرکاربردترین مواد شیمیایی در سطح جهان است. کشورهای بسیاری اسید سولفوریک را تولید کرده و آن را به شکور های دیگر صادر می‌کنند. به طور کلی در جهان هر ساله 200 میلیون تن اسید سولفوریک تولید می‌شود. کشورهایی که بیشترین میزان تولید اسید سولفوریک را دارند، امریکا و روسیه هستند. امریکا با تولید سالانه‌ی 36 میلیون تن اسید سولفوریک در صدر جهان قرار دارد و پس از آن روسیه هر ساله در حدود 5/8 میلیون تن اسید سولفوریک تولید می‌کند. کل کشورهای قاره اروپا 19 میلیون تن اسید سولفوریک را سالانه تولید می‌کنند که در همین قاره به مصرف می‌رسد.