Серная кислота

Отдел серной кислоты и серы в НИУИФ был создан в 1936 году по указанию наркома тяжелой промышленности, Г.К. Орджоникидзе. Созданием и развитием отдела серной кислоты руководили выдающиеся ученые-сернокислотчики: К.М. Малин, доктор технических наук, лауреат сталинской премии, Г.К. Боресков, д.т.н., академик АН СССР, дважды лауреат сталинской премии, лауреат государственной премии, Герой Социалистического труда, А.Г. Амелин, д.т.н., проф., заслуженный деятель науки и техники РСФСР, дважды лауреат Сталинской премии.

В 30-ые годы основное количество серной кислоты в СССР вырабатывалось на башенных (нитрозных) системах. Актуальные на тот момент исследования кинетики всех основных стадий нитрозного процесса: денитрации, кислотообразования, абсорбции оксидов азота – проводились учеными НИУИФ: К.М. Малиным, Н.И. Смысловым, Ю.П. Бернацким, С.Д. Ступниковым, М.Н. Второвым, И.Ф. Черепковым, В.С. Епифановым. Установлена возможность разделения оксидов азота серной кислотой путем их абсорбции-десорбции. Исследовано давление насыщенных паров над нитрозами, содержащими N2O3 и HNO3. Результаты исследований ученых НИУИФ позволили усовершенствовать и интенсифицировать нитрозный процесс получения серной кислоты.

Нитрозный процесс имеет ряд недостатков, основными из которых являются низкая концентрация и загрязненность получаемой серной кислоты, что препятствовало её применению в ряде производств.

В этой связи, к концу 30-ых – началу 40-ых годов ученые НИУИФ сосредоточились на исследованиях и развитии контактного метода получения серной кислоты, свободного от недостатков нитрозного метода.

Первые отечественные контактные аппараты К-39 производительности 40 т. мнг/ сут., разработанные в НИУИФ и запроектированные Гипрохимом, были построены и запущены в эксплуатацию на Воскресенском химическом заводе.

В 50-е и 60-е годы в НИУИФ проведен большой объем работ по созданию более совершенных аппаратов большей производительности, которые затем стали применяться во всех контактных сернокислотных системах. В эти годы, по разработкам НИУИФ уже строились более мощные контактные аппараты на 240 т. мнг/сут. и 360 т. мнг/сут. Были проведены исследования процессов, происходящих в промывном, сушильно-абсорбционном и контактном отделениях контактных систем. В этот же период в НИУИФ выполнены исследования по получению улучшенных сортов серной килоты, разработаны методы очистки выхлопных газов от диоксида серы. В этой области работали: Б.А. Чертков, Н.С. Добромыслова, А.Н. Терновская, Д.С. Элькинд, З.П. Розенкноп, М.М. Чернобаева, Н.А. Василенко и другие.

В области разработки каталитического процесса окисления диоксида серы учеными НИУИФ под руководством Г.К. Борескова (Б.М. Масленников, В.В. Илларионов, А.Г. Амелин, Е.В. Гербурт, Т.И. Смирнова, В.П. Плигунов, Ф.Ф. Умятина, Д.Ф. Терентьев, Г.И. Петровская) были выполнены фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования, результатом которых явилось создание теории каталитического окисления диоксида серы, а также разработка рецептур и технологии высокоактивных сернокислотных ванадиевых катализаторов. Они стали основой совершенствования контактного метода и организации производства сернокислотных катализаторов.

Проведены исследования по использованию природных носителей (диатомит), подбору промотирующих добавок, определению оптимального соотношения носителя и активных компонентов в катализаторе, разработке рецептуры и технологии катализаторов (В.М. Борисов, Б.М. Масленников, В.В. Илларионов, Г.И. Петровская и другие). В НИУИФ разработана технология и освоено промышленное производство термостабильного, высокоактивного катализатора СВД на природном носителе, который успешно использовался в контактных сернокислотных системах. Совместно с ИК СОАН, УНИХИМ, ЛТИ разработаны катализаторы: СВС, ТС, ИК-1-4, ИК-1-6 с применением искусственных носителей и др.

Г.К. Боресков разработал методику расчёта контактных аппаратов, определил оптимальный температурный режим и концентрацию компонентов реакции проведения каталитического процесса в контактном аппарате.

За прошедший период от создания отдел серной кислоты, вплоть до наших дней, ученые НИУИФ продолжали и продолжают совершенствовать технологию серной кислоты в плане повышения единичной мощности сернокислотных систем, повышения эффективности работы оборудования, повышения концентрации перерабатываемого газа с одновременным снижением содержания вредных веществ в выхлопных газах. За прошедший период были изучены и разработаны процессы контактного метода с получением серной кислоты методом ДК-ДА, под давлением, с использованием кислорода, разработан принципиально новый нестационарный метод. На основе нестационарного метода удалось разработать новую технологию серной кислоты с малыми капитальными затратами, позволяющую автотермично перерабатывать на серную кислоту слабо концентрированные сернистые газы. Разработаны методы утилизации отработанной серной кислоты от различных производств.

Продолжая традиции ученых-сернокислотчиков, сотрудники отдела серной кислоты целеустремленно и плодотворно продолжают работать в направлении перспективного развития технологии серной кислоты. Среди основных перспективных направлений следует отметить:

  1. Повышение единичной мощности сернокислотных систем.
  2. Повышение энергоэффективности сернокислотных систем.
  3. Снижение выбросов вредных веществ с выхлопными газами.
  4. Разработка принципиально новых процессов в сернокислотной технологии, создание новых материало- и энергосберегающих сернокислотных систем.
  5. Разработка и создание нового интенсивного оборудования для сернокислотных систем.

В последнее время сотрудниками отдела серной кислоты выполнены разработки, направленные на существенное повышение единичной мощности действующих сернокислотных систем с одновременным внедрением нового интенсивного оборудования по всем технологическим отделениям. Начиная с 2000 годов и до нашего времени, были разработаны и реализованы реконструкции действующих сернокислотных систем с 1,5-2,0 – кратным повышением их мощности, запроектированы и построены новые мощные сернокислотные системы производительностью 2700-3300 т. мнг/сут. Среди таковых можно отметить новейшую разработку НИУИФ по проектированию и строительству на предприятии АО «Апатит», г. Череповец самой мощной в РФ и Европе сернокислотной системы ДК-ДА на сере производительностью 1, 1 млн. т. мнг/год. В текущем 2020 году эта сернокислотная система была успешно запущена в эксплуатацию.

В процессе реконструкции и строительства новых сернокислотных систем, по разработкам специалистов отдела серной кислоты НИУИФ в технологию серной кислоты внедрялись новые более эффективные аппараты и оборудование, среди которых можно отметить использование разработанного совместно с Российским предприятием энергетического машиностроения, ЗАО «Белэнергомаш», высокоинтенсивного котло-печного агрегата РКС, разработка, проектирование и строительство контактных аппаратов новой конструкции облегченного типа, установка нефутерованных абсорбционных башен из специальных сплавов, применение интенсивных холодильников, изготовленных по разработке НИУИФ, использование новых нагнетателей и кислотных насосов с повышенными характеристиками.

Мероприятия по реконструкции действующих сернокислотных систем и строительство новых более мощных сернокислотных производств, выполненные за последние 10 лет отделом серной кислоты, позволили существенно увеличить производство серной кислоты в РФ, повысить энергоэффективность и надежность технологии, снизить выбросы вредных веществ в атмосферу с выхлопными газами.