способ получения серной кислоты

Формула изобретения

Способ получения серной кислоты путем окисления серы в водной среде в присутствии катализатора, содержащего ион железа, отличающийся тем, что создают непрерывный процесс получения серной кислоты путем электролиза при непрерывной подаче воды и отводе серной кислоты и периодической подаче серы в зону анода, причем в качестве окислителя используют кислород, образующийся на аноде при электролизе воды и разности потенциалов между анодом и катодом 2-4 В.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к электрохимическим процессам и может найти применение в химической и электрохимической промышленности при получении серной кислоты.

Известен промышленный способ получения серной кислоты контактным методом, включающим 3 этапа: обжиг сырья (серного колчедана, газов цветной металлургии, серы, агломерационных газов и другого серосодержащего сырья) с получением диоксида серы, окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид и абсорбцию серного ангидрида серной кислотой с получением олеума. (А.Г.Амелин Производство серной кислоты. М., 1967).

Известен способ получения серной кислоты путем жидкофазного окисления серосодержащего сырья кислородом воздуха в водном растворе в присутствии азотной кислоты при нагревании до 60-120^oС под давлением 10-80 атм. (Авт. св. России 2087414, М.к. С 01 В 17/775, бюл. 23, 1997).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность проведения процесса, связанная с высоким давлением, повышенной температурой и необходимостью использования азотной кислоты.

Известен также способ некаталитического получения серной кислоты, основанный на некаталитическом окислении серы кислородом - сжигании жидкой серы в атмосфере обогащенного кислородом инертного газа в присутствии возвращенного в цикл сернистого газа, образовавшийся триоксид серы поглощается серной кислотой. (Патент США 5194239, МКИ НКИ 423/522, 1993).

К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относятся сложность и многостадийность проведения процесса, связанные с необходимостью применения горячей жидкой серы, ее предварительного окисления на первой стадии кислородом, содержащимся в специальной инертной газовой среде, и поглощением на 2 стадии триоксида серы серной кислотой.

Известен способ получения серной кислоты путем электролиза водных растворов сульфатов металлов в присутствии в анолите сернистого ангидрида. В качестве анода используют графит 50% пористости в виде полого бруска, активированного платиной, палладием, серебром или активированным углем. Сернистый ангидрид вводят в полость анода и продавливают через поры электрода в анолит, который отделен от католита диафрагмой, при температуре 25-55^oС в зависимости от материала активатора. (Авт. св. СССР 33041, М.к. С 01 В 17/74, бюл. 10, 1972).

К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относятся сложность технологии и конструкции получения серной кислоты, а также высокая стоимость металлических активаторов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип является способ получения серной кислоты путем окисления серы в водно-органической среде пероксидом водорода при температуре 20-50^oС, при этом реакционную массу подвергают ультрафиолетовому облучению или процесс ведут в присутствии катализатора, содержащего ион железа. (Авт. св. СССР 354712, М.к. С 01 В 17/74, бюл. 46, 1974).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность процесса, связанная с необходимостью ультрафиолетового облучения, и применение в качестве окислителя пероксида водорода и специальных органических растворителей для приготовления водно-органической среды.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка нового способа получения серной кислоты.

Техническим результатом является увеличение качества получаемой серной кислоты и упрощение способа ее получения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе получения серной кислоты путем окисления серы в водной среде в присутствии катализатора, содержащего ион железа, создают непрерывный процесс путем электролиза при непрерывной подаче воды и отводе серной кислоты и периодической подаче серы в зону анода, причем в качестве окислителя используют кислород, образующийся на аноде при электролизе воды, при этом разность потенциалов между анодом и катодом 2-4 В.

Прямое окисление дисперсных частиц серы по предлагаемому способу без их предварительного растворения в органических растворителях позволяет повысить качество получаемой серной кислоты, так как в ней отсутствуют примеси этих растворителей, и отпадает необходимость в дальнейшей очистке получаемой серной кислоты от органических растворителей.

Периодическая подача серы позволяет повысить степень ее использования, а непрерывная подача воды в пространство между анодом и катодом обуславливает смещение реакции в направлении образования серной кислоты.

Использование в качестве окислителя кислорода, образующегося на аноде при электролизе воды, позволяет упростить процесс получения серной кислоты, так как отпадает необходимость в специальных реагентных окислителях, например перекиси водорода H₂O₂, и органических растворителях для приготовления водно-органической среды.

Увеличение разности потенциалов между анодом и катодом выше 4 В приводит к увеличению энергозатрат и избыточному электролизу воды с образованием электролитических газов: водорода на катоде и кислорода на аноде. Уменьшение разности потенциалов между анодом и катодом ниже 2 В приводит практически к прекращению реакции получения серной кислоты.

Ниже приведены примеры получения серной кислоты.

Пример 1. В электролизер с металлическим катодом и угольным анодом периодически помещают смоченную водой мелкодисперсную серу по мере ее использования и непрерывно подают воду. На электроды подают напряжение 2 В. Для увеличения степени диспергирования суспензии производят перемешивание. В качестве катализатора используют вещества, содержащие ион железа, например Fe₂(SO₄)₃. При этом образуется серная кислота концентрацией 0,18 н., которую постоянно отводят из электролизера.

Пример 2. В электролизер с металлическим катодом и угольным анодом периодически помещают смоченную водой мелкодисперсную серу по мере ее использования и непрерывно подают воду. Для лучшего контакта серы с анодом последний располагается горизонтально на дне электролизера. На электроды подается напряжение 4 В. В качестве катализатора используют вещество, содержащее ион железа, например Fe₂(SO₄)₃. При этом образуется серная кислота концентрацией 0,21 н, которую непрерывно отводят из электролизера.

Предлагаемый способ получения серной кислоты позволяет значительно упростить технологический процесс за счет прямого окисления частиц серы атомарным кислородом, образующимся при электролизе воды на аноде, без предварительного растворения серы в органических растворителях и подачи специального окислителя (перекиси водорода) в зону реакции. Кроме того, получаемая в предлагаемом способе серная кислота не требует дальнейшей ее очистки от органического растворителя. Это уменьшает число технологических операций, время вспомогательных процессов подготовки исходных компонентов к основной реакции и вспомогательных процессов концентрирования полученной серной кислоты. Перевод основной технологической стадии - получение серной кислоты - из периодического процесса в непрерывный за счет непрерывной подачи воды и отвода продуктов реакции также способствует уменьшению времени процесса.