簡介
編輯接觸法是目前生產工業過程所需的高濃度硫酸的方法。 鉑最初用作該反應的催化劑; 然而,由于它容易與硫原料中的砷雜質發生反應,因此現在首選氧化釩 (V) (V2O5)。
歷史
編輯該工藝于 1831 年由英國醋商 Peregrine Phillips 獲得專利。 除了是一種比以前的鉛室工藝更經濟的生產濃硫酸的工藝外,接觸工藝還生產三氧化硫和發煙硫酸。
1901 年,Eugen de Ha?n 獲得了基本工藝的專利,該工藝涉及在存在氧化釩的情況下將二氧化硫和氧氣結合,生成三氧化硫,三氧化硫很容易被水吸收,從而生成硫酸。 通過縮小催化劑的粒徑(例如:le 5000 微米),這一工藝得到了顯著改進,這是 BASF 的兩位化學家于 1914 年發現的工藝。
過程
編輯該過程可分為四個階段:
- 將硫和氧 (O2) 結合形成二氧化硫,然后在凈化裝置中凈化二氧化硫
- 在 450 °C 和 1-2 atm 條件下,在催化劑五氧化二釩存在下向二氧化硫中添加過量氧氣
- 將形成的三氧化硫加入硫酸中,生成發煙硫酸(二硫酸)
- 然后將發煙硫酸加入水中形成非常濃的硫酸。 由于該過程是放熱反應,反應溫度應盡可能低。
必須凈化空氣和二氧化硫 (SO2) 以避免催化劑中毒(即去除催化活性)。 然后用水洗滌氣體并用硫酸干燥。
為了節約能源,混合物通過熱交換器由催化轉化器排出的廢氣加熱。
然后二氧化硫和分子氧發生如下反應:
2 SO2(g) + O2(g) ? 2 SO3(g):ΔH = -197 kJ·mol?1
根據勒夏特列原理,應使用較低的溫度使化學平衡向右移動,從而提高收率。 然而,太低的溫度會使形成速率降低到不經濟的水平。 因此,為了提高反應速率,使用高溫 (450°C)、中壓 (1-2atm) 和氧化釩 (V) (V2O5) 來確保充分 (>95%) 的轉化率。 催化劑僅用于提高反應速率,因為它不會改變熱力學平衡的位置。 催化劑的作用機制包括兩個步驟:
- SO2被V5+氧化為SO3:2SO2 + 4V5+ + 2O2? → 2SO3 + 4V4+
- V4+ 被分子氧氧化回 V5+(催化劑再生):4V4+ + O2 → 4V5+ + 2O2?
熱的三氧化硫通過換熱器在吸收塔中溶解于濃H2SO4中形成發煙硫酸
H2SO4 + SO3 → H2S2O7
請注意,由于反應的高度放熱性質,將 SO3 直接溶解在水中是不切實際的。 形成酸性蒸氣或霧而不是液體。
發煙硫酸與水反應形成濃硫酸。
H2S2O7 + H2O → 2 H2SO4
凈化單元
編輯其中包括除塵塔、冷卻管道、洗滌器、干燥塔、砷凈化器和測試箱。 二氧化硫含有許多雜質,例如蒸氣、粉塵顆粒和氧化亞砷。 因此,必須對其進行純化,以避免催化劑中毒(即:破壞催化活性和效率損失)。 在此過程中,氣體用水洗滌,然后用硫酸干燥。 在除塵塔中,二氧化硫暴露在去除灰塵顆粒的蒸汽中。 氣體冷卻后,二氧化硫進入洗滌塔,在洗滌塔中用水噴灑以去除任何可溶性雜質。 在干燥塔中,將硫酸噴灑在氣體上以除去其中的水分。 最后,當氣體暴露于氫氧化鐵時,氧化砷被去除。
雙接觸雙吸收
編輯接觸過程的下一步是雙接觸雙吸收(DCDA)。 在此過程中,產品氣體(SO2)和(SO3)兩次通過吸收塔,以實現進一步吸收和將 SO2 轉化為 SO3,并生產更高品位的硫酸。
富含 SO2 的氣體進入催化轉化器,通常是具有多個催化劑床的塔,并轉化為 SO3,實現xxx階段轉化。 該階段的出口氣體包含 SO2 和 SO3,它們通過中間吸收塔,在那里硫酸滴入填料塔,SO3 與水反應增加硫酸濃度。 盡管 SO2 也通過吸收塔,但它沒有反應并從吸收塔中排出。
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