二氧化硫催化氧化制硫酸.docx
《二氧化硫催化氧化制硫酸.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化硫催化氧化制硫酸.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
二氧化硫催化氧化制硫酸
二氧化硫催化氧化制硫酸
化学工艺学
在纯碱生产过程中，溶解度最低，最先析出的是：
NaHCO3
乙烯环氧化制环氧乙烷工艺的催化剂的活性组分：
Ag
合成氨反应是：
放热、体积减小反应
提高汽油辛烷值：
降低烯烃含量，提高氧含量，添加甲基叔丁基醚
煅烧是物料分解失去结晶水或挥发组分
食盐水电解阳极产物是Cl2，阴极产物是NaOH和H2。
食盐水电解制氯碱方法有：
隔膜法、汞阴极法、离子交换膜法。
侯氏制碱法主要原料：
NH3、CaCO3、NaCl。
主要产物：
Na2CO3、NH4Cl。
催化剂一般有：
助催化剂、载体、主催化剂。
煤干馏产物：
焦炭、煤焦油，焦炉气。
根据变质程度，（腐殖煤）煤分为：
泥煤、揭煤、烟煤、无烟煤。
随变质程度增加，碳含量增加，氢和氧含量降低。
石油一次加工方法：
常压蒸馏、减压蒸馏，二次加工：
催化重整、催化裂化、加氢裂化、焦化。
硫酸生产原料：
硫磺、硫铁矿、研制烟气、石膏。
SO2氧化成SO3反应是一个可逆、放热、体积缩小的反应，降低温度、提高压力有利于平衡转化率的提高。
接触法制硫酸工艺中主要设备：
沸腾炉、接触室、吸收塔。
硫酸生产工艺3步：
SO2的制取和净化，SO2氧化成SO3和SO3的吸收。
浓硝酸的生产方法：
直接法、间接法、超共沸酸精馏法。
氯碱厂的产物：
烧碱、盐酸、液氯。
氯碱生产工艺中，食盐电解槽是核心设备，有：
离子膜电解槽、隔膜电解槽、水银电解槽。
几种食盐电解工艺的优缺点：
离子膜：
代表发展方向，占地面积小，产品质量好，但投资大，投资回收期长。
隔膜：
技术成熟，投资小，但产品质量差。
水银：
产品质量好，但水银易造成环境污染，逐步淘汰。
氢气的来源：
电解水、电解食盐水、水蒸气转化法、部分氧化法、水煤气化法、烃类裂解生产乙烯装装置复产氢气。
氧化反应的特点：
1强放热反应2反应途径多样，副产物多3烃类易完全氧化成CO2和水。
为什么常规的氨氧化工艺只生产稀硝酸，怎样才能得到浓硝酸？
因为二氧化氮的吸收制酸是化学吸收，由于化学平衡的限制，无法直接得到浓硝酸，生产浓硝酸可以有3种方法：
直接法：
NH3氧化制NO，NO氧化成NO2，浓硝酸吸收NO2制发烟硝酸，发烟硝酸解吸制N2O4，N2O4和水加压氧化反应的浓硝酸。
间接法：
稀硝酸加脱水剂（硫酸或无机盐如硝酸镁）精馏。
超共沸酸精馏法：
使氧化气中水脱除较多，NOx直接生成超共沸酸，再蒸馏的浓硝酸。
简述直接法生产浓硝酸的步骤和原理：
①NH3氧化制NO：
4NH4+5O2=4NO+6H2O②NO氧化为NO2:
2NO+O2=2NO2，NO+2HNO3=3NO2+H2O③浓硝酸吸收NO2制发烟硝酸：
NO2+HNO3=HNO3·NO2④发烟硝酸解吸制N2O4：
HNO3·NO2=HNO3+NO2,2NO2=N2O4⑤N2O4和水加压氧化反应得到浓硝酸：
2N2O4+2H2O+O2=4HNO3.
二氧化硫催化氧化制硫酸
1原料的选择：
主要有硫磺，有色金属演练烟气，硫铁矿和石膏。
就世界范围而言，主要原料为硫磺。
2产品的选择:
硫酸纯品是一种无色透明的油状液体，工业品因含有杂质，呈淡黄色、黄色乃至棕色。
品种有ω（H2SO4）=75%~78%的稀硫酸，ω（H2SO4）=93%或98%（俗称93酸和98酸）的浓硫酸。
以及含游离SO3的体积分数ψ（SO3）=20%或65%（俗称105酸和115酸）的发烟硫酸。
3生产路线：
有3种方法：
塔式法、铅室法和接触法
塔式法和铅室法是古老的生产方法，在中间装填瓷圈的塔形结构的设备或中空的铅室中进行，所用催化剂是二氧化氮，此法制得的硫酸质量分数ω=65%~75%，仅用作生产肥料。
已经不再使用，
接触法：
现在基本已取代塔式法和铅室法，该法是将焙烧制得的SO2与固体催化剂接触，在焙烧炉气中剩余氧的参与下，SO2被氧化成SO3，后者与水作用可制得硫酸（ωH2SO4=98.5%），和发烟硫酸（含游离ψSO3=20%左右）。
4工艺路线:
接触法生产硫酸：
①焙烧矿石或硫磺SO2制备反应式：
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2（硫铁矿焙烧）S+O2=SO2↑（硫磺焙烧）②炉火精制目的是除去各种杂质，如三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢、矿尘、水蒸气和酸雾等。
其中三氧化二砷使钒催化剂中毒和催化剂中的钒逃逸，二氧化硒使钒催化剂中毒和使成品酸带色，氟化氢则会腐蚀设备。
③转化精制后的炉气，借助钒催化剂，利用炉气中剩余的氧气将二氧化硫氧化为三氧化硫，通常SO2的转化率可达99%以上。
④吸收用硫酸（ωHSO4=98.5%）吸收三氧化硫制得商品级浓硫酸或发烟硫酸。
炉气在不同温度下分段反应，先在410-430℃，利用起始SO2浓度较高、传质推动力较大这一优势，将75%的SO2转化为SO3，然后第二段，在450-490℃将SO3转化了提高到85-90%，第三段430℃将SO2转化率提高到97-98%。
进第一吸收塔，第四段410-435℃，转化率为99.5%，第二吸收塔，将SO3吸收。
5操作条件：
二氧化硫催化氧化的反应机理：
1钒催化剂上存在着活性中心，氧分子吸附在它上面后，O==O键遭到破坏甚至断裂，使氧分子变为活泼的氧原子，它比氧分子更易与SO2反应2SO2吸附在钒催化剂的活性中心，SO2中的S原子受活性中心的影响被极化。
因此很容易与原子氧结合在一起，在催化剂表面形成络合状态的中间物种。
3这一络合状态的中间物种，性质相当不稳定，经过内部的电子重排，生成了性质相对稳定的吸附态物。
催化剂·SO2·O→催化剂·SO34吸附态物种在催化剂表面解吸而进入气相。
FeS2→沸腾炉（焙烧）→废热锅炉（回收热量）→旋风除尘器（冷却炉气，脱固体颗粒）→冷却塔→洗涤塔（酸洗As、F、Se等杂志）→电除雾塔（脱酸）→干吸工艺→转化炉（除水）→吸收塔
氮加氢制合成氨
（1）化学反应式、反应原理——可逆放热反应，高压低温有利，考虑反应平衡反应速度，有一最佳反应温度；
氮化：
指氢气与化合物之间进行的化学反应
脱氢：
从化合物中出去氢原子的过程
氢的来源1水电解制氢2副产物氢气回收3由煤制氢气4由气态烃和轻油转化制氢（主要）
工艺条件选择：
1惰性气体含量上升平衡氨浓度下降转化率下降生产能力下降2催化剂：
铁系催化剂FeO.Fe2O3和适量的助催化剂Al2O3,K2O混合制备熔铁合成氨催化剂
1压力：
压力变大催化剂易碎增加流动阻力影响催化剂使用寿命
2温度：
要求随压力下降而下降
3空速：
与氨的体积分数存在对应关系
4气体组成：
保持惰性气体在合成器中含量
5入塔气体中氨含量：
氨的含量保持在一个适宜值
排放气体中氢回收技术1中空纤维膜分离2变压吸附3深冷分离
合成塔的比较：
轴向冷激式合成塔优点：
用冷激气调节反应，温度，操作方便，结构简单，简体上升级大孔装卸催化剂方便缺点：
瓶式结构虽有利于密封，但在焊接合成塔封头前必须将内件装妥径向冷激式合成塔与轴向冷激式合成塔比较优点：
气体呈径向流动流速低即可采用，小颗粒催化剂压力降任然小，因可以允许提高空速增加塔生产，压力降课采用离心式压缩机降低能耗，缺点要保证气体均匀流经催化剂床层不会偏流，不允许发生短路，因为对充分利用催化剂不利。
fi=yi*pifi—气体组分i的逸度yi—气体组分i的逸度系数
pi—气体组分i的分压
制硝酸3种方法：
直接法、间接法、超共沸精馏法
氨催化氧化反应机理：
1.铂催化剂吸附氧分子使共价键断列2铂吸附氨分子，氨与氧原子结合3电子重排生成NO和水4NO和水在铂催化剂表面脱附，进入气相中
原料氮气和氢气
工艺条件;1温度氨催化氧化温度控制在780-840，加压下为870-900
2压力压力过高，会加剧气体对柏网冲击，因此采用0.3—0.5MPa
3接触时间常压下接触时间以0.0001s左右。
加压下为0.000155s左右
4混合气组成y=n（o2）/（nh3）温度较高时，y取1.5-1.6。
若采用非柏催化剂，y取2以上
5爆炸及预防措施生产
2溶液吸收法：
碱液吸收法、亚硫酸溶液吸收法、延长吸收法、稀硝酸加钒盐吸收法、硝酸吸收法
3固体物质吸附法：
用分子筛、硅胶、活性炭及李子交换树脂等固体物质做吸附剂
电解
方法：
隔膜法，汞阴极法（质量好，能耗低，污染大），离子交换膜法（主要）
电解反应：
2NA++2Cl-+H2O=直流电2NaOH+H2↑+CL2↑
隔膜法：
电解槽（水平式，立式（广泛应用））
电解槽的结构和性能：
食盐水电解工艺中，利用电解槽内隔膜将阳极产物（Cl）和阴极产物（H2和NaOH）分开的电解生产工艺为隔膜电解法。
精盐水进入阳极室生产Cl2，Na+和剩余的NaCl溶液以一定流速（＞OH-向阳极的迁移速率）通过隔膜进入阴极室以保持阴极时的电中性，阴极室流出的是含NaOH和NaCl的稀碱液。
工艺流程：
盐水精制，电解，Cl2和H2处理，液氯，碱液蒸发和固碱制造
离子交换膜法：
工艺原理：
用离子交换膜代替隔膜法的石棉隔膜，其余一样。
有很好的选择性，只有一价阳离子（Na+，H3O+）能通过薄膜进入阴极室，在此放电产生H2和OH-，OH-不能通过薄膜进入阳极室，阳极室仅将Cl-还原为Cl2，Cl-和未分解的大部分NaCl不能通过薄膜进入阴极室，淡盐水由阳极室流出。
全氟磺酸膜。
若精制盐水中含有较多的多价阳离子（如Ca2+，Mg2+，Al3+，Fe3+等），由于它们很容易占有多个磺酸基团，增加了精制盐水中的Na+进行离子交换以及渗过膜微孔的难度
工艺流程：
一次盐水精制，二次盐水精制，电解，碱液蒸发
升级会员 