Способ получения серной кислоты и водорода

Способ получения серной кислоты и водорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ВОДОРОДА путем электролиза водного раствора электролита, содержащего 0,5-2 М серной кислоты, 0-, 1-0,25 М иодистоводородной кислоты и иод, с подачей на анод сернистого газа, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии , электролиз ведут в беэдиафрагменном электролизере при концентрации иода в электролите IlO - 510 М, и сернистый газ подают в количестве,эквивалентном количеству образующегося иода. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

II5I

РЕСПУБЛИК

ИВ П1)

SU, 22 С 2 В 1 02

3(59 С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ (21) 3497211/23-26 (22) 12.10.82 (46) 23.08. 84. Бюл. У 31 (72) З.M.Алиев, Б.И.Ихласова и В.;А.Смирнов (715 Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621.38(088.8) (56) 1. Патент США У 3826163, кл. 204-130, опублик. 1974.

2. Патент Великобритании

Р 1510234, кл. С 25 В 1/22,опублик.

1979. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ

КИСЛОТЫ И ВОДОРОДА путем электролиза водного раствора электролита, содержащего 0,5-2 M серной кислоты, 0.,1-0,25 М иодистоводородной кислоты и иод, с подачей на анод сернистого газа, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии, электролиз ведут в беэдиафрагменном электролизере при концентрации иода в электролите

-т

1 10 — 5 1О М, и сернистый газ подают в количестве, эквивалентном количеству образующегося иода.

Изобретение относится к технологии злектрохимических производств, в частности к способам получения кислот, Известен способ получения водороца и серной кислоты путем электролиза подкисленных растворов электролита в электролизере с диафрагмой или ионитовой мембраной. В процессе электролиза на анод подается сернистый газ и в анодном пространстве электролиэера происходит концентрирование серной кислоты, На катоде вьделяется водород Г1!.

Недостатками данного способа явля- 15 ются сложность конструкции электролизера и повьппенный расход электроэнергии из-за необходимости разделения анодного и катодного пространств газонепроницаемой мембраной для прец- - о

3. о твращения катодного восстановления сернистого газа.

Известен также способ получения серной кислоты и водорода путем электролиза водного раствора электро- - лита содержащего 0 5-2 М серной кислоты, 0,1-0,25 M иоцистоводородо ной кислоты и иода, при 20-60 С с подачей на анод сернистого -а"à (2) .

Недостатком известного способа 30 является высокий расход электроэнергии.

Целью изобретения является снижение расхода электроэнергии.

Поставленная цель достигается

35 тем, что согласно способу получения серной кислоты и водорода путем электролиза водного раствора электролита, содержащего 0,5-2 М серной

40 кислоты, 0,1-0,25 М иодистоводородной кислоты и иода, при 20-60, плотности тока 400-2000 A/M с подачей на анод сернистого газа., электролиз ведут в бездиафрагменном электролизере при концентрации иода

-1 в электролите 1 10 — 5 ° 10 . и сер— нистый газ подают в количестве. эквивалентном количеству образующегося иода, Наличие растворенного иода в интервале укаэанных концент1эаций в течение всего времени проведения электролиза предотвращает электрохимическое восстановление сернистого газа и отравление катодного материала вьделивпэейся серой при близком расположении = ëåê тродов (до 1 — 2 см), а доля тока, идущего на восстановление иода, при таких его концентрациях ничтожно нала(1-2Х). В результате осуществления предлагаемого способа на катоде с высокими выходами по току получают водород, а в электролите концентрируют серную кислоту окислением сернистого газа иодом, причем достигается полная конверсия сернистого газа.

Пример 1. Электролизу подвергают водный раствор электролита состава: 2 М серной кислоты; 0,14 М иодистоводородной кислоты и 1 10 М иода и подают на анод из ОРТА сернистый газ в количест е, эквивалентом образующемуся при электролизе иоцу.

Процесс протекает при анодной плотности тока 400 А/м, катодной плот— ности тока 2000 А/м2, температуре

50 С. Напряжение 1,! В. Выход по току серной кислоты 96Х, водорода

98Х.

Пример 2. Электролизу подвергают электролит 2 М по серной кислоте, 0,25 М по иодистоводородиой

-т кислоте и 5 10 M по иоду и подают сернистый газ на газодиффузионный электрод с рабочим слоем из активированного угля с дисперсным платиновым :,àòàëèçÿòîðoì. Катод-платина, покрытая платиновой чернью. Анодная плотность тока 2000 А/м, температу2 ра 40 С. Напряжение 1,7 В. Выход

О по току водорода 987., серной кислоты — 987.

Пример 3. Электролизу подвергают электролит 2 М по серной кислоте, 0,25 М по иодистоводородной кислоте и 5 10 M по иоду и подают сернистый газ на гаэодиффузионный электрод с дисперсным платиновым катализатором. Катод-платина, покрытая платиновой чернью. Анодная плотность тока 100 А/м2, температура 40 Ъ, напряжение на электролизе 1,38 В.

Выход по току водорода 987..

П р им е р 4. Электролиз проводят аналогично примеру 3 с той разницей, что плотность тока равна 2500 А/м

Напряжение 2,? В. Выход по току водорода 98Х, серной кислоты 877.

П р и и е р 5. Электролиз провопят аналогично примеру 1 с той разницей, что электролит содержит 0,3 М серной кислоты. Напряжение на электролизере 1,4 В. Выход по току серной кислоты 917.

Пример 6. Электро.из проводят аналогично примеру ) с г",сй разницей

) 109479

Тираж 633 Подписное

ВИИИПИ Заказ 6012/21

Филиал ППП "Патеит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 что электролит содержит 4 М серной кислоты. Напряжение на электролизере

1,3 В. Выход по току серной кислоты

90Х.

Пример 7. Электролиз проводят аналогично примеру 2 с той разницей, что электролит содержит

0,05 M Н 3 . Напряжение на электролизере 1,85 В, выход по току серной кислоты 947.

Увеличение концентрации Н7 больше, чем 0,25 М, не дает существенного улучшения характеристик анодного процесса, зато приводит к дополнительным затратам при разделении конечных продуктов.

H p и м е р 8. Электролиз .:едут аналогично примеру 3 с той ра ницей, что электролит содержит !,10 М иода.

Напряжение на электролизере 1,4 В.

Выход по току водорода 947.

Пример 9. Электролиз ведут аналогично примеру 1, но при 10 С. о

Напряжение на электролизере 1,6 В.

Необходимость проведения процесса в предлагаемом интервале параметров обусловлена тем, что при проведении процесса вне этого интервала снижается выход целевого продукта по току и/или увеличивается напряжение на электролизере, что ведет к повышению расхода электроэнергии. Так при проведении процесса с анодными плотностями тока выше указанной верхней границы(см.пример

4) наблюдается снижение выхода по току серной кислоты и увеличение напряжения на электролизере по сравнению с процессом, проводимым при прочих равных условиях с плотностью тока в предлагаемом интервале

1см.пример 3) . При проведении процесса с плотностями тока ниже указанной нижней границы снижается производительность электролизера, что нежелательно.

Выбор интервала концентраций серной кислоты обусловлен тем, что при проведении процесса при концентрации серной кислоты как ниже предлагаемого(пример 5), так и выше приводит к снижению выхода по току серной кислоты.

Выбор интервала концентрации иодистонодородной кисло гы обусловлен тем, что проведение процесса при концентрации иодистоводородной кислоты ниже предлагаемого интервала при— водит к увеличению напряжения на электролизере (пример 7) . Унеличение концентрации иодистоводородной кислоты выше 0,25 М не дает, существенного улучшения характеристик анодного процесса, приводит к дополнительным затратам при разделении конечных продуктов. Выбор интервала концентраций свободного иода обусловлен тем, что проведение процесса при концентрации иода выше предлагаемого интернала приводит к снижению выхода по току водорода(пример 8).

Выбор нижнего предела концентрации свободного иода обуслонлен тем, что при меньшей концентрации свободного иода затруднен контроль процесса и усложняется подача сернистого газа.

Выбранный температурный режим обусловлен тем, что при более низких температурах уменьшается скорость процесса, увеличивается напряжение на электролизере(пример 9). При проведении процесса при температуре выше ЬО уменьшается растворимость сернистого газа в электролите и увеличивается испарение иода и электролита, что нежелательно.

Проведение процесса в предлагаемом интервале плотностей тока обусловлено тем, что проведение процесса при плотности тока выше 2000 А/м приводит к снижению выхода по току серной кислоты, росту напряжения(пример 4) .

Проведение процесса при плотности тока менее 400 А/м не приводит к увеличению выхода по току конечных продуктов, а снижает производительность аппарата.

Применение предложенного способа позволяет снизить расход электро— энергии за счет снижения напряжения на электролизере, причем в зависимости от типа используемой в нем мембраны напряжение снижается на

0,2 — 0,5 В при плотности тока

2000 A/м .