접촉공정
Contact process접촉 공정은 산업 공정에 필요한 고농도 황산을 생산하는 현재의 방법이다. 백금은 원래 이 반응의 촉매로 사용되었지만, 황 공급 원료의 비소 불순물과 반응하기 쉬우므로 바나듐(V)산화물(VO25)이 현재 선호되고 있다.[1]
역사
이 과정은 1831년 영국의 식초 상인 페레그린 필립스에 의해 특허를 받았다.[2][3][4] 접촉 공정은 이전의 납실 공정보다 농축 황산을 생산하는 데 훨씬 더 경제적일 뿐만 아니라 삼산화황과 오일을 생산하기도 한다.
1901년 유겐 드 하엔은 바나듐 산화물이 존재하는 곳에서 이산화황과 산소를 결합하여 삼산화황을 생산하여 물에 쉽게 흡수되어 황산을 생성하는 기본 공정에 특허를 얻었다.[5] 이 과정은 1914년 BASF의 두 화학자가 발견한 촉매의 입자 크기(예: :le 5000 미크론)를 축소함으로써 현저하게 개선되었다.[6][7][8]
과정
이 과정은 네 단계로 나눌 수 있다.
- 황과 산소(O2)를 혼합하여 아황산가스를 형성한 다음, 정화 단위로 아황산가스를 정화한다.
- 450 °C 및 1-2 atm에서 오산화촉매 바나듐이 존재하는 상태에서 이산화황에 산소를 과다하게 첨가함
- 삼산화황은 황산에 첨가되어 오일을 발생시킨다.
- 그리고 나서 이 석유는 물에 첨가되어 매우 농축된 황산을 형성한다. 이 과정은 발열반응이기 때문에 반응온도는 최대한 낮아야 한다.
촉매 중독(즉, 촉매 작용 제거)을 피하기 위해 공기와 이산화황(SO2)의 정화가 필요하다. 그리고 나서 가스는 물로 씻기고 황산으로 말린다.
에너지를 절약하기 위해 혼합물은 열 교환기에 의해 촉매변환기의 배기 가스에 의해 가열된다.
그러면 이산화황과 이산화황은 다음과 같이 반응한다.
- 2 SO2(g) + O2(g) ⇌ 2 SO3(g) : ΔH = -197 kJ·몰−1
르 샤틀리에의 원리에 따르면, 화학 평형을 오른쪽으로 이동시키기 위해 낮은 온도를 사용해야 하며, 따라서 수율을 증가시켜야 한다. 그러나 온도가 너무 낮으면 형성률이 비경제적 수준으로 낮아진다. 따라서 반응률을 높이기 위해 고온(450 °C), 중압(1-2 atm), 바나듐(V)산화물(VO25)을 사용하여 적절한 (>95%) 변환을 보장한다. 촉매는 열역학적 평형의 위치를 바꾸지 않기 때문에 반응속도를 높이는 역할만 한다. 촉매 작용을 위한 메커니즘은 두 단계로 구성된다.
- V에5+ 의한 SO에서2 SO로의3 산화:
- 2SO2 + 4V5+ + 2O2− → 2SO3 + 4V4+
- 다이옥시겐에 의해 V로 다시 산화(촉매4+5+ 재생):
- 4V4+ + O2 → 4V5+ + 2O2−
삼산화황 열은 열교환기를 통과하며 흡수탑의 농축 HSO에24 용해되어 오일을 형성한다.
- H2SO4 (l) + SO3 (g) → H2S2O7 (l)
SO를3 물에 직접 용해하는 것은 반응의 발열성이 높기 때문에 비현실적이라는 점에 유의한다. 액체 대신 산성 증기나 연무가 형성된다.
Oille은 물과 반응하여 집중 HSO를24 형성한다.
- H2S2O7 (l) + H2O (l) → 2 H2SO4 (l)
정화 단위
여기에는 분진탑, 냉각관, 스크러버, 건조탑, 비소청정기, 시험함 등이 포함된다. 이산화황은 증기, 먼지 입자, 산화비소와 같은 불순물이 많다. 따라서 촉매 중독(즉, 촉매 활성도 파괴 및 효율 손실)을 방지하기 위해 정화해야 한다. 이 과정에서 가스는 물로 씻겨지고, 황산에 의해 건조된다. 먼지떨이탑에서 이산화황은 먼지입자를 제거하는 증기에 노출된다. 가스가 냉각된 후 이산화황은 물로 분사되는 세척탑으로 들어가 용해성 불순물을 제거한다. 건조탑에서는 황산을 가스에 뿌려 그 가스의 수분을 제거한다. 마지막으로, 산화비소는 가스가 철릭 수산화물에 노출되면 제거된다.
이중 접촉 이중 흡수
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접촉 프로세스의 다음 단계는 이중 접촉 이중 흡수(DCDA)이다. 이 과정에서 제품 가스(SO2)와 (SO3)는 흡수탑을 두 번 통과하여 SO를2 SO로3 추가 흡수 및 변환하고 고등급 황산을 생산한다.
SO가 풍부한2 기체는 촉매변환기(대개 촉매침대가 여러 개 있는 주탑)로 들어가3 SO로 전환돼 전환 1단계를 달성한다. 이 단계로부터의 출구 가스는 황산이 포장된 기둥으로 흘러내리는 중간 흡수탑을 통과하는 SO와2 SO를3 모두 포함하고 있으며 SO는3 물과 반응하여 황산 농도를 증가시킨다. SO도2 탑을 통과하지만, 비활성이고 흡수탑에서 나온다.
가스의 이 개울 SO2를 포함한 필요한 냉각 후 촉매 변환 장치 침대 칼럼을 통하여 다시 SO2의 SO3에 98%의 전환 및 가스들은 다시 최종 흡수 칼럼 SO2을 높은 전환 효율, 하지만 또한 더 높은 집중력의 가능하게 생산 달성을 통해 이동한다를 달성하기 위해 전달됩니다.sulf요산
황산의 산업 생산은 변환 효율과 흡수가 모두 이것들에 의존하기 때문에 가스의 온도와 유량에 대한 적절한 제어를 포함한다.
참고 항목
메모들
- ^ "History". Ravensdown. Archived from the original on May 23, 2010. Retrieved March 1, 2010.
- ^ McDonald, Donald; Hunt, Leslie B. (January 1982). A History of Platinum and its Allied Metals. ISBN 9780905118833.
- ^ 영국 6093년, Peregrine Phillips Junior, 1831년 발행된 "황산 제조"
- ^ Anderson, John R.; Boudart, Michel (2012-12-06). Catalysis: Science and Technology. ISBN 9783642932786.
- ^ US 687834, Carl Johann Eugen de Haen, "황산 무수화물 제조 방법" 1921-05-8을 발행했다.
- ^ US 1371004, Franz Slama & Hans Wolf, "유황 이산화물 산소와 그에 따른 촉매"는 General Chemical Company에 할당된 1921-05-8을 발행했다.
- ^ Anderson, John R.; Boudart, Michel (2012-12-06). Catalysis: Science and Technology. ISBN 9783642932786.
- ^ Industrial Chemistry. 1991. ISBN 9788187224990.
참조
- 특허 발명의 레퍼토리, 72번(1831년 4월), 248페이지.
- (아논).(1832년) "영어특허: Sulfuric Acid 제조의 개선을 위해 식초 메이커의 Somersetshire 카운티의 Bristol의 Peregrine Phillips Jr.에게 부여된 특허의 사양. 1831년 3월 21일자." 프랭클린 연구소의 저널, 새 시리즈 9권 180-182쪽
- 어니스트 쿡(1926년 3월 20일) "황산 접촉 과정의 발명가 페레그린 필립스," 네이처, 117 (2942) : 419–421.
- Lunge, Sulfuric Acident 및 Alkali 제조에 관한 이론 및 실무적 고찰(Secondary Stranges, 3번째 Edition, vol. 1, 2부(London: 영국: Gurney and Jackson, 1903), 975페이지
외부 링크
- Jim Clark (2002). "The Contact Process". Chemguide.
- "The Contact Process". City Collegiate. 2009.
- "Absorption Tower". Mining Encyclopedia.
