CN101343046B - 一种生产硫酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硫酸生产的新方法，属于化工生产节能技术领域。本发明具体的方法是先将SO3气体通入硫铁矿或硫磺中生成SO2气体，SO2气体通过二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池被氧化成SO3气体，生成的SO3气体部分重新通入硫铁矿或硫磺中继续反应生成SO2气体，部分通入稀硫酸中生成浓硫酸产品。本发明所涉及的二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的固体电解质为Ce0.8Sm0.2O1.9，NiO为电池的阳极，La0.7Sr0.3MnO3为电池的阴极，电池的工作温度为500-700℃。本发明的优异之处是将硫酸生产中的部分化学能转化为电能，并且使硫酸的生产过程在电池密闭系统内进行，不存在制酸尾气排放，实现硫酸生产、化学发电和环境保护三位一体的结合。
Description
技术领域：
本发明属于化工生产节能技术领域，具体涉及一种生产硫酸的方法及二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池在生产硫酸中的应用。
背景技术：
硫酸是一种用途极为广泛的化工产品。以硫铁矿或硫磺为原料生产硫酸的工艺是：首先焙烧硫铁矿(FeS2)或硫磺制备SO2，在425～600℃和钒催化剂条件下，用空气氧化SO2成SO3，再将SO3溶于稀硫酸生成浓硫酸产品。该生产工艺已经延续了上百年，但存在着二个缺陷，一是生产过程中大量的化学能转化成热量被释放，随后又需要消耗大量的冷却水来维持生产所需，虽然采用了余热锅炉回收能量，但回收效率很低；二是排出的制酸尾气成为大气二氧化硫污染源之一。
发明内容：
本发明提供一种生产硫酸的新方法，首先将SO3气体通入硫铁矿或硫磺中反应生成SO2气体。
2FeS2(g)+11SO3(g)＝Fe2O3(s)+15SO2(g) ΔrGm θ(298K)＝-167kJ/mol
ΔrHm θ(298K)＝-178kJ/mol
S(s)+2SO3(g)＝3SO2(g) ΔrGm θ(298K)＝-158kJ/mol
ΔrHm θ(298K)＝-99kJ/mol
上述反应能自发进行并放出大量的反应热，这些反应热可以维持所生成的SO2气体温度大于500℃，这些SO2气体引入二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池后可以保证电池系统温度大于500℃，不须另外加热即可维持电池所需的工作温度。SO2气体通过二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池被氧化成SO3气体，生成的SO3气体部分重新通入硫铁矿或硫磺中进行循环反应，部分SO3气体通入稀硫酸中生成浓硫酸产品，其中夹杂着未反应完全的SO2不溶于硫酸而逸出，返回电池阳极。
本发明所涉及的二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池具体制备方法参见专利“一种二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池制备方法”(专利申请号200810022243.X)。电池采用Ce0.8Sm0.2O1.9粉体压片，经1500℃焙烧为固体电解质基片，基片的一面涂敷NiO为电池的阳极，另一面涂敷La0.7Sr0.3MnO3为电池的阴极。涂敷后的片基经1400℃焙烧。
二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阴极的电极反应为：
O2(g)+4e＝2O2-
阴极反应生成的O2-通过固体电解质传递到阳极，电池阳极的电极反应为：
SO2(g)-2e+O2-＝SO3(g)
电池反应为：
SO2(g)+1/2O2(g)＝SO3(g) Eθ(298K)＝0.368V
二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极通入SO2，分压为30---120kPa，流速50-100cm3/min；电池阴极通入空气，流速200-500cm3/min；电池工作温度为500--700℃。
因此，本发明提供了一种生产硫酸的方法，其特征在于：将SO3气体通入硫铁矿或硫磺中发生反应生成SO2气体，SO2气体通入二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极，所述的二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池采用Ce0.8Sm0.2O1.9粉体压片，经1500℃焙烧为固体电解质基片，基片的一面涂敷NiO为电池的阳极，另一面涂敷La0.7Sr0.3MnO3为电池的阴极，涂敷后的基片经1400℃焙烧，电池的工作温度为500-700℃，电池阳极反应产物为SO3气体，生成的SO3气体65-73％重新通入硫铁矿或硫磺中继续反应生成SO2气体，生成的SO3气体27-35％通入稀硫酸中生成浓硫酸产品。
二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池内的反应在密闭系统内进行，不存在尾气排放，环保效果明显。二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池可作为生产硫酸的合成器，将硫酸的工业化生产、化学发电和环境保护三位一体的结合起来，节省了能源，大大降低了生产成本。
附图说明：
图1为二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池结构及生产硫酸工艺流程示意图
图中，1为电池阳极电极，2为固体电解质，3为电池阴极电极。
具体实施方式：
实施例1
先装配二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池，固体电解质采用Ce0.8Sm0.2O1.9粉体压片，经1500℃焙烧后，在固体电解质片基的一面上涂敷La0.7Sr0.3MnO3阴极浆料，另一面上涂敷NiO阳极浆料，涂敷后的片基经1400℃焙烧。采用片式固体氧化物燃料电池结构并组装成电池堆，阴、阳电极工作总面积各为1m2，DAD-87导电胶(上海合成树脂研究所提供)为密封材料。
抽空密封的硫铁矿料槽中空气，再通入SO3气体并加热到500℃，将生成的SO2气体引入到二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的阳极，分压为30-120kPa，流速50-100cm3/min。电池阴极通入空气，流速200-500cm3/min，电池通过加热使工作温度为500--700℃。将电池生成的SO3气体73％重新返回硫铁矿料槽中，此时无须辅助加热即可继续生成SO3气体，生成的SO2气体温度大于500℃，继续通入电池阳极，此时电池也无须辅助加热即可维持工作温度在500-700℃。电池生成的SO3气体27％通入10％硫酸水溶液中，24小时可生产98％浓硫酸约350kg，同时发电约45度。
实施例2
先装配二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池，固体电解质采用Ce0.8Sm0.2O1.9粉体压片，经1500℃焙烧后，在固体电解质片基的一面上涂敷La0.7Sr0.3MnO3阴极浆料，另一面上涂敷NiO阳极浆料，涂敷后的片基经1400℃焙烧。采用片式固体氧化物燃料电池结构并组装成电池堆，阴、阳电极工作总面积各为3m2，DAD-87导电胶(上海合成树脂研究所提供)为密封材料。
抽空密封的硫磺料槽中空气，再通入SO3气体并加热到500℃，将生成的SO2气体引入到二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的阳极，分压为30-120kPa，流速50-100cm3/min。电池阴极通入空气，流速200-500cm3/min，电池通过加热使工作温度为500--700℃。将电池生成的SO3气体65％重新返回硫磺料槽中，此时无须辅助加热即可继续生成SO3气体，生成的SO2气体温度大于500℃，继续通入电池阳极，此时电池也无须辅助加热即可维持工作温度在500-700℃。电池生成的SO3气体35％通入10％硫酸水溶液中，24小时可生产98％浓硫酸约1300kg，同时发电约130度。
Claims (1)
1.一种生产硫酸的方法，其特征在于：将SO3气体通入硫铁矿或硫磺中发生反应生成SO2气体，SO2气体通入二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极，所述的二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池采用Ce0.8Sm0.2O1.9粉体压片，经1500℃焙烧为固体电解质基片，基片的一面涂敷NiO为电池的阳极，另一面涂敷La0.7Sr0.3MnO3为电池的阴极，涂敷后的基片经1400℃焙烧，电池的工作温度为500-700℃，电池阳极反应产物为SO3气体，生成的SO3气体65-73％重新通入硫铁矿或硫磺中继续反应生成SO2气体，生成的SO3气体27-35％通入稀硫酸中生成浓硫酸产品。
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