CN102448876B - 浓缩稀硫酸的方法和浓缩稀硫酸的设备 - Google Patents
浓缩稀硫酸的方法和浓缩稀硫酸的设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102448876B CN102448876B CN201080022839.5A CN201080022839A CN102448876B CN 102448876 B CN102448876 B CN 102448876B CN 201080022839 A CN201080022839 A CN 201080022839A CN 102448876 B CN102448876 B CN 102448876B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyzer
- sulfuric acid
- anode side
- film
- equipment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
- C01B17/88—Concentration of sulfuric acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/22—Inorganic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明涉及一种对稀硫酸进行浓缩的方法。具体地,本发明涉及使用至少两个电解池对硫酸进行浓缩的方法。本发明还涉及对硫酸进行浓缩的设备,所述设备至少包含第一电解池和第二电解池。
Description
技术领域
本发明涉及对稀硫酸进行浓缩的方法。具体地,本发明涉及在对硫酸进行浓缩中使用电解池的方法。本发明还涉及对稀硫酸进行浓缩的设备。
发明背景
当在工业上制造硫酸时,通常由二氧化硫来制备,所述二氧化硫例如根据下列化学方程式(1)由硫的燃烧工艺得到:
S(s)+O2(g)→SO2(g)(1)
在冶金工业中,在煅烧和熔炼工艺中形成大量二氧化硫,即废气含有大量二氧化硫。已经在冶金装置周围建造了硫酸生产装置,这主要是基于环境原因,因为必须将二氧化硫从废气中除去。越来越多地使用在这些类型的装置中制造的硫酸来代替由硫化铁(黄铁矿)制备的常规酸。
大部分浓硫酸是以所谓的接触法制造的。所述接触法基本包括两个分开的步骤:
—将SO2催化气体催化转化为SO3,将其称作接触,和
—将SO3吸收入硫酸溶液中,将其称作吸收。
能够将这些步骤重复几次,且得到的最终产物为工业浓硫酸。
在接触步骤中,根据如下化学方程式(2),在氧气和催化剂(例如钒(V)的氧化物)存在下将得自硫的燃烧或得自一些其他来源的二氧化硫氧化成三氧化硫,其后将三氧化硫吸收入硫酸中。
SO2(g)+1/2O2(g)→SO3(g)(催化剂V2O5)(2)
根据如下化学方程式(3),将三氧化硫与硫酸中含有的水或添加至硫酸中的水反应,从而形成更多硫酸。
SO3(g)+H2O(l)→H2SO4(l)(3)
将三氧化硫(SO3)直接添加至水或稀硫酸中在实际上是不合理的,因为反应高度放热并易于形成腐蚀性硫酸雾而不是液体。因此,在98wt%(18M)的硫酸中吸收三氧化硫。这是共沸含量,其中二氧化硫、硫酸和水蒸气的分压最小。通过蒸发水,不能将硫酸浓缩至98wt%以上,因为在共沸点之后,会将比水更多的硫酸从混合物中转移至汽相中。
在使用硫酸的化学工业的许多工艺中,形成大量稀释的废酸且它们含有不同量的多种有机和无机杂质。不纯硫酸的一种形式是洗涤酸,当在将得自冶金工艺的含有二氧化硫的气体用于制造硫酸之前对其进行洗涤时形成所述洗涤酸。
当需要时,能够对废酸进行再生。在再生工艺中,将废酸中含有的杂质除去并将水从稀硫酸中除去,直至产物与浓硫酸相对应。废酸的再生还要求其发生分解。在所述情况中,浓缩至合适含量的不纯酸发生热分解。对形成的二氧化硫气体进行洗涤并在接触工艺中将其用于制造硫酸。
根据废酸中含有的杂质的数量和品质,能够应用几种替代的再生方法。另外,基于其中含有的杂质之外的其他原因,硫酸还能够浓缩并分解。在所述情况中,可使用与不纯酸相同的方法。根据条件,可使用多种浓缩方法。下面提供了不同浓缩方法的实例。
例如利用真空蒸发、文氏管蒸发和沉浸燃烧器蒸发能够得到相对稀的硫酸,70~75%。在真空蒸发中,将稀酸在真空中沸腾,使得随着水的蒸发对酸进行浓缩。文氏管蒸发的最明显特征在于,在大气压下、但在明显低于酸的沸点的温度下从稀硫酸中蒸发水。在文氏管系统中,将从硫酸溶液中除去的水转移至旁路气体流股中,其携带水蒸气离开。当酸含有大量盐作为杂质时,有时使用沉浸燃烧器蒸发对硫酸进行浓缩。在这种方法中,使用液态或气态燃料以及燃烧器来开发热的烟道气。通过沉浸管将具有1500~1600℃温度的这些烟道气导入酸中。在燃烧气体中吸收水蒸气,并同时利用绝热蒸发对其进行冷却。
当将硫酸浓缩至93~98%的含量时,能够使用直接或间接加热;后者可以在常压和低压两种压力下进行。特别地,在爆炸行业中,使用转鼓蒸发器对废酸进行浓缩。所述方法与用于更稀酸的沉浸燃烧器蒸发类似。通过沉浸管将得自燃油或燃气燃烧的烟道气导入待浓缩的酸中,通过几个容器以相对于气体逆流的方式进行。通过对烟道气进行间接加热在常压下将硫酸浓缩至95~98%。在Paulig-Plinke型加热器的顶部,布置由铁和硅的合金制成的塔式蒸馏器。将硫酸(约70%)从顶部供应至塔中,其以相对于烟雾逆流的方式在管道中向下流动。将所述酸浓缩至82~85%。能够将原理与70~75%的酸的蒸发工艺相比较。由于需要高温,所以能耗高且其不能应用多效原理,所述多效原理可节省热能并由此降低能耗。当将硫酸浓缩至93~98%的含量时,形成含有大量气态硫酸的烟雾。在不进行净化的条件下不能将这些烟雾释放至大气中,净化意味着利用合适的洗涤系统将蒸发的硫酸与从系统中除去的水蒸气分离。
硫酸的蒸发因为几个原因而成为棘手的工艺。在所有上述方法中的缺点是由对硫酸进行加热所造成的腐蚀问题。在加热时在管线中易于形成高度腐蚀性的硫酸雾。另外,在浓缩工艺中使用真空和高温需要大量能量。
在用于生产氢气的某些热化学循环中,作为中间产物形成硫酸。在这些方法中,硫酸发生分解,即分解是循环的一部分且使氢气的生产成为可能。存在几种热化学循环,其中例如已经对如下四种循环进行了广泛研究:混杂物-硫循环、硫-碘循环、IspraMark13混杂循环和UT-3循环。
例如以由威斯汀豪斯电气公司(WestingHouseElectricCorporation)开发的循环对硫进行循环,将所述循环称作混杂物-硫循环(HyS-工艺)。例如在美国专利4412895中对混杂物-硫循环进行了描述。在循环中的主要反应为:
H2SO4→H2O+SO2+1/2O2(4)
SO2+2H2O→H2SO4+H2(5)
另外,在硫-碘循环中将硫进行循环。这种循环由三个反应构成,其中净反应物为水,且净产物为氢气和氧气。对硫和碘进行回收并重新使用。
H2SO4→H2O+SO2+1/2O2(6)
I2+SO2+2H2O→2HI+H2SO4(7)
2HI→I2+H2(8)
主要为了在不循环的条件下利用核能并利用SO2而开发了上述热化学循环且在上下文中未对硫酸的分解进行讨论。Staser等人在其文章(Staser&Weidner,J.Electrochem.Soc.156(1)B16-B21,2009)中对水的通过对于在电池中生产氢气和硫酸的影响进行了描述。在所述出版物中的所述方法中,将干燥的二氧化硫气体供应至电池的阳极侧并仅就水的控制对所述方法进行了讨论。所述出版物不含有在电解池中浓缩硫酸的任何内容。
在本申请人更早的专利公布WO2008087252中,对制造氢气和硫酸的方法进行了描述。在这种总体方法中,已经提出了在氢气的生产中利用电化学电池的方法以作为一种替代方案。所述方法包括将二氧化硫气体流股分为两个分开的子流股的步骤,其中引导第一子流股至水的分解工艺并引导第二子流股至将二氧化硫氧化成三氧化硫的氧化工艺。在生产氢气和硫酸的部分热化学循环中实现了水的分解,一种建议的实施方案为在电解池中对水进行电分解。所述方法仅利用一个电池来制造氢气和硫酸,且所形成的硫酸为稀硫酸。所述方法不利用或未描述使用电解池来浓缩硫酸;相反,关于制造工业强硫酸,所述方法使用常规蒸发步骤,其中对水进行蒸发并其后在三氧化硫吸收工艺中对部分浓缩的硫酸进一步浓缩。
公布JP8071365公开了一种方法,其中使用氧化还原系统将在废气中存在的硫的氧化物中的硫除去并用于制造作为副产物的硫酸和氢气。使废气与含有溶解在水中的碘的二氧化硫吸收溶液接触。该溶液形成两层,其中轻相含有硫酸且重相含有碘化氢。将碘化氢电解以生成氢气和碘。将分离出的碘再次用于吸收二氧化硫气体。所述方法为硫酸不分解的硫-碘法的改进。该方法生产氢气和硫酸。然而,在轻相中每摩尔硫酸对应存在5摩尔水,这意味着酸是稀酸,不是工业产物。所述专利未明确如何实施酸的浓缩。
发明概述
由此,本发明的目的是提供一种方法,利用所述方法能够解决或至少基本上减少上述问题。具体地,本发明的目的是提供不需要在高温下或在真空中实施浓缩步骤而对稀硫酸进行浓缩的方法和设备。通过具有独立的权利要求中所述的特征的方法和设备可实现本发明的目的。在附属权利要求书中对本发明的优选实施方案进行了描述。
由此,本发明涉及对稀硫酸进行浓缩的方法。在根据本发明的方法中,利用至少两个电解池实施硫酸的浓缩。本发明是以以下观察为基础的:在硫酸的浓缩中能够利用在电池的阳离子传导膜中发生的电渗透水曳效应。所述水曳效应是指,典型地将1~4个水分子随同一个质子(H+)从电池的阳极侧转移至产生氢气的阴极侧。
除了所述方法,本发明还涉及用于对稀硫酸进行浓缩的设备,所述设备至少包含第一电解池(1)和第二电解池(2)。由此,所述设备配有用于接收稀硫酸并用于生产浓硫酸的第一电解池(1)。而且,所述设备至少配有用于从所述第一电解池(1)中接收在所述第一电解池(1)中浓缩的硫酸并对在所述第一电解池(1)中浓缩的硫酸进一步浓缩的第二电解池(2)。
附图简述
下面参考附图,对本发明进行更详细地描述,其中
图1是显示适用于所述方法的设备的流程图,所述设备包含两个电解池;
图2是显示适用于所述方法的设备的流程图,所述设备包含两个电解池;
图3是显示适用于所述方法的设备的流程图,所述设备包含四个电解池;
图4是显示适用于所述方法的设备的流程图,所述设备包含五个电解池;
图5是显示适用于所述方法的电解池的图;以及
图6是显示应用根据本发明的方法的方法概念的图。
发明详述
本发明涉及对稀硫酸进行浓缩的方法,其中利用至少两个电解池对硫酸进行浓缩。在本发明的一个实施方案中,利用至少三个电解池对硫酸进行浓缩。本发明还包含利用至少四个或至少五个电解池对硫酸进行浓缩的实施方案。
在本发明的优选实施方案中,电解池为利用二氧化硫去极化的电解池。在本发明的优选实施方案中,利用以级联模式安装的并利用二氧化硫去极化的电解池对硫酸进行浓缩,在所述情况中,在级联中,以连续2~11个电解池、有利地以2~5个电解池的方式进行安装。
在本申请中,术语“稀硫酸”是指水和硫酸的混合物,其中硫酸的含量为78wt%以下。概念“相对稀的硫酸”也包含在稀硫酸的定义中。浓硫酸是指水和硫酸的混合物,其中硫酸的含量超过78wt%。术语“工业强硫酸”是指具有大于98wt%的含量的硫酸。
将稀硫酸和二氧化硫供应至第一电解池的阳极侧并在该阳极侧上发生如下反应:
SO2(水溶液)+2(1+x)H2O→H2SO4(水溶液)+2(H2O)xH+(水溶液)+2e-(9)
其中x=1~4。
氢离子(质子)H+不能原样存在于在水周围,而水分子聚集在其周围,使得形成复合离子例如(H2O)xH+(溶液),其中x=1~4。形成的复合离子通过电解池的膜而到达阴极侧,并在阴极处发生如下反应:
2(H2O)xH+(水溶液)+2e-→H2(g)+2xH2O(10)
其中x=1~4。
例如,在本发明的一个实施方案中,各个氢离子根据如下化学方程式携带三个水分子(x=3):
SO2(水溶液)+8H2O→H2SO4(水溶液)+2(H2O)3H+(水溶液)+2e-
根据实例的复合离子通过电解池的膜而到达阴极侧并在阴极处发生如下反应:
2(H2O)3H+(水溶液)+2e-→H2(g)+6H2O
将得自第一电解池的阳极侧的硫酸和水的浓缩混合物与未反应的和/或添加的二氧化硫一起供应至第二电解池的阳极侧,其后在所述第二电解池中发生所述反应(9)和(10)。对来自所述电解池的阳极侧的作为反应产物而形成的进一步浓缩的硫酸进行回收并将其供应至后续的电解池的阳极侧。
在电解池中所使用的将阴极侧和阳极侧分开的阳离子传导膜为功能性地固定的(functionallyfixed)电解质。所述膜充当绝缘体,尤其是充当电绝缘体并充当质子导体,并防止气体从所述膜的一侧流向另一侧。在本发明的优选实施方案中,所使用的膜包含磺酸膜,例如商标为Nafion的膜。
在本发明的一个实施方案中,供应至第一电解池的阳极侧的硫酸的浓度为78wt%以下,优选1~25wt%。在本发明的一个实施方案中,供应至第一电解池的阴极侧的硫酸的浓度为78wt%以下,优选1~35wt%。
在本发明的一个实施方案中,在10~120℃、优选在20~100℃、例如在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃的温度下对硫酸进行浓缩,在所述情况中温度波动能够为±5℃。在实施方案中,在0.5~7巴、例如在1巴、2巴、3巴、4巴、5巴或在6巴的绝对压力下对硫酸进行浓缩,在所述情况中压力波动能够为±0.5巴;有利地,在1~5巴的压力下,优选在1~3巴的压力下对硫酸进行浓缩。
在本发明的优选实施方案中,回收浓硫酸并导向硫酸装置。
除了上述方法,本发明还涉及对稀硫酸进行浓缩的设备,所述设备至少包含第一电解池(1)和第二电解池(2)。由此,所述设备配备有用于接收稀硫酸并用于生产浓硫酸的第一电解池(1)。而且,所述设备还至少包含用于从所述第一电解池(1)中接收在所述第一电解池(1)中浓缩的硫酸并对在所述第一电解池(1)中浓缩的硫酸进一步浓缩的第二电解池(2)。
在本发明的优选实施方案中,所述第一电解池(1)和/或所述第二电解池(2)包含由二氧化硫去极化的电解池。在实施方案中,所述设备包含以堆叠模式安装并利用二氧化硫去极化的总共2~5个电解池。
在本发明的优选实施方案中,第一电解池(1)包含阳极侧(1B)和阴极侧(1E),且所述第二电解池(2)包含阳极侧(2B)和阴极侧(2E)。另外,为了在阳极侧(1B)上产生如下反应,所述设备包含用于向包含膜(1D)的第一电解池(1)的阳极侧(1B)供应稀硫酸和二氧化硫的第一套进料元件(1A):
SO2(水溶液)+2(1+x)H2O→H2SO4(水溶液)+2(H2O)xH+(水溶液)+2e-(9)
其中x=1~4。
在所述情况中,所形成的复合离子通过所述电解池的膜(1D)而到达阴极侧(1E),并在阴极处发生如下反应:
2(H2O)xH+(水溶液)+2e-→H2(g)+2xH2O(10)
其中x=1~4。
所述设备还包含用于将得自第一电解池(1)的阳极侧(1B)的硫酸和水的浓缩混合物、以及未反应的和/或添加的二氧化硫一起供应至第二电解池(2)的阳极侧(2B)的第二套进料元件(1C)。在第二电解池(2)中也安排发生上述反应(9)和(10)。所述设备还包含第三套进料元件(2C),其用于将来自第二电解池(2)的阳极侧的作为反应产物而形成的所述进一步浓缩的硫酸供应至回收装置(6)或另外供应至属于所述浓缩设备的第三电解池(3)的阳极侧。
在本发明的优选实施方案中,第一电解池(1)中的膜(1D)和/或第二电解池(2)中的膜(2D)为将阳极侧(1B/2B)和阴极侧(1E/2E)隔开的阳离子传导性的功能性地固定的电解质。安排其充当绝缘体,尤其是充当电绝缘体和充当质子导体,并防止气体从所述膜的一侧流向另一侧。在本发明的优选实施方案中,所述膜包含磺酸膜,例如商标为Nafion的膜。
在本发明的优选实施方案中,所述设备包含用于向得自第一电解池(1)的阳极侧(1B)的硫酸和水的浓缩混合物中添加二氧化硫的装置(1I),将所述混合物与未反应的和/或添加的二氧化硫一起供应至第二电解池(2)的阳极侧(2B)。
在本发明的优选实施方案中,所述设备包含用于从电解池的阴极侧除去氢气的装置、以及回收氢气的装置。而且,所述浓缩设备能够包括将阴极电解液从一个电解池的阴极侧循环至第二电解池的阴极侧的装置、和/或将最后一个电解池的阴极电解液循环至第一电解池的阳极侧的装置。能够以相对于所述阳极侧流股来说并流和逆流两种方式对阴极电解液进行循环,有利地,以逆流方式循环所述阴极电解液。所述设备能够包含例如三个电解池,依次将其标号为电解池1、电解池2和电解池3,在所述情况,在阳极侧的流股从电解池1流向电解池2并进一步流向电解池3。在将阴极电解液以逆流的方式进行循环的情况中,阴极电解液在阴极侧上从电解池3循环至电解池2并进一步循环至电解池1。根据一个实施方案,根本不添加阴极电解液;相反,利用流过膜的水使得阴极分配器保持潮湿。
在本发明的一个实施方案中,安排所述设备以在10~120℃、优选在20~100℃如在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃的温度下发挥功能,在所述情况中温度波动能够为±5℃。在本发明的实施方案中,安排所述设备以在0.5~7巴、例如在1巴、2巴、3巴、4巴、5巴或6巴的绝对压力下发挥功能,在所述情况中压力波动能够为±0.5巴。优选地,安排所述设备以在1~5巴的压力下,更优选在1~3巴的压力下发挥功能。在一个实施方案中,一个或几个电解池在相互不同的温度和/或压力环境下发挥功能。此外,根据本发明的实施方案,阳极侧和阴极侧能够在相互不同的温度和/或压力环境下发挥功能,优选地,在阳极侧上的压力比在同一电解池的阴极侧上的压力高。在阳极侧与阴极侧之间的压力差甚至能够为2~6巴。
在本发明的一个实施方案中,通过将二氧化硫气体流股分成两个子流股,使用二氧化硫气体能够同时生产氢气和浓硫酸(约98wt%)。对分开的二氧化硫气体流股的第一子流股进行引导以生产氢气和硫酸,并对第二子流股进行引导以生产三氧化硫,使用所述三氧化硫将硫酸浓缩成工业强硫酸。
Claims (21)
1.一种用于浓缩稀硫酸的方法,其特征在于,利用通过二氧化硫去极化的至少两个电解池对硫酸进行浓缩,其中在所述电解池中使用阳离子传导膜来隔开阴极侧和阳极侧,将稀硫酸和二氧化硫供应至包含膜的第一电解池的阳极侧,使得在所述阳极侧上发生如下反应:
SO2(水溶液)+2(1+x)H2O→H2SO4(水溶液)+2(H2O)xH+(水溶液)+2e-(9)
其中x=1~4,
形成的复合离子通过所述电解池的膜而到达阴极侧,并在所述阴极处发生如下反应:
2(H2O)xH+(水溶液)+2e-→H2(g)+2xH2O(10)
其中x=1~4,
并将得自所述第一电解池阳极侧的硫酸和水的浓缩混合物与未反应的和/或添加的二氧化硫一起供应至第二电解池的阳极侧,并在所述第二电解池中发生上述反应(9)和(10),并从所述第二电解池的阳极侧对作为反应产物而形成的进一步浓缩的硫酸进行回收或将其供应至相继的电解池的阳极侧。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,利用以级联模式安装的并利用二氧化硫去极化的电解池对硫酸进行浓缩,使得在级联中以连续的方式安装2~5个电解池。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,用于在所述电解池中将所述阴极侧和阳极侧分开的所述阳离子传导膜为既充当绝缘体又充当质子导体、并防止气体从所述膜的一侧流向另一侧的功能性地固定的电解质。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所使用的膜为磺酸膜。
5.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所使用的膜为膜。
6.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,供应至所述第一电解池的阳极侧的硫酸的浓度为78wt%以下。
7.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,供应至所述第一电解池的阴极侧的硫酸的浓度为1~35wt%。
8.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,供应至所述第一电解池的阴极侧的硫酸的浓度为1~25wt%。
9.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在10~120℃的温度下对硫酸进行浓缩。
10.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在20~100℃的温度下对硫酸进行浓缩。
11.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在0.5~7巴的压力下对硫酸进行浓缩。
12.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在1~5巴的压力下对硫酸进行浓缩。
13.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,回收浓硫酸并导向硫酸装置。
14.一种对稀硫酸进行浓缩的设备,其特征在于,所述设备至少包含利用二氧化硫去极化的第一电解池(1)和利用二氧化硫去极化的第二电解池(2),以使其配备有用于接收稀硫酸并用于生产浓硫酸的第一电解池(1),并配备有用于从所述第一电解池(1)中接收在所述第一电解池(1)中浓缩的硫酸并对在所述第一电解池(1)中浓缩的硫酸进一步浓缩的第二电解池(2),且所述设备包含用于将所述电解池中的阴极侧和阳极侧隔开的阳离子传导膜,所述第一电解池(1)包含阳极侧(1B)和阴极侧(1E),且所述第二电解池(2)包含阳极侧(2B)和阴极侧(2E),
且所述设备包含用于向包含膜(1D)的所述第一电解池(1)的阳极侧(1B)供应稀硫酸和二氧化硫的第一套进料元件(1A),以在所述阳极侧(1B)上产生如下反应,
SO2(水溶液)+2(1+x)H2O→H2SO4(水溶液)+2(H2O)xH+(水溶液)+2e-(9)
其中x=1~4,
所形成的复合离子通过所述第一电解池的膜(1D)而到达所述阴极侧(1E),并在所述阴极处发生如下反应:
2(H2O)xH+(水溶液)+2e-→H2(g)+2xH2O(10)
其中x=1~4,
和用于将得自所述第一电解池(1)的阳极侧(1B)的硫酸和水的浓缩混合物与未反应的和/或添加的二氧化硫一起供应至所述第二电解池(2)的阳极侧(2B)的第二套进料元件(1C),在所述第二电解池(2)中安排发生上述反应(9)和(10);以及用于将在所述第二电解池(2)的阳极侧上作为反应产物而形成进一步浓缩的硫酸供应至回收装置(6)或另外供应至属于浓缩设备的第三电解池(3)的阳极侧的第三套进料元件(2C)。
15.如权利要求14所述的设备,其特征在于,所述设备包含以级联模式安装并利用二氧化硫去极化的总共2~5个电解池。
16.如权利要求14或15所述的设备,其特征在于,在所述第一电解池(1)中的膜(1D)和/或在所述第二电解池(2)中的膜(2D)为将阳极侧和阴极侧隔开的、为了既充当绝缘体又充当质子导体而安排的、并用于防止气体从所述膜的一侧流向另一侧的阳离子传导性的功能性地固定的电解质。
17.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述膜为磺酸膜。
18.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述膜为膜。
19.如权利要求14或15所述的设备,其特征在于,所述设备包含用于向得自所述第一电解池(1)的阳极侧(1B)的硫酸和水的浓缩混合物中添加二氧化硫的装置(1I),将所述混合物与未反应的和/或添加的二氧化硫一起供应至所述第二电解池(2)的阳极侧(2B)。
20.如权利要求14或15所述的设备,其特征在于,所述设备包含用于从所述电解池的阴极侧除去氢气的装置、以及用于回收氢气的装置。
21.如权利要求14或15所述的设备,其特征在于,所述设备包含将阴极电解液从一个电解池的阴极侧循环至另一个电解池的阴极侧的装置、和/或将最后一个电解池的阴极电解液循环至所述第一电解池的阳极侧的装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20095573A FI122606B (fi) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Menetelmä laimean rikkihapon väkevöimiseksi sekä väkevöintilaitteisto laimean rikkihapon väkevöimiseksi |
FI20095573 | 2009-05-25 | ||
PCT/FI2010/050421 WO2010136649A1 (en) | 2009-05-25 | 2010-05-25 | Method for concentrating dilute sulfuric acid and an apparatus for concentrating dilute sulfuric acid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102448876A CN102448876A (zh) | 2012-05-09 |
CN102448876B true CN102448876B (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=40680753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201080022839.5A Expired - Fee Related CN102448876B (zh) | 2009-05-25 | 2010-05-25 | 浓缩稀硫酸的方法和浓缩稀硫酸的设备 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120067740A1 (zh) |
EP (1) | EP2435363B1 (zh) |
CN (1) | CN102448876B (zh) |
FI (1) | FI122606B (zh) |
WO (1) | WO2010136649A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101410911B1 (ko) * | 2012-06-22 | 2014-06-23 | 한국에너지기술연구원 | 전기화학 공정을 이용한 이산화황 가스로부터의 수소 및 황산의 제조방법 |
JP6179192B2 (ja) * | 2013-05-27 | 2017-08-16 | 宇部興産株式会社 | 濃縮溶液の製造方法及び溶液濃縮用容器 |
DE102016207661B4 (de) | 2016-05-03 | 2021-09-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Durchführung von chemischen Reaktionen in Glasschmelzen |
CN107326390B (zh) * | 2017-06-09 | 2019-03-26 | 中国矿业大学 | 一种阳极氧化强化二氧化碳还原的装置及其方法 |
EP3794164A4 (en) | 2018-05-18 | 2022-03-09 | California Institute of Technology | PROCESS FOR CONVERTING REDUCED SULFUR SPECIES AND WATER INTO HYDROGEN AND SULFURIC ACID |
JP2022544772A (ja) | 2019-08-13 | 2022-10-21 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | カルシウム含有岩石および鉱物から酸化カルシウムまたは普通ポルトランドセメントを作製するプロセス |
WO2022124260A1 (ja) * | 2020-12-07 | 2022-06-16 | 株式会社日立ハイテク | 蒸発濃縮機構、これを備えた分析装置、および、蒸発濃縮機構の制御方法 |
CN115924860B (zh) * | 2023-02-07 | 2024-08-16 | 无锡中天固废处置有限公司 | 一种含有机污染物的硫酸再利用的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4306950A (en) * | 1979-10-15 | 1981-12-22 | Westinghouse Electric Corp. | Process for forming sulfuric acid |
CN1125469A (zh) * | 1993-06-15 | 1996-06-26 | 约翰·E·斯托弗 | 从废气中去除二氧化硫的双极法 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB346667A (en) * | 1930-01-08 | 1931-04-08 | Tomas De Palacio | A new method for producing sulphuric acid and metals simultaneously, by the electrolysis of sulphuric acid and metallic sulphates |
US2793182A (en) * | 1953-08-21 | 1957-05-21 | Standard Oil Co | Process for the regeneration of spent alkylation sulfuric acid |
US3888750A (en) * | 1974-01-29 | 1975-06-10 | Westinghouse Electric Corp | Electrolytic decomposition of water |
DE2542935C2 (de) * | 1975-09-26 | 1983-10-20 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus Schefeldioxid |
US4219394A (en) * | 1978-03-22 | 1980-08-26 | Diamond Shamrock Corporation | Membrane assembly for electrolytic cells |
US4412895A (en) | 1981-09-29 | 1983-11-01 | Westinghouse Electric Corp. | System using SO2 as an anode depolarizer in a solid oxide electrolyte electrolysis cell for H2 production from steam |
JPS6065708A (ja) | 1983-09-20 | 1985-04-15 | Toshiba Corp | 金属酸化物被膜の形成方法 |
US5028307A (en) * | 1989-12-26 | 1991-07-02 | Rightmyer Donald A | Apparatus for generation of hydrogen and other gases from the decomposition of organic matter |
WO1992019368A1 (fr) * | 1991-04-25 | 1992-11-12 | Societe Languedocienne De Micron-Couleurs | Procede de concentration de solutions aqueuses d'acides contenant des ions metalliques par electrodialyse |
JP3383334B2 (ja) * | 1992-12-16 | 2003-03-04 | クロリンエンジニアズ株式会社 | 硫酸の再生利用方法 |
US7608356B2 (en) * | 2001-07-13 | 2009-10-27 | William M. Risen, Jr. | Ion conducting polymer membranes |
US9057136B2 (en) * | 2005-04-12 | 2015-06-16 | University Of South Carolina | Production of low temperature electrolytic hydrogen |
US20070007147A1 (en) * | 2005-07-07 | 2007-01-11 | Westinghouse Electric Company Llc | Multiple phase SO3/SO2/H2O/H2SO4 electrolyzer |
US7976693B2 (en) * | 2006-07-17 | 2011-07-12 | Westinghouse Electric Company Llc | Hydrogen generation process with dual pressure multi stage electrolysis |
FI121271B (fi) | 2007-01-19 | 2010-09-15 | Outotec Oyj | Menetelmä vedyn ja rikkihapon valmistamiseksi |
JP2010535942A (ja) * | 2007-08-03 | 2010-11-25 | ノース−ウエスト ユニヴァーシティ | 二酸化硫黄によって減極される陽極を備えた電解槽および水素生成における同電解槽の使用方法 |
-
2009
- 2009-05-25 FI FI20095573A patent/FI122606B/fi not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-05-25 EP EP10780109.4A patent/EP2435363B1/en not_active Not-in-force
- 2010-05-25 WO PCT/FI2010/050421 patent/WO2010136649A1/en active Application Filing
- 2010-05-25 US US13/322,262 patent/US20120067740A1/en not_active Abandoned
- 2010-05-25 CN CN201080022839.5A patent/CN102448876B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4306950A (en) * | 1979-10-15 | 1981-12-22 | Westinghouse Electric Corp. | Process for forming sulfuric acid |
CN1125469A (zh) * | 1993-06-15 | 1996-06-26 | 约翰·E·斯托弗 | 从废气中去除二氧化硫的双极法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Effect of Water Transport on the Production of Hydrogen and Sulfuric Acid in a PEM Electrolyzer;John A. Staser et al.;《Journal of The Electrochemical Society》;20081030;第156卷(第1期);B16-B21 * |
SULFUR DIOXIDE DEPOLARIZED ELECTROLYSIS FOR HYDROGEN PRODUCTION: DEVELOPMENT STATUS;P. W. T. Lu et al.;《Int. J. Hydrogen Energy》;19821231;第7卷(第7期);563-575 * |
黄倬等.3.4 质子交换膜燃料电池的水管理与热管理.《质子交换膜燃料电池的研究开发与应用》.北京: 冶金工业出版社,2000,(第1版),76-95. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102448876A (zh) | 2012-05-09 |
FI20095573A0 (fi) | 2009-05-25 |
EP2435363B1 (en) | 2018-07-04 |
US20120067740A1 (en) | 2012-03-22 |
EP2435363A1 (en) | 2012-04-04 |
FI122606B (fi) | 2012-04-13 |
EP2435363A4 (en) | 2013-05-22 |
WO2010136649A1 (en) | 2010-12-02 |
FI20095573A (fi) | 2010-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102448876B (zh) | 浓缩稀硫酸的方法和浓缩稀硫酸的设备 | |
EP2688841B1 (en) | Ammonia synthesis using lithium ion conductive membrane | |
US11230771B2 (en) | Hydrogen production in the process of electrochemical treatment of sulfur-containing acid gases (hydrogen sulfide or sulfur dioxide) supplied in solution with amine-based or other organic absorbents | |
US9845539B2 (en) | Treatment of hydrogen sulfide | |
CN106410250A (zh) | 一种钒电池失效电解液回收再利用的方法 | |
JPS5834912B2 (ja) | 燃料電池 | |
JPS6118423A (ja) | 煙道ガスの脱硫法及びその装置 | |
AU2013364034B2 (en) | Treatment of hydrogen sulfide | |
WO2020038383A1 (zh) | 液流电池电解液的纯化方法和纯化装置 | |
CN106039964B (zh) | 一种脱硫联产氢气和硫酸的方法 | |
US11186916B2 (en) | System and method for decomposing gaseous hydrogen sulfide into hydrogen gas and elementary sulfur | |
IE49567B1 (en) | Continuous process for the removal of sulphur dioxide from waste gases,and hydrogen and sulphuric acid produced thereby | |
Cui et al. | Highly-efficient natural gas desulfurization and simultaneous H2O2 synthesis based on the electrochemical coupling reaction strategy | |
CN111979558A (zh) | 电解法制备硒化氢的方法和设备 | |
CN111501056A (zh) | 低温电解硫化氢制氢的有机电解液及循环反应装置和工艺 | |
JPS581617B2 (ja) | エコノマイザ−を有する水↓−水素系同位体交換反応装置 | |
CN114941142B (zh) | 用于硫化氢高效分解的阳极电解液及其电解和再生方法 | |
CN116143079B (zh) | 一种热化学硫碘循环制氢HIx相纯化的方法与装置 | |
CN118366569A (zh) | 一种预测硫碘循环硫化氢脱除效率的方法及系统 | |
JPH042794A (ja) | 硫化水素から水素を回収する方法 | |
CN117305860A (zh) | 一种基于太阳能的钢厂烟气及卤水处理系统及处理方法 | |
WO2013191403A1 (ko) | 전기화학 공정을 이용한 이산화황 가스로부터의 수소 및 황산의 제조방법 | |
Petrushina et al. | Electrochemical Study on the Cationic Promotion of the Catalytic SO 2 Oxidation in Pyrosulfate Melts | |
CN115532039A (zh) | 一种基于铁基离子液体的硫化氢脱硫及制氢方法 | |
JPH07268359A (ja) | 硫化水素の処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151125 Termination date: 20210525 |