Способ получения серной кислоты и водорода

СОЮЗ СОВЕТСНИХап,иЦмшеесиикРЕСПУБЛИК ИВ ПН ЯО,В 1 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й(71) Новочеркасский ордена Трудого Красного Знамени политехничесинститут им. Серго Орджоникидзе(56) 1. Патент США У 3826163,кл. 204-130, опублик. 1974.2. Патент ВеликобританииВ 1510234, кл, С 25 В 1/22,опубл1979,(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙКИСЛОТЫ И ВОДОРОДА путем электролизаводного раствора электролита, содержащего 0,5-2 М серной кислоты,0,1-0,25 М иодистоводородной кислотыи иод, с подачей на анод сернистогогаза, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения расхода электроэнергии, электролиз ведут вбеэдиафрагменном электролизере приконцентраци иода в электролите1 10 - 5 1 О М, и сернистый газ подаюв количестве, эквивалентном количеству образующегося иода,Изобретение относится к технологии злектрохимических производств, в частности к способам получениякислот,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 выделяется водород Г 13.Недостатками данного способа явля ются сложность конструкции электролизера и повьппенный расход электроэнергии из-за необходимости разделения анодного и катодного пространств газонепроницаемой мембраной для прец- -,О3. отвращения катодного восстановлениясернистого газа.Известен также способ получения серной кислоты и водорода путем электролиза водного раствора электро- - литасодержащего 0,5-2 М серной кислоты, 0,1-0,25 М иоцистоводородо най кислоты и иода, при 20-60 С с подачей на анод сернистого газа Г 21. Недостатком известного способа ЗО является высокий расход электроэнергии.Целью изобретения является снижение расхода электроэнеогии.Поставленная цель достигаетсяь35 тем, что согласно способу получения серной кислоты и водорода путем электролиза водного раствора электролита, содержащего 0,5-2 М серной40 кислоты, 0,1-0,25 М иодистоводородной кислоты и иода, при 20-60 ).) плотности тока 400-2000 А/м с подачей на анод сернистого газа., электролиз ведут в бездиафрагменном электролизере при концентрации иода в электролите 1)10 - 5 10 . и сернистый газ подают в количестве. эквивалентном количеству образующегася иода,Наличие растворенного иода в интервале укаэанных концент 1 эацнй в течение всего времени праведенич электролиза предотвращает электрахимическае восстановление сернистого газа и отравление катодного материала выделивпэейся серой при близком расположении электродов 1 до 1-2 см), а доля тока, идущего на восстановление иода, при таких его концентрациях ничтожна вала 1-27). 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.П р и м е р 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 количестве, эквивалентом образующемуся при электролизе иоцу. Процесс протекает при анодной плотности тока 400 А/м , катодной плотности тока 2000 А/м) температуре 50 С. Напряжение 1, В. Выход по току серной кислоты 967) водорода 987П р и м е р 2. Электролизу подверга)от электролит 2 М по серной кислоте, 0,25 М по иадистоводородиой кислоте и 5 1 О М по иоду и подают сернистый газ на газодиффузионный электрод с рабочим слоем из активированного угля с дисперсным платиновым катализатором, Катод-платина, покрытая платиновой чернью, Анодная плотность тока 2000 А/м , температу 2ра 40 С, Напряжение 1)7 В. Выход по току водорода 987., серной кислоты - 987.П р и м е р 3. Электролизу подвергают электролит 2 М по серной кислоте, 0,25 М по иодиставодорадной кислоте и 5 10 М по иоду и подают сернистый газ на гаэодиффузионный электрод с дисперсным платиновым катализатором, Катод-платина, покрытая платиновой чернью, Анодная плотность тока 100 А/м) температура 40 Ъ ) напряжение на электролизе 1,38 В.Выход по току водорода 987П р им е р 4. Электролиз проводятаналогично примеру 3 с той разницей,что плотность тока равна 2500 А/мгНапряжение 2) В. Выход по токуводорода 987,) серной кислоты 877.П р и и е р 5. Электролиз провопят аналогично примеру 1 с той разницей, что электролит содержит 0,3 Мсерной кислоты, Напряжение на электролизере 1)4 В. Выход по токусерной кислоты 917.П р и м е р 6, Электролиз проводя 1аналогично примеру 1 с )ой разницей109479 Тираж 633 Подписное ВНИИПИ Заказ 6012/21 филиал ППП ффПатеит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 что электролит содержит 4 М сернойкислоты. Напряжение на электролизере1,3 В, Выход по току серной кислоты903.П р и м е р 7, Электролиз проводят аналогично примеру 2 с тойразницей, что электролит содержит0,05 М Н . Напряжение на электролизере 1,85 В, выход по току сернойкислоты 947.Увеличение концентрации Н 7 больше,чем 0,25 М, не дает существенногоулучшения характеристик анодногопроцесса, зато приводит к дополнительным затратам при разделенииконечных продуктов,П р и м е р 8. Электролиз :едутаналогично примеру 3 с той ра ницей,что электролит содержит 1,10 М иода,Напряжение на электролизере 1,4 В.Выход по току водорода 947.П р и м е р 9. Электролиз ведутаналогично примеру 1, но при 10 С.оНапряжение на электролизере 1,6 В,Необходимость проведения процесса в предлагаемом интервале параметров обусловлена тем, что припроведении процесса вне этого интервала снижается выход целевого продукта по току и/или увеличиваетсянапряжение на электролизере, чтоведет к повышению расхода электроэнергии. Так при проведении процессас анодными плотностями тока вышеуказанной верхней границы(см,пример4) наблюдается снижение выхода потоку серной кислоты и увеличениенапряжения на электролизере посравнению с процессом, проводимымпри прочих равных условиях с плотностью тока в предлагаемом интервале1 см.пример 3), При проведении процесса с плотностями тока ниже указанной нижней границы снижается производительность электролизера, что нежелательно,Выбор интервала концентрацийсерной кислоты обусловлен тем, чтопри проведении процесса при концентрации серной кислоты как ниже предлагаемого(пример 5), так и вышеприводит к снижению выхода по токусерной кислоты. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Выбор интервала концентрациииодистонодородной кислоты обусловлентем, что проведение процесса приконцентрации иодистоводородной кислоты ниже предлагаемого интервала при -водит к увеличению напряжения наэлектролизере (пример 7), Унеличениеконцентрации иодистоводородной кислоты выше 0,25 М не дает, существенногоулучшения характеристик анодного процесса, приводит к дополнительнымзатратам при разделении конечныхпродуктов, Выбор интервала концентраций свободного иода обусловлен тем,что проведение процесса при концентрации иода выше предлагаемого интернала приводит к снижению выхода потоку водорода(пример 8).Выбор нижнего предела концентрациисвободного иода обуслонлен тем, чтопри меньшей концентрации свободногоиода затруднен контроль процессаи усложняется подача сернистогогаза,Выбранный температурный режимобусловлен тем, что при более низкихтемпературах уменьшается скоростьпроцесса, увеличивается напряжениена электролизере(пример 9). При проведении процесса при температуревыше ЬО С уменьшается растворимостьсернистого газа в электролите и увеличивается испарение иода и электролита, что нежелательно.Проведение процесса в предлагаемоминтервале плотностей тока обусловленотем, что проведение процесса приплотности тока выше 2000 А/м приводитк снижению выхода по току сернойкислоты, росту напряженияпример 4),Проведение процесса при плотноститока менее 400 А/м не приводит кувеличению выхода по току конечныхпродуктов, а снижает производительность аппарата.Применение предложенного способапозволяет снизить расход электроэнергии за счет снижения напряженияна электролизере, причем в зависимости от типа используемой в неммембраны напряжение снижается на0,2 - 0,5 В при плотности тока2000 А/м,