Спосіб концентрування сірчаної кислоти
Винахід стосується концентрування розведеної сірчаної кислоти, що утворюється після обробки ароматичних вуглеводнів і містить органічні сульфовані домішки. Завдання винаходу полягає у зниженні втрат кислоти при її концентруванні випарюванням. Винахід дозволяє виключити розкладання та спінювання кислоти основні причини її втрат нагріванням до 110 150°С (нижче температури її кипіння) та видаленням води у вигляді азеотропу з бензолом, що вводиться в систему у паровій або рідкій фазах. 1 іл.
Винахід стосується концентрування регенерованої сірчаної кислоти, що утворюється після обробки ароматичних вуглеводнів, що містить сульфовані домішки, і може бути використане в коксохімічній та суміжних галузях промисловості.
Регенеровану сірчану кислоту одержують у процесі сірчано-кислотного очищення ароматичних вуглеводнів, наприклад сирого бензолу. Поділ відпрацьованої кислоти та ароматичних вуглеводнів після сірчано-кислотного очищення їх супроводжується значними втратами. Для зниження втрат та спрощення стадії поділу проводиться регенерація сірчаної кислоти шляхом розведення її водою у 1,5-2,0 рази (за обсягом). При розведенні припиняються реакції, які у присутності концентрованої сірчаної кислоти. емульсія, що утворилася, руйнується. Коефіцієнти розподілу сульфопохідних, полімерів та інших домішок змінюються за рахунок зменшення їх розчинності у розведеній сірчаній кислоті. Продукти сульфування та полімеризації виділяються у вигляді кислої смолки. Однак і в цьому випадку отримати регенеровану кислоту повністю вільної від органічних домішок не вдається.
Низька концентрація регенерованої кислоти (45-55%) та наявність у ній органічних домішок (1-2%) обмежують можливу областьїї утилізації.
Відомий спосіб концентрування розведеної сірчаної кислоти упарюванням її при 90-250 про З при атмосферному тиску або під вакуумом [1, 2] Упарювання при атмосферному тиску супроводжується розкладанням кислоти в присутності органічних домішок і тому цей метод непридатний для концентрування регенерованої кислоти після очищення. Використання вакууму при упарюванні вдається значною мірою зменшити розкладання кислоти.
Однак через наявність органічних сульфокислот спостерігається спінювання розчину, що призводить до додаткових втрат кислоти. Для запобігання спінювання потрібні додаткові заходи.
Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є спосіб концентрування сірчаної кислоти, у тому числі регенерованої, шляхом відгону води при 200-220 про З у присутності азеотропоутворюючого агента, в якості якого використовують хлористий водень [3] Цей спосіб забезпечує концентрування сірчаної кислоти від 75 до 92 -98 мас.
Завданням пропонованого винаходу є зниження втрат сірчаної кислоти при концентруванні розведеної та забрудненої органічними домішками сірчаної кислоти.
Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в способі концентрування сірчаної кислоти шляхом відгону води в присутності азеотропоутворюючого агента згідно винаходу в якості азеотропоутворюючого агента використовують бензол і процес відгону ведуть при 110-150 про С.
Досягнення поставленої задачі засноване на значній величині різниці парціальних тисків сірчаної кислоти та води над концентрованими (до 80 мас.) та нагрітими водними розчинами та властивістю води утворювати азеотропні суміші з вуглеводнями, в даному випадку з бензолом.
Суміш парівводи та бензолу, склад якої відповідає точці азеотропу, відганяють від кислоти, конденсують і ділять на воду та бензол, який повертають у цикл на обробку кислоти.
Оптимальний інтервал температури нагрівання кислоти ілюструється зображеною залежно від ступеня концентрування кислоти від температури її нагрівання. При визначенні залежності використані дані з обробки чистого 50%-ного розчину сірчаної кислоти та регенерованих кислот із загальною кислотністю 65,4 та 51,1 мас. Позначення наведено на кресленні.
Нижня межа оптимального температурного інтервалу нагрівання кислоти становить 110 про З обумовлена малою швидкістю концентрування при низьких температурах, що, у свою чергу, пов'язано з величиною тиску насичених парів води над розчином кислоти. Верхня межа становить 150 про С. Збільшення температури нагріву кислоти вище цього значення практично не позначається на рівні концентрування, але призводить до інтенсифікації реакцій розкладання кислоти та домішок, сульфування бензолу та фізичного винесення кислоти внаслідок підвищення тиску її парів над розчином.
Оптимальна кількість бензолу, що вводиться в систему, визначається складом азеотропу бензол-вода (9 ч. бензолу на 1 ч. води, що видаляється) і має наближатися до цього співвідношення.
Таким чином, нагрівання регенерованої кислоти у присутності бензолу при 110-150 про З (нижче температури її кипіння) дозволяє здійснити концентрування кислоти при зниженні її втрат порівняно з прототипом.
Можливе повторне використання сконцентрованої до 72-75% сірчаної кислоти для очищення фракцій сирого бензолу після змішування її зі свіжою кислотою до концентрації 88-90% Наявність у кислоті бензолсульфокислоти не є перешкодою для її вторинноговикористання у технології очищення кам'яновугільного бензолу. Повторне використання регенерованої кислоти без попереднього її концентрування тільки змішуванням з концентрованою не застосовується через підвищену витрату свіжої концентрованої кислоти та утворення суміші в кількості, що перевищує потребу в ній.
Характеристика рівня техніки з концентрування сірчаної кислоти показала, що пропоноване рішення має "новизну" і "винахідницький рівень", а можливість здійснення способу підтверджується наступними прикладами.
Таким чином, запропонований спосіб концентрування сірчаної кислоти порівняно з відомим при тій же мірі концентрування (до 75 мас.) дозволяє істотно знизити її втрати (за прототипом загальні втрати склали 3,8 мас. а в прикладах 1 і 2 0,27 і 0 ,3 мас. відповідно) і кислотність конденсату важливого технологічного фактора (прототипу кислотність конденсату склала 0,75 мас.), а в прикладах 1 і 2 0,027 і 0,06 мас. відповідно).
СПОСІБ КОНЦЕНТРУВАННЯ СЕРНОГО КИСЛОТИ, що включає відгін води в присутності азеотропоутворюючого агента, який відрізняється тим, що в якості азеотропоутворюючого агента використовують бензол і процес ведуть при 110 - 150 o С.