[发明专利]一种生产硫酸的方法

说明书

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。

2FeS_2(g)+11SO_3(g)＝Fe₂O_3(s)+15SO_2(g)    Δ_rG_m^θ(298K)＝-167kJ/mol

                                        Δ_rH_m^θ(298K)＝-178kJ/mol

S_(s)+2SO_3(g)＝3SO_2(g)                   Δ_rG_m^θ(298K)＝-158kJ/mol

                                        Δ_rH_m^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Ce_0.8Sm_0.2O_1.9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La_0.7Sr_0.3MnO₃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：

O_2(g)+4e＝2O^2-

阴极反应生成的O^2-通过固体电解质传递到阳极，电池阳极的电极反应为：

SO_2(g)-2e+O^2-＝SO_3(g)

电池反应为：

SO_2(g)+1/2O_2(g)＝SO_3(g)            E^θ(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℃。