Неорганические кислоты и основные рынки их потребления

Азотная		Производство минеральных удобрений, взрывчатых веществ, ракетного топлива, синтетических красителей, пластмасс, лекарственных средств
Концентрированная
высший сорт	98.9
первый сорт	98.2
второй сорт	97.5
Разбавленная	55,4 7,45

 

 

10. Соляная кислота. Основные поставщики сырья и способы производства. Виды, сорта и свойства. Главные потребители

 

Соляная кислота(НС1) — один из распространенных химических продуктов, представляет собой раствор хлористого водорода в воде.

Хлористый водород — бесцветный газ, растворяется в воде с выделением большого количества тепла, причем с повышением температуры растворимость хлористого водорода снижается. При температуре 18 °С и атмосферном давлении растворимость хлористого водорода в воде составляет 42,3 весовых процента. Поэтому максимальная концентрация соляной кислоты значительно ниже, чем серной и азотной.

Соляная кислота — бесцветная жидкость с резким удушающим запахом, сильно «дымит» на воздухе, образуя на поверхности мельчайшие капельки тумана. Плотность и температура замерзания соляной кислоты зависят от ее концентрации. Так, при концентрации 35; 31,5; 22 и 10% плотность ее соответственно составит 1,18; 1,16; 1,11 и 1,05 г/см³, а температура замерзания —32—48, —68, —15 °С.

Соляная кислота является сильной кислотой, активно взаимодействующей со многими металлами и их оксидами. Соли соляной кислоты (хлориды) хорошо растворяются в воде. На качество влияет способ её производства.

Основными этапами производства соляной кислоты являются: получение хло­ристого водорода и абсорбция хлористого водорода водой. Способы получения соляной кислоты отличаются методами производства хлористого водорода. В настоящее время основным методом промышленного производства хлористого водорода является синтез его из хлора и водорода, получаемых при электролизе водных растворов поваренной соли.

В промышленности соляную кислоту получают следующими способами:

– сульфатным;

– синтетическим;

– из абгазов (побочных газов) ряда процессов.

Во всех случаях производство соляной кислоты (реактивной, полученной

сульфатным способом, синтетической, абгазной) состоит из двух стадий:

1 ) получения хлористого водорода

2) поглощения (абсорбции) хлористого водорода водой.

В зависимости от способа отвода теплоты абсорбции, которая достигает 72,8 кДж/моль процессы разделяются на изотермические (при постоянной температуре), адиабатические (без теплообмена с окружающей средой) и комбинированные.

Сульфатный метод основан на взаимодействии хлорида натрия NaCl с концентрированной серной кислотой Н₂SO₄ (92-93%) при 500–550°С.

2NaCl + H₂SO₄ → Na2SO4 + 2HCl

Синтез хлористого водорода из элементов дает концентрированный хлористоводородный газ (содержащий 80-90% и больше HCl), легко поддающийся сжижению, а поглощение его дистиллированной водой позволяет получать чистую реактивную кислоту, концентрация которой при необходимости может достигать 38%. В основе прямого синтеза соляной кислоты лежит цепная реакция горения:

Н₂ + Сl₂ ↔ 2НС1 + 184,7 кДж.

Реакция инициируется светом, влагой, твердыми пористыми веществами (древесный уголь, губчатая платина) и некоторыми минеральными веществами (кварц, глина). Абсолютно сухие хлор и водород не взаимодействуют между собой. Присутствие следов влаги ускоряет реакцию столь интенсивно, что она может произойти со взрывом. В производственных установках осуществляется спокойное, не взрывное горение водорода в токе хлора. Водород подается с избытком в 5–10%, что позволяет полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту.

Сжигание смеси хлора и водорода производится в печах различных конструкций, представляющих собой небольшие камеры из огнеупорного кирпича, плавленого кварца, графита или металла. Наиболее современным материалом, предотвращающим загрязнение продукта, является графит, импрегнированный фенолоформальдегидными смолами. Для предотвращения взрывного характера горения реагенты смешивают непосредственно в факеле пламени горелки. В верхней зоне камер сжигания устанавливают теплообменники для охлаждения реакционных газов до 150–160 °С. Мощность современных графитовых печей достигает 65 т/сут. (в пересчете на соляную кислоту содержащую 35% НСl).

В случае дефицита водорода применяют различные модификации процесса.

Например, пропускают смесь Сl₂ с водяным паром через слой пористого раскаленного угля:

2С1₂ + 2Н₂О + С → 4НС1 + СО₂ + 288,9 кДж.

Температура процесса составляет 1000–1600 °С, зависит от типа угля и наличия в нем примесей, являющихся катализаторами, например Fe₂О₃.

Перспективным является также использование смеси СО с парами воды:

СО + Н₂О + Сl₂ → 2НС1 + СО₂.

Самое значительное количество соляной кислоты в настоящее время получают из абгазного хлороводорода (НСl), образующегося при хлорировании и дегидрохлорировании органических соединений, пиролизе хлорорганических отходов, хлоридов металлов, получении калийных нехлорированных удобрений и др. Абгазы содержат различные количества хлороводорода, инертные примеси (N₂, Н₂, СН₄), малорастворимые в воде органические вещества (хлорбензол, хлорметаны), водорастворимые вещества (уксусная кислота, хлораль), кислые примеси (Cl₂, HF, О₂) и воду. При содержании инертных примесей менее 40%, является целесообразным применение изотермической абсорбции НСl в абгазах.

Наиболее перспективными являются пленочные абсорберы, позволяющие извлекать из исходного абгаза от 65% до 85% НСl.

В промышленности для получения соляной кислоты наиболее широко применяют схемы адиабатической абсорбции. Абгазы вводят в нижнюю часть абсорбера, а воду (или разбавленную соляную кислоту) – противотоком в верхнюю. Соляная кислота нагревается до температуры кипения благодаря теплоте растворения НСl. Температура абсорбции определяется температурой кипения кислоты соответствующей концентрации, максимальная температура кипения азеотропной смеси составляет около 110 °С.

В настоящее время качество соляной кислоты выпускаемой предприятиями, нормируется государственными стандартами и техническими условиями.

Взаимодействие водорода с хлором (горение водорода в хлоре) протекает по реакции:

Н₂ + С1₂ = 2НС1 + Q.

Процесс протекает в вертикальной печи, футерованной огнеупорным материалом. В днище печи установлена газовая горелка, состоящая из двух концентрически расположенных труб. По наружной трубе подается водород, а по внутренней — хлор. На выходе горелки газы смешиваются и, сгорая, образуют хлористый водород. Нормальное (невзрывное) горение водорода в хлоре происходит при температуре 2300—2400°С. Производительность печи для синтеза хлористого водорода 15—16 т/сутки в пересчете на 100%-ный НС1.

Производство хлористого водорода синтезом его из хлора и водорода обладает рядом преимуществ, которые обусловили его широкое применение: высокая концентрация продукта (80—90% НС1), позволяющая получать чистую соляную кислоту; в процессе производства не расходуется серная кислота и топливо.

Абсорбция хлористого водорада водой осуществляется в насадочных колоннах с охлаждением хлористого водорода до температуры 100 ^оС. При использовании синтетического хлористого водорода вырабатывается «Кислота соляная синтетическая» марок А и Б, отличающихся концентрацией и содержанием посторонних примесей.

Кислота марки А имеет концентрацию не менее 35% и общее содержание примесей не более 75•10^-4 %.

Показатели концентрации и качества кислоты марки Б зависят от сорта: для высшего сорта они составляют соответственно 33% и 64•10^-4 %, а для I сорта— соответственно 31,5% и 54-10^-4%.

Приведенные марки соляной кислоты используются для производства продуктов органического синтеза, пластмасс, лакокрасочных материалов, в металлургии и металлообработке, при бурении нефтяных скважин и т. п.

Соляная кислота особой чистоты вырабатывается из хорошо очищенного хлористого водорода с использованием аппаратуры, стойкой к действию соляной кислоты (керамика, стекло и др.). Такая кислота применяется в медицинской и пищевой промышленности, для изготовления химических реактивов и других целей.

В настоящее время значительное количество хлористого водорода, используемого для получения соляной кислоты, вырабатывается в качестве побочного продукта при производстве органических соединений. Кислоты, полученные из побочного хлористого водорода, по качеству и концентрации в основном не уступают синтетческим кислотам (24,5—30%) и значительно дешевле их.

В небольших количествах для лабораторных целей соляная кислота выпускается старым сульфатным методом — взаимодействием поваренной соли и концентрированной серной кислоты:

2NаС1 + Н₂S0₄ = Nа₂S0₄ + 2НС1—Q

Побочным продуктом выделения при этом способе производства является сульфат натрия Na₂S0₄.

Полученная соляная кислота, называемая «Соляная кислота техническая», имеет высокую концентрацию, но загрязнена примесями реагирующих веществ. В ряде случаев для снижения коррозионной активности в соляную кислоту добавляют различные ингибиторы.