اسید سولفوریک چیست؟ کاربرد سولفوریک اسید چیست؟ احتمالاً این سوالاتی است که ذهن شما را درگیر کرده است که در این مقاله قصد داریم آنها را بهطور کامل مورد بررسی قرار دهیم…
h2so4 چیست؟
اسید سولفوریک (H2SO4) یک اسید قوی با خاصیت رطوبت سنجی و اکسید کننده است. یک اسید معدنی با فرمول شیمیایی H2SO4 است. اسید سولفوریک به نام اسید ماتلینگ یا روغن ویتریول نیز شناخته میشود. ماهیت اسیدی قوی دارد و خورنده است.گی
در غلظتهای بالاتر، به عنوان یک عامل اکسید کننده و عامل خشک کننده عمل میکند. H2SO4 مایعی بیبو، بدون رنگ و محلول در آب است و با حل شدن در آب گرما آزاد میکند. sulfuric acid به طور گستردهای در تولید کود استفاده میشود. همچنین در سنتز شیمیایی و فرآیندهای فاضلاب استفاده میشود.
این نوع اسید بی آب دارای ثابت دی الکتریک حدود 100 است و یک مایع بسیار قطبی است. شاید مهمترین ماده شیمیایی صنعتی سنگین با کاربردهای وسیع در طیف وسیعی از صنایع سولفوریک اسید باشد.
همانطور که گفتیم یک اسید بسیار قوی است و در محلولهای آبی، به طور کامل یونیزه میشود و یون هیدرونیوم (H3O+) و یون سولفات هیدروژن (HSO4-) تشکیل میدهد. یونهای سولفات هیدروژن در محلولهای بسیار رقیق یونیزه میشوند و یونهای سولفات (SO42-) را به وجود میآورد.
اسید سولفوریک را نمیتوان با آب خنثی کرد؛ اما میتوان آن را با آب رقیق کرد. بدین منظور قطرات sulfuric acid را با احتیاط با همزدن مداوم به آب اضافه کنید، زیرا واکنش به شدت گرمازا است. برای خنثیسازی این اسید میتوان از بازهای قوی مانند NaOH استفاده کرد.
اسید سولفوریک در صنعت
اسید سولفوریک صنعتی
اسید سولفوریک صنعتی، یک مایع روغنی بیرنگ تا کمی کدر است که در صنایع مختلفی کاربرد دارد. کاربرد اولیه آن در فراوری کودهای شیمیایی مانند سوپر فسفات آهک و سولفات آمونیوم است. معمولاً در فرآیندهای شیمیایی استفاده میشود، به عنوان مثال در ساخت اسید هیدروکلریک، اسید نیتریک، نمکهای سولفات، شویندههای مصنوعی، رنگها و رنگدانهها، مواد منفجره و داروها نیز کاربرد دارد.
از کاربردهای اسید سولفوریک صنعتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
در ساخت کود استفاده میشود
H2SO4 در تولید فولاد و آهن استفاده میشود
در صنایع شیمیایی کاربرد دارد
H2SO4 در پالایش نفت استفاده میشود
برای تولید اسید فسفریک استفاده میشود
به عنوان یک ماده تمیز کننده در صنایع برای زدودن زنگ زدگی فولاد و آهن استفاده میشود
H2SO4 به عنوان یک کاتالیزور برای تبدیل سیکلوهگزانون اکسیم به کاپرولاکتام مورد استفاده در ساخت نایلون استفاده میشود
H2SO4 در باتریهای سرب اسید به عنوان الکترولیت استفاده میشود
کاربردهای مفید بالقوه اسید سولفوریک در کشاورزی عبارتند از:
تصفیه آب آبیاری، کنترل علفهای هرز و بیماریزا، احیای خاکهای سرشار از بور (B) و سدیم (Na)، افزایش نفوذ آب در خاک و افزایش دسترسی به مواد مغذی خاک.
حدود نیمی از sulfuric acid جهان در کشاورزی، به ویژه در صنعت کودهای شیمیایی استفاده میشود. همچنین به طور خاص برای تولید کودهای فسفاته مانند سوپر فسفات آهک و سولفات آمونیوم استفاده میشود.
برای کاهش PH خاک، اسید معمولاً این نوع اسید را میتوان مستقیماً به خاک اعمال کرد. استفاده از این اسید یک راه سریع و موثر برای کاهش PH است، اما به تجهیزات تخصصی نیاز دارد. گوگرد عنصری (S) توسط باکتری تیوباسیلوس در خاک گرم و مرطوب به sulfuric acid (H2SO4) تبدیل میشود.
سولفوریک اسید با آهک آزاد (CaCO3) که در آب نامحلول است واکنش میدهد. واکنش بین اسید سولفوریک و آهک برای تشکیل گچ چند دقیقه طول میکشد. البته استفاده بیش از حد از sulfuric acid اغلب منجر به کاهش PH خاک و افزایش مشکلاتی میشود که با کاهش PH ایجاد میشود. در واقع با کاهش PH خاک، جذب گوگرد کاهش مییابد.
آمین های مورد استفاده در فرآیند شیرین سازی گاز طبیعی
شیرین سازی گاز با آمین از جمله جذابترین مباحث در صنعت نفت و گاز میباشد که برای فرآوری گاز و جداسازی دی اکسید کربن و گوگرد مورد استفاده قرار میگیرد.
در دهه ۱۹۳۰ برای اولين بار از آلکانول آمينها برای “شيرين سازی گاز” استفاده شد و از آن زمان تا دهه ۱۹۷۰، “مونو اتانول آمین” (MEA) بیشترین کاربرد را داشت، ولی از دهه ۱۹۷۰، به علت معايبی که مونو اتانول آمين داشت مانند خوردگی و هدر رفت حلال، دی اتانول آمين (DEA) جايگزين اين آمين شد، از اواسط دهه ۱۹۷۰ و بخصوص در دو دهه اخير متيل دی اتانول آمين (MDEA) به خاطر مزايايی مانند توانايی جداسازی گزينش پذير سولفيد هيدروژن در حضور دی اکسيد کربن، پايداری بالا و مصرف انرژی پايين برای بازيافت حلال کاربرد وسيعی در صنعت گاز پيدا کرده است. آلکانول آمينها به طور کلی از حداقل يک گروه هيدروکسيل (-COH) و حداقل يک گروه آمينو (-NH2) تشکیل میشوند.
آمينهای نوع اول (Primary)، مونو اتانول آمین (MEA) و دی گلایکول آمین (DGA)
آمینهای نوع دوم (Secondary)، دی اتانول آمین (DEA) و دی ایزو پروپانول آمین (DIPA)
آمینهای نوع سوم (Tertiary)، تری اتانول آمین (TEA) و متیل دی اتانول آمین (MDEA)
متيل دی اتانول آمين يک آمين نوع سوم محسوب میشود و در نتيجه فاقد گروههای فعال آمينو (-NH) در ساختار مولکوليش میباشد. به همين دليل داراي يک ساختار شيميايي پايدار و قابليت انتخابی (گزينش پذيری) برای جذب میباشد. در واقع عامل اصلی تجزيه آمينهای نوع اول و دوم وجود همين گروههای فعال آمينو میباشد. آمين تجزيه شده معمولاً بسيار خورنده است.
اين پايداری آمين نوع سوم اين امکان را میدهد که از غلظتهای بالای آن (تا ٥٠ درصد) بدون توجه به مشکلات مربوط به خوردگی، بتوان استفاده کرد. اين قضيه موجب میشود تا برای جذب يک مقدار مشخصی از گازهای اسيدی ميزان دبی مورد نياز از محلول آمين نوع سوم کمتر از ميزان دبی مورد نياز از محلول آمين نوع اول يا دوم باشد و در نتيجه ميزان انرژی حرارتی مصرفی توسط ريبويلرهای برج احياء به ميزان قابل توجهی کاهش يابد.
تصفیه گاز
تصفیه گاز
تصفیه گاز آمین به عنوان شیرین کردن گازها و از بین گازهای اسیدی شناخته شده هستند که مراحلی است که از محلولهای آبی همانند آلکیلامینها برای حذف و از بین بردن سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گازها استفاده میشوند. تصفیه گاز آمین در پالایشگاهها مورد استفاده قرار میگیرند.
mdea انتخابپذیری نسبتاً بالایی برای H2S در مقابل CO2 را داراست که در صنعت گاز حلالی محبوب به شمار میرود. سرعت واکنش MDEA با دی هیدروژن سولفید بسیار بالا میباشد. این در حالی است که سرعت واکنش آن با کربن دی اکسید پایینتر میباشد. حلال MDEA در از بین بردن H2S قوی عمل خواهد کرد که بیشتر برای افزایش قدرت حذف کربن دی اکسید مقداری دی اتانول آمین در مخلوطهای حلال استفاده میکنند.
مقایسه انواع آمین ها
در جدول زیر آمين های نوع اول، دوم و سوم از لحاظ غلظت معمول مورد استفاده و ظرفيت جذب گازهای اسيدی با يکديگر مقايسه شده اند:
ظرفیت جذب گازهای اسیدی (IB MOL/T)
غلظت معمول (درصد وزنی)
وزن مولکولی
نام آمین
2.53
15-20
61
مونو اتانول امین
2.52
25-35
105
دی اتانول آمین
4.16
35-50
119
متیل دی تانول آمین
همچنين آمينهای نوع اول و دوم به طور مستقيم و سريع با سولفيد هيدروژن و دی اکسيد کربن واکنش میدهند. اين در حاليست که آمين نوع سوم با سولفيد هيدروژن به طور مستقيم و سريع واکنش میدهد، اما با دی اکسيد کربن به آهستگی و در دو مرحله وارد عمل میگردد. بنابراين با محدود کردن زمان تماس آمين و گازهای اسيدی میتوان سولفيد هيدروژن را به صورت انتخابی جدا نمود.
ویژگیهای مونو اتانول آمین
مزایا
معایب
واکنشپذیری بالا
هدر رفت بالا در اثر تبخیر
قیمت پایین
انرژی بالای موردنیاز برای احیاء
امکان جداسازی سولفید کربونیل و دی سولفید کربن
عدم امکان جداسازی گزينش پذير سولفيد هيدروژن در حضور دی اکسيد کربن
پتانسيل خورندگی بالا
فاسد و تجزيه شدن در حضور دی اکسيد کربن، سولفيد کربونيل و دی سولفيد کربن
ویژگی های دی اتانول آمین
مزایا
معایب
پايداری شيميايی بالا
واکنش پذيری کمتر در مقايسه با مونو
اتانول آمين
هدررفت پايين در اثر تبخير
عدم امکان جداسازی گزينش پذير سولفيد
هيدروژن در حضور دی اکسيد کربن
خورندگی کمتر در مقايسه با مونو اتانول آمين
قيمت بالاتر
انرژی کمتر مورد نياز برای احياء
ظرفيت پايين تر جذب گازهای اسيدی و در نتيجه دبی بالاتر در گردش (در مقايسه با مونو اتانول آمين)
عدم فاسد شدن و تجزيه در حضور سولفيد کربونيل و دی سولفيد كربن
ویژگی های متيل دي اتانول آمين
مزایا
معایب
توانايی جداسازی گزينش پذير
قيمت بالاتر در مقايسه با ساير آمين ها
سولفيد هيدروژن در حضور دی اکسيد کربن
سرعت پايين واکنش با دی اکسيد کربن و ظرفيت کمتر جذب آن
انرژی کم مورد نياز برای احياء در مقايسه با ساير آمين ها
خورندگی کم در مقايسه با ساير آمين ها
هدررفت پايين در اثر تبخير
پايداری بالا
ظرفيت بالای جذب گازهای اسيدی (دبی پايين تر در گردش)
آمين های بر پايه متيل دی اتانول آمين
همانطور که در بالا به آن اشاره شد متيل دی اتانول آمين با وجود همه مزايای مهمی که دارد، يک نقطه ضعف اصلی دارد که آن سرعت پايين واکنش با دی اکسيد کربن و در نتيجه ميزان کم جذب دی اکسيد کربن توسط اين حلال میباشد.
برای حل اين مشکل و استفاده از مزايای اين حلال، در سالهای ياخير استفاده از حلالها يا آمين های بر پايه متیل دی اتانول آمین (MDEA- based Amines) شامل آمینهای فرموله شده (Formulated Amines) و مخلوط آمینها (Mixed Amines) گسترش یافته است. در این آمینها به متیل دی اتانول آمین، یک ماده فعالساز یا یک آمین نوع اول یا دوم، افزوده میشود.
در مخلوط آمينها، يک آمين نوع دوم (دی اتانول آمين) يا يک آمين نوع اول (مونو اتانول آمين) به متيل دی اتانول آمين افزوده میشود و در نتيجه با حفظ مزايای متيل دی اتانول آمين، سرعت و ميزان جذب دی اکسيد کربن توسط اين حلال افزايش میيابد.
در واقع در مخلوط آمينها، با تلفيق مزايای هر دو آمين موجود در مخلوط، يعنی ظرفيت بالای جذب گازهای اسيدی توسط متيل دی اتانول آمين و سرعت بالای واکنش آمينهای نوع اول يا دوم با گازهای اسيدی، هم سرعت و ميزان جذب گازهای اسيدی (بخصوص دی اکسيد کربن) افزايش میيابد و هم ميزان انرژی مورد نياز برای احياء حلال به صورت قابل توجهی کاهش مییابد. ضمن اينکه اين حلالها توانايی جداسازی گزينش پذير سولفيد هيدروژن در حضور دی اکسيد کربن را به صورت بسيار مطلوبی دارا هستند.
همچنين خورندگی کمتر و دبی کمتر حلال در گردش مزيت ديگر استفاده از مخلوط آمينها میباشند. همين عوامل سبب شده است تا استفاده از مخلوط آمينها بخصوص در طول دهه اخير، گسترش قابل توجهی در صنعت گاز جهان پيدا نمايد.
فرایند شیرین سازی گاز با آمین
آمين های فرموله شده
درآمينهای فرموله شدهبه متيل دی اتانول آمين، ماده فعالسازی (Activator) افزوده می شود و در نتیجه با تقویت کردن اين آمين و حفظ مزايای آن، نقطه ضعف اصلی آن در ميزان کم جذب دی اکسيد کربن برطرف میشود. اينكار با افزودن سرعت واکنش حلال با دی اکسيد کربن صورت میگيرد. دليل اصلی گسترش کاربرد آنها در صنعت گاز جهان به کاهش اندازه تجهيزات و صرفه جويی انرژی که در اين فرآيندها نسبت به ديگر فرايندهای آمينی صورت میگيرد، برمیگردد. ديگر مزايای استفاده از اين حلالها عبارتند از: کاهش خوردگی و کاهش دبی حلال در گردش
هر کدام از آمينهای فرموله شدهبه طور اختصاصی توسط يک شرکت خاص تهيه میشود و تحت ليسانس اختصاصی آن شرکت میباشد. در جدول زير فهرستی از انواع آمينهای فرموله شده و شرکتهای صاحب ليسانس آنها آمده است.
آمینهای فرموله شده و شرکت صاحب لیسانس
آمین فرموله شده
شرکت صاحب لیسانس
aMDEA
BASF Corporation
EnergizedMDEA
Prosernat
UCARSOL
Dow Chemical Company
JeffTreat
Huntsman Corporation
GAS/SPEC
INEOS
TEXTREAT
Huntsman Corporation
ADIP-X
Shell Global Solutions
متيل دی اتانول آمين فعالسازی شده
يکی از مشهورترين و پرکاربردترين حلالهای فرموله شده، متيل دی اتانول آمين فعالسازی شده (activated MDEA) میباشد که تحت ليسانس شرکت BASF بوده و در اوایل دهه ۱۹۷۰ توسعه پيدا کرد و اولين واحد تجاری آن برای شيرين سازی گاز طبيعی در سال ۱۹۸۲ نصب گرديد. در این حلال با استفاده از پیپرازین (Piperazine) متیل دی اتانول آمین فعالسازی شده و سرعت و میزان جذب دی اکسید کربن به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
با استفاده از متيل دي اتانول آمين فعالسازي شده مي توان غلظت دي اکسيد کربن و سولفيد هيدروژن موجود در گاز شيرين خروجی را به حدود ۵ پی.پی.ام حجمی و ۱ پی.پی.ام حجمی کاهش داد. جذب بسيار پايين هيدروکربنهای سنگين، خورندگی بسيار پايين (به طوريکه در ساخت تجهيزات عمدتاً از کربن استيل میتوان استفاده کرد)، دبی بسيار پايين حلال در گردش، توانايی انجام عمليات فرآورش جريانات گازی در فشارهای بالا ( تا ۱۲۰ بار (bar) و تمایل کم به ایجاد کف از مزایای عمده استفاده از حلال است.
انواع آمین
برای خرید و فروش مواد شیمیایی صنعتی میتوانید از طریق راههای ارتباطی موجود در وبسایت با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال ارتباط برقرار کنید و مواد شیمیایی موردنظر خود را تهیه کنید.