История открытия. Сырье и способы получения соляной кислоты

Соляная кислота. Свойства и применение.

Соляная кислота является важнейшим продуктом химической промышленности и представляет собой бесцветную жидкость с острым запахом хлористого водорода.

Соляная кислота применяется в химической, медицинской, пищевой промышленности, цветной и черной металлургии. Кислота соляная также применяется в производстве пластмасс, ядохимикатов, полупродуктов и красителей для очистки поверхности металлов от окислов, карбонатов, в электротехнической, текстильной промышленности.

Соляную кислоту применяют для получения хлоридов Zn, Ba, Mg, Са, Fe, A1 и т.д., для травления при пайке и лужении, и цветной металлургии (извлечение Pt, An), при гидролизе древесины, в производстве красителей, для гидрохлорировании органических соединении и т. д.

Хлористый водород используют для производства хлорорганических продуктов путем гидрохлорировании органических соединений, например этилена, ацетилена.

Алхимики средневековья знали о "Acidum Саluс" (так они называли соляную кислоту) и газ, который из нее образуется, который называли "Соленый воздух". В 17 веке, Иоганн Рудольф Глаубер используя соль (хлорид натрия) и серную кислоту для производства сульфата натрия выделил хлороводород. Карл Вильгельм Шееле также упоминает эту реакцию в 1772 году, открытие хлороводорода приписывается ему. В том же году Джозеф Пристли и Хэмфри Дэви обнаружили, что хлороводород состоит из водорода и хлора.

Во время промышленной революции, спрос на щелочные вещества, такие как карбонат натрия (Na₂CO₃), увеличился, в 1791 году Николя Леблан разработал новый производственный процесс производства кальцинированной соды. В этом методе поваренная соль превращается в карбонат натрия, серную кислоту, известняк и углекислый газ, с хлороводородом в качестве побочного продукта.

К 1863 года, хлористый водород выбрасывался в воздух, но впоследствии с помощью растительной золы хлороводород растворяли в воде, производя соляную кислоту в промышленных масштабах.

В начале 20 века, метод Леблана заменил "метод Сольве", в котором хлороводород не выделялся. Тем не менее, производство хлороводорода продолжалось, поскольку соляная кислота активно используется.

Производство кислоты соляной синтетической освоено в 1962 году.

В 20-м веке, хлороводород начал использоваться для производства хлоропена, винилхлорида и т.д.

За период эксплуатации производился ремонт, усовершенствовалось технологическое оборудование. Высокое качество сырья позволяет получать кислоту высокого качества.

В лабораторных условиях хлороводород получают при действии концентрированной серной кислоты на хлорид натрия при сильном нагревании:

2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl­

В промышленности соляную кислоту получают следующими способами:

- сульфатным;

- синтетическим,

- из абгазов (побочных газов) ряда процессов.

Производство соляной кислоты (реактивной, полученной сульфатным способом, синтетической абгазной) заключается в получении HCI с последующей его абсорбции 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 H₂SO₄ при 500-550ºС. Реакционные газы, отходящие от муфельных печей содержат 50-65% хлороводорода, а газы от реакторов с кипящим слоем до 5% HCl. В настоящее время предложено заменить серную кислоту на смесь SO₂ и О₂ с использованием в качестве катализатора Fe₂O₃ и проведением процесса при температуре 540º.

В основе прямого синтеза соляной кислоты лежит цепная реакция горения:

Cl₂ + H₂ = 2HCl­

Реакция инициируется светом, влагой, твердыми пористыми веществами (древесный уголь, пористая платина) и некоторыми минеральными веществами (кварц, глина). Синтез в камерах сжигания ведут с избытком в 5-10% Н₂. Камеры выполнены из стали, графита, кварца, огнеупорного кирпича. Наиболее современным материалом, предотвращающий 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 150-160ºС. Мощность современных графитовых печей достигает 65т/сут (в пересчете на соляную кислоту содержащую 35% HCI). В случае дефицита водорода применяют различные модификации процесса.

Например, пропускают смесь Cl₂ c водяным паром через слой пористого раскаленного угля:

CO+H₂O+Cl₂=2HCl+CO₂

Более 90% соляной кислоты в СНГ в настоящее время получают из абгазного хлороводорода HCl, образующегося при хлорировании и дегидрохлорировании органических соединений, пиролизе хлорорганических отходов, хлоридов металлов, получении калийных нехлорированных удобрений и др.

Абгазные газы содержат различные количества хлороводорода, инертные примеси (N₂, H₂, CH₄), малорастворимые в воде органические вещества (хлорбензол, хлорметаны), водорастворимые вещества (уксусная кислота, хлораль), кислые примеси и воду.

При содержании инертных примесей менее 40%, является целесообразным применение изотермической абсорбции. Наиболее перспективными являются абсорберы, позволяющие извлекать из исходного абгаза от 65-85% HCl.

В промышленности для получения соляной кислоты наиболее широко применяют схемы адиабатической абсорбции. Абсорбционные газы вводят в нижнюю часть абсорбера, а воду (или разбавленную соляную кислоту – противотоком в верхнюю.

HCl можно получить гидролизом ковалентных галогенидов, таких как хлористые фосфориты, тионилхлорида (SOCl_2), и гидролизом хлорангидридов карбоновых кислот.

Соляную кислоту изготовляют двух марок: А и Б.

Кислота соляная ингибированная Марка А – применяется для кислотной обработки скважин в нефтяной промышленности с целью улучшения сообщаемости скважин с пластом (для расширения и очистки пор и трещин, снятия фильтрационного сопротивления коллектора, сложенного карбонатными породами-доломитами и известняками, или загрязненного карбонатными отложениями).

Кислота соляная марки Б – применяется для травления черных и некоторых цветных металлов и изделий из них, для химической очистки котлов и аппаратов от неорганических отложений.

Соляная кислота выпускается следующих сортов: техническая (27,5% НС1); синтетическая (31% НС1), ингибиторная (20% НС1) и реактивная (35-38% НС1, плотность при 20°С равняется 1,17- 1,19 г/см3).

При работе с соляной кислотой необходимо соблюдать осторожность. Вдыхание хлороводорода может привести к кашлю, удушью, воспаление носа, горла и верхних дыхательных путей, а в тяжелых случаях, отек легких, нарушение работе кровеносной системы, а также смерть. Контактируя с кожей может вызывать покраснение, боль, и тяжелые ожоги. Хлористый водород может вызвать серьезные ожоги глаз и необратимое повреждение глаз.