硫酸工藝

1概述

2生產硫酸的原料和原則流程

3二氧化硫爐氣的制備

4爐氣的凈化和干燥

5二氧化硫的催化

6三氧化硫的吸收

1.概述

硫酸（H2SO4）的相對分子質量為90.08，純的硫酸是無色、無臭而透明的油狀液體。工業生產的硫酸是含有少量雜質的硫酸水溶液和含游離三氧化硫的發煙硫酸。1.2硫酸工業發展史

8世紀左右，阿拉伯人干餾綠礬（FeSO4·H2O），得到硫酸。19世紀初左右開始鉛室法生產硫酸。1831年英國人P.菲利普斯發明接觸法，并在1875年在工業上應用。目前絕大數為接觸法20世紀50年代初，德國與美國同時開發成功硫鐵礦沸騰焙燒技術。20世紀80年代初，前蘇聯學者提出非穩態轉化器，1982年實現工業化。2.生產硫酸的原料生產硫酸的原料主要是能夠制得二氧化硫的原料。生產硫酸所用的原料不同，制備二氧化硫的化學反應不同，生產工藝流程也不相同。2.1硫鐵礦為原料生產硫酸硫鐵礦的種類和性質

1.硫鐵礦分為普通硫鐵礦和磁硫鐵礦兩類。普通硫鐵礦的主要成分為FeS2，純凈的FeS2多為正方晶系，呈金黃色，稱為黃鐵礦；另一種斜方晶系的FeS2，稱為白鐵礦。還有一種比較復雜的含鐵硫化物，一般可用FenSn+1表示（n≥5），最常見的是Fe7S8，稱為磁硫鐵礦。根據來源不同，硫鐵礦又可以分為：塊狀硫鐵礦、浮選硫鐵礦和含煤硫鐵礦。2.2硫鐵礦為原料生產硫酸的原則流程原料工序焙燒爐內焙燒爐氣凈化轉化器吸收塔硫磺為原料生產硫酸

天然硫磺的開發和從天然氣中回收硫磺為硫酸生產提供了豐富的原料資源。硫磺制酸比硫鐵礦制酸的生產流程簡單;熱能便于回收利用，生產成本低;生產過程沒有污水或污酸排出，有利于環境保護。2.3沸騰焙燒爐的構造和操作原理

沸騰爐一般具有如下優點：①構造簡單，容易制造；②操作簡便，開、停工容易，檢修方便；③能連續加料和連續排渣，便于實現自動控制，可以大大提高生產能力；④由于礦石顆粒表面積大，能與空氣充分接觸，在較大氣速下有利于空氣中氧的擴散，可使礦料焙燒比較完全，并使焙燒反應速率加快。圖4-1沸騰爐示意圖因而脫硫率高，而礦渣中的殘硫可低達0.1～0.5%，有利于節省硫資源和開展礦渣綜合利用，減少對環境的污染；3.爐氣的凈化與干燥爐氣凈化的目的和凈化原理爐氣凈化的目的含有的砷、硒、氟和水分等雜質，在焙燒過程中形成三氧化二砷、二氧化硒和氟化氫等有害物質。砷和硒的氧化物能使轉化工序的釩催化劑中毒而失去活性；氟化氫能腐蝕設備和管道的耐酸襯里和瓷制填料。大量粉塵（包括礦石中的脈石粉塵、Fe2O3、Fe3O4和硫酸鹽粉塵等）和水蒸氣。礦塵不但會阻塞管道和設備，而且在轉化器中Fe2O3和SO3反應，生成硫酸鐵覆蓋在釩催化劑表面而形成硬塊，增大流體阻力，降低催化劑活性；水蒸氣則會與SO3反應，生成硫酸霧。酸霧會腐蝕管道、設備，降低熱交換器的傳熱效果和催化劑的

3.1爐氣凈化的原理設計原則：對于氣體中所含固體粉塵和液滴的分離，是按著從大到小由易到難的順序，采用不同的設備進行逐級分離。先用凈化效能較低的設備分離掉大粒，再用效能較高的設備分離小些的粒子。前級凈化是為了減輕后級凈化的負擔，最后一級凈化是關鍵，它決定凈化指標。

☆懸浮的粒子較大時，靠粒子重力作用，自然沉降分離；☆不太大的粒子，用旋風分離器，利用粒子在旋轉氣流中的離心力，從氣流中分離出來；☆對于更小的粒子（直徑為0.1～0.2um），一種方法是用電濾器；另一種方法是用文氏管洗滌器加旋風分離.

3.2爐氣凈化流程與設備目前爐氣的凈化多采用濕法凈化，濕法凈化分水洗凈化與酸洗凈化兩類。水洗凈化流程及設備流程：用大量的冷水噴淋高溫爐氣，使其溫度由850～950℃迅速冷卻至70℃以下，爐氣中的As2S3、SeO2、HF和酸霧等有害雜質進入洗滌水中，礦塵被水洗掉，再將水沫與爐氣分離。由于爐氣中含飽和水蒸氣，經干燥塔利用濃硫酸的吸水性將爐氣干燥，除去爐氣中的水氣，達到爐氣凈化之目的要求。二氧化硫爐氣的干燥

.爐氣干燥原理和工藝條件目的：二氧化硫爐氣經過水洗凈化，清除了礦塵、砷、硒、氟和酸霧等有害雜質，但含有飽和水蒸氣，爐氣溫度愈高，飽和水蒸氣的含量愈多。水蒸氣隨爐氣被帶入轉化器內會與SO3形成酸霧,損壞釩催化劑，使其活性降低。方法：常用具有強烈吸水性的濃硫酸作為爐氣干燥劑。爐氣通入填料干燥塔下部與塔上部淋灑下來的濃硫酸在填料表面逆流接觸，除掉爐氣中的水分，達到爐氣干燥指標。爐氣干燥工藝條件的選擇問題

1.淋灑酸的濃度和溫度在實際生產中，干燥塔淋灑酸的濃度通常采用93%～95%的硫酸；淋灑酸的溫度一般控制在45℃以下。2.淋灑酸的淋灑量淋灑酸量應保證塔內填料表面被酸濕潤。根據生產經驗，當干燥塔用ф50mm*50mm瓷環亂堆時，淋灑酸密度不得低于12m3·(m2·h）-1，一般控制在12～15m3·(m2.h）-1。另外，進入干燥塔的爐氣溫度高低和帶水量多少，以及爐氣在塔內流速高低，對爐氣干燥效果也有影響。一般要求入干燥塔爐氣溫度控制在35℃以下，爐氣的空塔氣速控制在0.8～1.0m·S-1為宜。目前，許多新型優質填料的研究開發，可允許填料干燥塔空塔氣速1.0～1.5m·S-1。4.二氧化硫的催化二氧化硫的氧化反應是體積縮小的可逆、放熱反應，必須在釩催化劑存在和較高溫度條件下，才有較快的反應速率。但是，由于反應放熱，這個反應在溫度低的條件下平衡轉化率高，其化學反應方程式為4.1最佳工藝條件1.最適宜溫度為保證反應以最大速率進行，充分發揮催化劑的作用，應該使反應由較高溫度開始，隨反應進行，轉化率升高，設法使溫度沿著最適宜溫度曲線逐步降低。2.二氧化碳的起始濃度因此，進入轉化器的二氧化硫的最適宜濃度，必須根據具體流程和原料的具體情況，進行經濟比較后選定

3.最終轉化率高最終轉化率，可以使放空尾氣中二氧化硫含量減少，不但提高了原料中硫的利用率，而且也減少了對大氣的污染；但是，提高最終轉化率需要增加催化劑的用量，并增大了流體阻力。二氧化硫催化氧化的工藝流程與設備

1.中間換熱式四段轉化流程

1—催化劑層；2—列管式熱交換器；3—盤管熱交換器；4—副線閥門；5—爐氣冷激閥；6.7—調節閥2.“兩轉兩吸”工藝：將經過三段催化劑反應后（轉化率高于90%）的混合氣體先通過中間吸收塔進行第一次三氧化硫吸收，借以降低反應混合氣體中三氧化硫濃度；然后再通入第四段催化劑，繼續進行反應，反應生成的三氧化硫最后經第二吸收塔進行二次吸收，從而提高二氧化硫的最終轉化率。

5.三氧化硫的吸收

在硫酸的生產中，三氧化硫是用