硫酸生产过程

1、硫酸生产过程Page 2硫酸简介 硫酸，化学式H2SO4.是一种无色无味油状液体，是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。硫酸是基本化学工业中重要产品之一。是一种最活泼的二元无机强酸，能和许多金属发生反应。高浓度的硫酸有强烈吸水性，可用作脱水剂，碳化木材、纸张、棉麻织物及生物皮肉等含碳水化合物的物质。Page 3生产硫酸的原料n 生产硫酸最古老的方法是以绿矾为原料，在蒸馏釜中煅烧反应的化学方程式为：n 2FeSO47H2O=Fe2O3+SO2+SO3+14H2On 原料：硫铁矿、硫磺、硫酸盐、含硫化氢的工业废气及冶炼烟气等。n 一、硫铁矿n 主要成分为FeS2,理论含硫量为53

2、.45%,含铁量为46.55% n 硫铁矿按其晶体的结构的不同又分为黄铁矿白铁矿磁黄铁矿或称磁硫铁矿n 硫铁矿按其来源不同分为:普通硫铁矿浮选硫铁矿和尾砂含煤硫铁矿Page 4n 二、硫磺n 制酸原料用硫磺与硫铁矿相比，炉气中的SO2与O2的含量都可相应提高，有利于提高设备的生产能力。n 三、其他含硫原料n 硫酸盐 先将硫酸盐还原得SO2气体，然后再加工成硫酸。n 冶炼烟气 冶炼有色金属过程中产生大量含有二氧化硫烟气，可作为制造硫酸的原料。n 含硫的工业废料 (1)硫化氢气 (2)烟道气Page 5反应原理：n （1）从含硫原料制造二氧化硫的气体 硫磺： S+O2SO2 硫铁矿： 4FeS21

3、1O22Fe2O3+8SO2 （2）将二氧化硫氧化成三氧化硫n SO2+1/2O2=SO3n n （3）三氧化硫与水结合成为硫酸 nSO3+H2O=H2SO4+(n-1)SO3Page 6生产硫酸原理：n 硫酸工业生产四原理n 原理一、增大反应速率原理 1、增大反应物之间的接触面 积2、选择合适的催化剂n 原理二、提高原料转化率原理 1、增大反应物的浓度。2、逆流吸收原理 n 原理三、生产工艺条件优化原理 1、原料气的组成。2、选择合适的温度和压强进行反应n 原理四、经济效益最高原理 1、热能充分利用原理2、循环原理。3、综合利用“三废”废水、废气和废渣。4、生产规模和厂址的选择。Page 7

4、生产硫酸的方法：n 接触法硫酸生产方法：铅室法和接触法。n 铅室法：不能生产浓硫酸，设备腐蚀严重。n 接触法：目前主要生产方法。n 接触法制硫酸可以用硫磺、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气（含有一定量的S02）等作原料。世界上主要用硫黄制硫酸，是因为用硫磺作原料成本低，对环境的污染少。我国由于硫磺矿产资源较少，主要用黄铁矿作原料，部分工厂用有色金属冶炼厂的烟气、矿产硫磺或从石油、天然气脱硫获得的硫磺作原料。Page 8生产硫酸过程n 方法一n 1.制取二氧化硫（沸腾炉）n 燃烧硫或高温处理黄铁矿，制取二氧化硫S+O2=点燃=SO2n 4FeS2+11O2=高温=8SO2+2Fe2O3n 2.

5、接触氧化为三氧化硫（接触室）n 2SO2+O2=五氧化二钒催化并加热=2SO3（可逆反应） 3. 用98.3%硫酸吸收（吸收塔）n SO3+H2SO4=H2S2O7（焦硫酸）n 4.加水 H2S2O7+H2O=2H2SO4n 5.提纯n 可将工业浓硫酸进行蒸馏，便可得到浓度95%98%的商品硫酸。n 二水法磷酸反应后，利用磷石膏，工业循环利用，使用二水法制硫酸。n 方法二n 制取二氧化硫（沸腾炉）n 将二氧化硫溶于水变成亚硫酸n 亚硫酸氧化得硫酸。Page 9n 先将硫磺或黄铁矿在空气中燃烧或焙烧，以得到二氧化硫气体。 将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸的关键，其反应为：2SO2+O22SO3

6、 这个反应在室温和没有催化剂存在时，实际上不能进行。 根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同，制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。 接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾（助催剂）的五氧化二钒V2O5作催化剂，将二氧化硫转化成三氧化硫。 硝化法是用氮的氧化物作递氧剂，把二氧化硫氧化成三氧化硫：SO2+N2O3+H2OH2SO4+2NO 根据所采用设备的不同，硝化法又分为铅室法和塔式法，现在铅室法已被淘汰；塔式法生产的硫酸浓度只有76；而接触法可以生产浓度98以上的硫酸；采用最多。 主要方程式: 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2=2SO3 SO3+H2O=H2SO4

7、Page 10n 硫铁矿n n n Page 11生产硫酸过程简介n 一、硫铁矿的焙烧技术n 几种焙烧技术n 1.常见焙烧（又称氧化焙烧）n 2.磁性焙烧n 3.硫酸化焙烧n 4.脱砷焙烧 硫铁矿的焙烧反应硫铁矿的焙烧反应硫铁矿的焙烧反应过程，可分为两步进行：硫铁矿的焙烧反应过程，可分为两步进行：（1 1）在大约）在大约900900的高温下，硫铁矿受热分解为硫化亚铁和的高温下，硫铁矿受热分解为硫化亚铁和硫硫 Page 12n （2 2）分解产物中的硫燃烧，生成二氧化硫；硫化亚铁氧）分解产物中的硫燃烧，生成二氧化硫；硫化亚铁氧化为三氧化二铁和二氧化硫化为三氧化二铁和二氧化硫n 影响硫化亚铁焙烧反

8、应速率的因素包括：影响硫化亚铁焙烧反应速率的因素包括：n 1. 1.温度温度n 2. 2.硫铁矿的粒度硫铁矿的粒度 n 3. 3.氧浓度氧浓度Page 13二、炉气的净化与干燥 1.湿法 2.干燥法 水洗净化流程及设备水洗净化流程及设备 流程：用大量的冷水喷淋高温炉气，使其温度由流程：用大量的冷水喷淋高温炉气，使其温度由850850950950迅速冷却至迅速冷却至7070以下，炉气中的以下，炉气中的 As As2 2S S3 3、SeOSeO2 2、HFHF和和酸雾等有害杂质进入洗涤水中，矿尘被水洗掉，再将水沫酸雾等有害杂质进入洗涤水中，矿尘被水洗掉，再将水沫与炉气分离。由于炉气中含饱和水蒸气

9、，经干燥塔利用浓与炉气分离。由于炉气中含饱和水蒸气，经干燥塔利用浓硫酸的吸水性将炉气干燥，除去炉气中的水气，达到炉气硫酸的吸水性将炉气干燥，除去炉气中的水气，达到炉气净化之目的要求。净化之目的要求。Page 14炉气干燥原理和工艺条件炉气干燥原理和工艺条件目的目的：二氧化硫炉气经过水洗净化，清除了矿尘、砷、硒、二氧化硫炉气经过水洗净化，清除了矿尘、砷、硒、氟和酸雾等有害杂质，但含有饱和水蒸气，炉气温度愈高，氟和酸雾等有害杂质，但含有饱和水蒸气，炉气温度愈高，饱和水蒸气的含量愈多。水蒸气随炉气被带入转化器内会饱和水蒸气的含量愈多。水蒸气随炉气被带入转化器内会与与SOSO3 3形成酸雾形成酸雾,

10、,损坏钒催化剂，使其活性降低。损坏钒催化剂，使其活性降低。方法方法：常用具有常用具有强烈吸水性的浓硫酸强烈吸水性的浓硫酸作为炉气干燥剂。作为炉气干燥剂。 炉气通入填料干燥塔下部与塔上部淋洒下来的浓硫酸在填炉气通入填料干燥塔下部与塔上部淋洒下来的浓硫酸在填料表面逆流接触，除掉炉气中的水分，达到炉气干燥指标料表面逆流接触，除掉炉气中的水分，达到炉气干燥指标要求。要求。Page 15n 三、二氧化硫催化氧化 用钒做用钒做催化剂催化剂。二氧化硫催化氧化反应放热量不大，而且二氧化硫催化氧化反应放热量不大，而且催化剂的导热系催化剂的导热系数数很小，因此，一般都采用很小，因此，一般都采用绝热多段中间绝热多段

11、中间换热式反应器换热式反应器 。目前多采用四段或五段二氧化硫转化器。目前多采用四段或五段二氧化硫转化器。 若转化器中催化剂层数越多，操作线偏离最适宜温度线的若转化器中催化剂层数越多，操作线偏离最适宜温度线的程度越小，反应速率越大，催化剂用量越小，设备尺寸也程度越小，反应速率越大，催化剂用量越小，设备尺寸也越小。但是，催化剂段数越多，设备越复杂，操作也越复越小。但是，催化剂段数越多，设备越复杂，操作也越复杂。因此，目前二氧化硫转化器多采用四段转化流程。杂。因此，目前二氧化硫转化器多采用四段转化流程。n 四、二氧化硫的转化工艺n 1.一次转化n 2.两次转化n 五、三氧化硫的吸收Page 16n

12、硫酸工业制取流程图Page 17Page 18硫酸生产中的硫酸生产中的“三废三废”治理和环境保护治理和环境保护1. 1.废渣的利用废渣的利用综合利用途径主要有：作为生产水泥的助溶剂；作为炼综合利用途径主要有：作为生产水泥的助溶剂；作为炼铁铁的原料的原料回收矿渣中的贵重有色金属；矿渣制砖、铺回收矿渣中的贵重有色金属；矿渣制砖、铺路等。路等。2. 2.污水的治理污水的治理目前一般水洗硫酸厂的污水大都采用目前一般水洗硫酸厂的污水大都采用石灰乳中和石灰乳中和处理。处理。3. 3.尾气烟害的消除尾气烟害的消除 减少和消除吸收尾气中的二氧化硫和三氧化硫等有害物质减少和消除吸收尾气中的二氧化硫和三氧化硫等有

13、害物质根本的办法是：提高二氧化硫的转化率和三氧化硫生产中根本的办法是：提高二氧化硫的转化率和三氧化硫生产中的吸收率。的吸收率。 一般采用一般采用两种方法两种方法来消除尾气中的烟害。来消除尾气中的烟害。（1 1）采用两转两吸工艺流程）采用两转两吸工艺流程（2 2）采用尾气回收）采用尾气回收Page 19Page 20硫磺制酸工艺流程液硫吸收干燥转化焙烧空气SO293%硫酸98%硫酸SO3Page 21n 由焚硫工段来的SO2炉气以适宜温度进入转化器，在钒触媒的作用下氧化为SO3，释放出的热量维持二次转化的热量，富裕热量回收副产蒸汽。n 在转化系统采用3+1二转二吸流程，即焚硫工段SO2炉气转化器一段一段过热器管外转化器二段二段换热器管内转化器三段三段换热管内三段省煤器管外中间吸收塔三段换热器管外二段换热管外转化器四段四段过热器管外四段省煤器管外最终吸收塔烟囱放空。Page 22硫磺制酸的工艺指标n （1）熔硫蒸气压力 0.5Mpa0.65Mpa n （2）保温蒸气压力 0.35Mpa0.45Mpa n （3）液硫温度135145n （4）过滤机操作压力0.75Mpa n 压差0.3Mpa n （5）液硫酸度20ppmn （6）液硫灰份30ppmn （7）各槽液硫液位50-80% Page 23成分分析n 硬脂酸：作为雪花膏的主要成分，以遮盖作用减缓皮肤水分的蒸发