年产10万吨硫酸的生产工艺模拟设计综述

硫酸生产工艺流程的综述前言硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛应用于各大工业领域。主要用于生产涂料、合成纤维、洗涤剂、制冷剂、化学肥料、饲料添加剂和石油的精炼、有色金属的冶炼，以及钢铁、医药和化学工业。随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，硫酸在科学技术和人们日常生活中所发挥的作用也越来越大。硫酸跨领域、涉及性广等一系列特点对各个领域产生了重要的影响，而且各个领域对硫酸的重视也促进了硫酸自身的发展和硫酸工业的进步，因此，研究硫酸的生产工艺不仅可以提高硫酸的生产水平，还可以带动其他行业的发展。1硫酸工业的现状及发展趋势1.1国内硫酸发展现状及发展趋势我国的硫酸工业起始于19世纪70年代，当时产量很少。早期的硫酸工业是与军工联系在一起的。最早建设的7个硫酸厂其中就有6个在军工厂内。抗日战争和解放战争时期，解放区的硫酸企业也是为军工服务的。新中国建立后,硫酸工业获得了快速地发展。20世纪50年代以后逐步推广接触法，取代铅室法和塔式法,20世纪80年代以后全部采用接触法。根据1999年底的不完全统计,我国现有硫酸生产厂家632家,生产能力为32500kt/a。[1]1995年的产量为17.16Mt，仅次于美国，世界排名第二。近年来我国硫酸产量如下（Mt）：[2]年份1991199219931994199519961997产量，Mt13.3214.0713.4615.3017.1617.5619.462000—2009年是我国硫酸工业发展最快的阶段,硫酸产量年均增长率为10.4%。2004年我国硫酸产量达到39950kt,首次超过美国位世界第一位,占到当年世界硫酸总产量184990kt的21.6%。2009年硫酸产量创历史新高,达59686kt,占到世界硫酸产量的32.2%,连续6年位居世界第一位。2000-2009年以来,硫磺制酸发展最快，产量年均增长率为18.0%,2009年产量达到27958kt;有色金属工业的发展也直接带动了冶炼烟气制酸的发展,产量年均增长率为11.2%,近5年的年均增长率更是达到15.6%,2009年冶炼烟气制酸产量达到17785kt;受低价进口硫磺和有色金属发展的影响,硫铁矿制酸发较为平缓,产量年均增长率3%,2009年产量为13846kt。[3]随着我国硫酸工业的迅猛发展,硫酸生产原料格局也发生了巨大变化,从硫铁矿占统治地位,逐步形成了“硫磺一冶炼烟气一硫铁矿”三大原料制酸三足鼎立的格局,并且硫磺和冶炼烟气制酸所占比例越来越大。硫磺制酸产量占硫酸总产量的比例由2000年的25.2%提高到2009年的46.8%,冶炼烟气制酸产量占总产量比例由2000年的27.3%提高到2009年的29.8%；硫铁矿制酸产量占总产量比例则由20000年的45.7%下降到2009年的23.2%。[3-4]经过最近25年的发展,我国的硫酸工业产能、产量大幅度增加,技术装备水平持续提高,既满足了化肥生产的需求,为保证我国的粮食安全做出了巨大贡献,又满足了石化、化工、纺织、轻工、有色冶金、钢铁等行业的需求，为国民经济的高速发展提供了重要的保障。1.2国外硫酸发展现状及发展趋势世界硫酸工业生产始于18世纪中叶。1746年建立了第一个铅室法硫酸厂，月产浓度33.4%的硫酸334Kg，用于漂白亚麻。20世纪初，塔式法硫酸生产出现，塔式法的设备生产强度为铅室法的6-10倍，并将成品酸的浓度提高到了75%以上，前苏联对塔式法生产硫酸进行了深入的研究，大大降低了建设硫酸厂的投资并提高了塔的生产强度。1900年美国建立了第一个一硫铁矿为生产原料的接触法硫酸厂，用铂做催化剂。1915年，开始使用钒催化剂，由于钒催化剂价格低廉，对一些有毒害物质的抵抗力较高，昂贵的的铂催化剂和低活性的铁催化剂便渐渐被取代。接触法生产的硫酸浓度高，杂质含量低，用途广，还可以生产发烟硫酸和液体三氧化硫，没有氮氧化物对大气的污染，50年代以来已成为世界硫酸生产的主要方法。1998年世界硫酸生产量约15511万t〔w(H2SO4)100%硫酸〕,比1997年增长2.2%,详见表1,其中约有64%是以元素硫为原料生产的,24%是冶炼烟气制酸,12%以硫铁矿为原料。[5]硫铁矿的焙烧反应过程，由一系列依次进行的阶段所组成。依次为FeS2的分解、氧向硫铁矿表面的扩散、氧与硫化亚铁的反应生成SO2由表面向气流中扩散。在表面上除了FeS与O2的反应外，还进行着硫磺蒸气向外扩散和氧与硫的反应等。炉气的净化就是将出沸腾炉的SO2气体中所含有的某些气态或固态有害杂质通过专门的设备将它们清除。SO2的转化2SO2+O2=2SO3+Q该反应是接触法硫酸生产工艺的核心，它是一个可逆放热反应，在V2O5催化剂的存在下，高于起燃温度时，反应得以进行。然而，随着反应的进行，气体温度升高，平衡向反应式左移，即阻止生成SO3。为了提高SO2转化为SO3的总转化率，必需使经过部分反应的气体通过数段催化剂床层，并且在气体从上一段床层流向下一段时进行中间冷却。

SO3的吸收SO3+H2O→H2SO4+Q。转化工序生成的SO3，在填料吸收塔中被循环的浓硫酸（98.5%）吸收，从气体中除去。硫铁矿制酸的工艺流程图[9]硫铁矿原料经过原料工段处理过的，送入焙烧工序进行硫铁矿的沸腾焙烧，气体经废热锅炉回收热量再经旋风除尘器和电除尘器送入气体净化工序，经净化工序的气体进入干燥塔对气体进行干燥后送入转化工段，进行SO2的催化氧化，反应生成的SO3气体送吸收塔吸收产出硫酸。参考文献[1]郭景芝,茆卫兵.21世纪中国硫酸工业发展趋势[J].硫酸工业,2002,(5):1~8.[2]ChinaDaily.1998(3):8.[3]齐焉,2009年我国硫酸磷肥生产概述[J].硫酸工业,2010（2）；1-5.

[3]郭景芝,资源的全球化配置与我国硫酸工业的原料格局[J].硫酸工业,2005（2）1-6.[5]茆卫兵.国外硫酸工业进展[J].硫酸工业,2000,06:13-17.[6]叶树滋.硫酸生产工艺[M].北京：化学工业出版社，2011,11:12.[7