硫酸工艺综述(论文)
1.概述
1.1硫酸工业发展史
1.约8世纪时，当时阿拉伯的炼金者，用天然铁矾（FeSO4·H2O）干馏而制得硫酸。
2.1570年，G.Donaeus阐明了硫酸的多种性质。
3.1746年，英国人J.Roebuck在伯明翰建成用铅室法制酸的工厂，该法在19世纪上半叶基本成熟。
4.1911年，奥地利人C.Opl在赫鲁绍建成了世界上第一套塔式法制酸的装置。
1.2硫酸的生产原料
生产硫酸的原料主要是能够制得二氧化硫的原料。生产硫酸所用的原料不同，制备二氧化硫的化学反应不同，生产工艺流程也不相同。主要有硫铁矿为原料生产硫酸、硫磺为原料生产硫酸。硫铁矿主要成分FeS2，富矿含S 30~48%。
1.3 接触法生产硫酸的全流程
接触法生产硫酸的全流程，应包括二氧化硫炉气制备、二氧化硫炉气净化、二氧化硫的催化氧化（转化）和三氧化硫吸收四个工序。
2.二氧化硫炉气的制造及净化
2.1硫铁矿的焙烧
硫铁矿分为普通硫铁矿和磁硫铁矿两类。根据来源不同，硫铁矿又可以分为：块状硫铁矿、浮选硫铁矿和含煤硫铁矿。
硫铁矿的焙烧方程式：
2FeS2 =2FeS +S2S2 +2O2 =2SO2FeS +O2→SO2 + Fe2O3 / Fe3O4
总焙烧反应：
4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2 Fe2O33FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4
2.2硫铁矿焙烧过程
2.2.1沸腾焙烧炉
沸腾炉优点：
1.能连续加料和连续排渣，便于实现自动控制，可以大大提高生产能力
2.操作简便
3.构造简单，容易制造
4.可使矿料焙烧比较完全，并使焙烧反应速率加快，脱硫率高
5.不易发生局部过热现象
6.有利于减少净化过程中硫的损失。
沸腾炉缺点：
1.炉气中矿尘含量高，炉气净化工序的设备要求高，负荷重
2.需要采用压头较高的鼓风机，动力消耗较大。
2.3炉气的净化和干燥
2.3.1炉气净化
炉气中有SO3、H2O、As2O3、SeO2、HF、矿尘等杂质，会堵塞管路、使催化剂失活、形成酸雾，所以要净化炉气。炉气净化有水洗流程和酸洗流程。
水洗流程：用大量的冷水喷淋高温炉气，使其温度由850～950℃迅速冷却至70℃以下，炉气中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，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，从而净化炉气。
酸洗流程：用硫酸水溶液洗涤高温炉气，从而达到炉气净化之目的。
2.3.2 二氧化硫炉气的干燥
水蒸气随炉气被带入转化器内会与SO3形成酸雾，损坏钒催化剂，使其活性降低。所以炉气需要干燥。常用具有强烈吸水性的浓硫酸作为炉气干燥剂。
3.二氧化硫催化氧化
3.1 催化剂
目前硫酸工业中二氧化硫催化氧化反应所用催化剂是钒催化剂，也称为钒触媒。以五氧化二钒（V2O5含量5%～10%为主催化剂，氧化钾（K2O）为助催化剂，以硅藻土（主要成分是SiO2）为载体而制成的。钒催化剂一般要求具有起燃温度低、活性温度范围大、活性高、耐高温、抗毒性强、寿命长、比表面积大、流体阻力小、机械强度大等性能。
3.2 二氧化硫催化氧化的工艺流程
3.2.1 中间换热式四段转化流程
二氧化硫催化氧化反应放热量不大，而且催化剂的导热系数很小，因此，一般都采用绝热多段中间换热式反应器。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。
3.2.2 “两转两吸”工艺
将经过三段催化剂反应后（转化率高于90%）的混合气体先通过中间吸收塔进行第一次三氧化硫吸收，借以降低反应混合气体中三氧化硫浓度；然后再通入第四段催化剂，继续进行反应，反应生成的三氧化硫最后经第二吸收塔进行二次吸收，从而提高二氧化硫的最终转化率。
“两转两吸”反应速度快，最终转化率高，采用较高浓度的SO2炉气，减轻尾气污染，热量平衡，增加中间吸收和换热器，气流阻力增加，动力消耗增加。
4 .三氧化硫的吸收
4.1三氧化硫的吸收操作条件
硫酸的生产中，三氧化硫是用含有少量水的浓硫酸来吸收的，使三氧化硫溶于硫酸溶液并与其中的水生成硫酸；或者用含游离态三氧化硫的发烟硫酸吸收，生成发烟硫酸。
4.2发烟硫酸的吸收
设备是发烟硫酸吸收塔，吸收剂为与产品浓度接近的发烟硫酸。
4.3浓硫酸的吸收
设备为浓硫酸吸收塔，吸收剂为98.3%的浓硫酸。
4.4 SO3吸收的工艺流程
转化气冷却→发烟H2SO4吸收塔→浓H2SO4吸收塔→尾气送烟囱或回收
5.三废治理与综合利用
5.1 尾气中有害物质的处理
采用两转两吸工艺流程或采用尾气回收来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。采用尾气回收主要利用利用纯碱水溶液吸收尾气中的二氧化硫，可得副产亚硫酸钠，称为碱法；利用氨水来吸收尾气中的二氧化硫，可得副产亚硫酸铵，称为氨酸法。
5.2 废渣的利用
硫铁矿焙烧后的矿渣主要含三氧化二铁和四氧化三铁。综合利用途径主要
有：用作建筑材料的原料、用作炼铁原料、回收重金属、用于生产Fe2O3颜料铁红。
5.3 排放液的处理
目前一般水洗硫酸厂的污水大都采用石灰乳中和处理。