1、第六章 硫酸工業1 概述一、硫酸工業的重要性及發展概況二、硫酸生產的原料種類三、以硫鐵礦為原料的生產原則流程2 二氧化硫爐氣的制備一、硫鐵礦焙燒反應的原理二、硫鐵礦焙燒的操作條件三、焙燒爐的結構與操作原理3 爐氣的凈化和干燥一、爐氣凈化的目的二、爐氣凈化原理三、爐氣凈化流程四、爐氣的干燥4 二氧化硫的催化氧化一、化學平衡和平衡轉化率二、催化劑和二氧化硫催化氧化反應速率三、最佳工藝條件四、二氧化硫催化氧化的工藝流程5 三氧化硫的吸收一、三氧化硫的吸收原理和操作條件二、三氧化硫吸收工藝流程及設備6 接觸法生產硫酸的全流程 第六章 硫酸工業 本章要求掌握二氧化硫催化氧化的原理，并在此基礎上分析硫酸生

2、產的最佳工藝條件和生產流程。了解運用技術經濟觀點對一般化學生產工藝進行分析的基本方法。 1 概述一、硫酸工業的重要性及發展概況： 硫酸是重要的化學工業產品之一，是許多工業生產所用的重要原料。 硫酸常列為國家主要重工業產品之一。 硫酸的用途十分廣泛，主要有下列幾方面：1、化肥工業： 生產一噸過磷酸鈣要消耗360kg硫酸，生產一噸硫酸銨要消耗750kg硫酸。 目前化肥工業（主要是磷肥）仍然是硫酸的最大用戶。國外化肥用酸約占硫酸總消費量的40%，我國化肥用酸約占50%以上。2、有機合成工業： 在有機合成工業中，硫酸用于各種磺化反應和硝化反應，如生產一噸錦綸要消耗1.7噸發煙硫酸，生產一噸TNT消耗3

3、60kg硫酸，生產醚、酯、有機酸也要消耗硫酸。 3、石油工業： 在石油精煉中要用硫酸除產品中的不飽和烴，每噸柴油要消耗31kg硫酸。4、金屬工業： 金屬銅、鋅、鎘、鎳精煉時，其電解液要用硫酸配制；電鍍、搪瓷等工業部門要用酸除去部件表面的鐵銹和氧化物。5、無機鹽工業： 硫酸用于生產硫酸鹽、磷酸鹽和鉻酸鹽等。6、原子能工業： 硫酸用于離子交換法提取U235。 總之，硫酸的生產涉及到國民經濟許多方面，其消費量是十分龐大的的。雖然有一些工業盡量采取新工藝以減少硫酸的消耗，但硫酸的總產量仍在不斷上升。 世界硫酸產量增長情況（萬噸） 我國硫酸產量增長情況（萬噸）年份19001937195019601970

4、19751978198019841995產量42018802780482291071074112340143011475615000年份194919521958196519701975197819801983198719911992199319941995產量41974225291.4484.7517764.3869.596213141396131415371741 在技術上，我國從1956年起用沸騰焙燒爐代替了機械焙燒爐；在凈化上 采用了“文、泡、文”水洗凈化新工藝和其它一些水洗新工藝；在轉化上開發了新型的釩催化劑和采用了“兩轉兩吸”新工藝。由于新技術和新工藝的采用，使我國硫酸生產的技術水平

5、前進了一大步。二、硫酸生產的原料種類：1、硫： 全世界以硫為原料的硫酸產量已超過硫酸總產量的50%。我國過去很少用硫作原料，近年以硫為原料生產硫酸僅占總產量的1.4%。2、硫鐵礦： 硫鐵礦是我國生產硫酸的主要原料。普通硫鐵礦：呈金黃色，有金屬光澤，含硫25- 52%，鐵35-44%；浮選硫鐵礦：是浮選銅或鋅的硫化物礦所選出的 廢物，又稱尾砂，含硫量為30- 40% ；含煤硫鐵礦：是采煤或選煤時得到的廢物，含硫 35-40%，含碳10-20%。 生產硫酸用的硫鐵礦含硫一般不少于30%。廣東云浮硫鐵礦是我國最大硫鐵礦基地，所產硫鐵礦含硫約為37%。 3、含硫工業廢物： 目前使用較多的廢氣主要是冶金

6、廠的廢氣。用冶金廠廢氣生產的硫酸占總產量的比例：全世界為15%，日本和加拿大為60%和59%。我國近年來使用冶金廠廢氣生產硫酸發展很快，用冶金廠廢氣生產硫酸的比重已從1983年的11%上升到1995年的16.2%。4、硫酸鹽： 自然界產的石膏（CaSO4）、芒硝（Na2SO4）可以作為生產硫酸的原料。如以石膏為原料，可以與水泥聯合生產：生產時向石膏中摻以粘土及其他水泥所需的成分，混合后在爐中灼燒，這時 發生下列反應： 生成的SO2可以用來生產硫酸，CaO則與其他成分結合成水泥。 我國雖有用石膏礦生產硫酸的工廠，但產量不多。 對于一個硫酸廠來講，究竟應該采用哪種原料進行生產，主要決定于該原料是否

7、可以經濟地大量獲得。在我國，主要原料仍然是硫鐵礦（1995年占硫酸總產量的81.6%）。三、以硫鐵礦為原料的生產原則流程：4222CaSOC2CaO + 2SOCO 以硫鐵礦為原料生產硫酸要經歷三個化學反應： 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 2SO2 + O2 = 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4綜上所述，硫酸生產包括下列工序：1、原料工序：2、焙燒工序：3、凈化工序：4、轉化工序：5、成酸工序：以硫鐵礦為原料生產硫酸的原則流程大體如下： 以硫磺為原料生產硫酸的原則流程：硫鐵礦的破碎與配礦硫鐵礦的焙燒爐氣的凈化SO2的催化氧化SO3的吸收硫鐵礦硫酸 2 二

8、氧化硫爐氣的制備一、硫鐵礦焙燒反應的原理：焙燒反應：900時： 以上三個反應是在上述溫度下進行的主要反應，結合起來可以寫成：222F S2FeS(SQ1)e 900222S2O2S2O( )Q22324FeS + 7O= 2Fe O + 4SO + Q(3) 當空氣用量較少，氧氣恰可滿足反應需要而沒有過量時，則發生生成Fe3O4的反應： 副反應： 部分SO2 與過量O2作用生成SO3；金屬的碳酸鹽分解成氧化物并與SO3作用生成硫酸鹽；砷與硒生成氧化物；氟化物與水蒸氣作用生成氟化氫等。二、硫鐵礦焙燒的操作條件： 從二硫化鐵和硫化亞鐵在空氣中的焙燒反應速率以及二硫化鐵在氮氣中加熱分解的速率圖中22

9、2324FeS +11O= 2Fe O + 8SO + 3411kJ223423FeS +8O = Fe O +6SO +2435kJ 可以看出，在硫鐵礦焙燒反應的兩個步驟中，二硫化鐵的分解速率大于硫化亞鐵的焙燒速率。 因此，硫化亞鐵的焙燒反應是整個焙燒過程的控制步驟。 FeS的焙燒是一個非均相反應，它包括下列幾個步驟：、氣流中的O2通過礦粒表面氣膜向礦粒擴散；、O2和固相礦粒進行化學反應；、反應生成的SO2通過氣膜向氣流擴散。影響硫化亞鐵焙燒反應速率的因素包括：1、溫度： 一般將焙燒溫度控制在850-950較為適宜。2、硫鐵礦的粒度： 一般須將礦石粉碎至3-6mm以下。3、氧濃度： 目前我國

10、硫鐵礦焙燒，均采用鼓入空氣的生產流程。三、焙燒爐的結構與操作原理： 焙燒硫鐵礦的爐子根據歷史發展主要有塊礦爐、機械爐和沸騰爐。 沸騰爐的爐體可以自下而上分為四大部分：（1）風室：（2）分布板：（3）沸騰層：（4）沸騰層上部燃燒空間： 3 爐氣的凈化和干燥一、爐氣凈化的目的： 爐氣凈化的目的是根據SO2催化氧化的需要，除去其中有害雜質。爐氣中通常含有下列雜質：固態雜質：鐵、鉛、銅、鈣、鋇、銻、鉍的氧化物 和硫酸鹽；氣態雜質：SO3 、As2O3 、SeO2 、HF。 根據后續工序的需要，爐氣凈化指標如下（mg.m-3）：酸霧5；礦塵2；砷5；氟10；水分1時，制得發煙硫酸；當n=1時，制得無水硫酸；當n1時，制得含水的濃硫酸。一、三氧化硫的吸收原理和操作條件： 三氧化硫能與水極迅速地生成硫酸，并能溶解在任何濃度的硫酸水溶液中，在硫酸生產中多 采用濃度為98.3%的硫酸水溶液來吸收SO3，SO3與其中的水生成硫酸。 要提高SO3的吸收率，必須選擇最適宜的操作條件：1、吸收酸的濃度： 實驗證明，濃度為98.3%的硫酸水溶液，在任何溫度下其表面上總蒸氣壓值最小，用濃度為98.3%的硫酸來吸收SO3的效果最好。2、吸收酸的溫度：