硫酸的生产与应用.doc

　　 H2SO4　三氧化硫和水的化合物,一种用途很广的强无机酸,是硫酸工业的主产品。无水硫酸(100％ H2SO4)是无色、油状、具有强烈腐蚀性的液体，沸腾时部分分解,最终生成含硫酸98.3％、水1.7％的恒沸混合物特性　硫酸能与水或三氧化硫以任何比例混合，生成各种浓度的硫酸或发烟硫酸。在它们的冰点图中有 7个最低共熔点,商品硫酸和发烟硫酸的浓度大致根据各最低共熔点的组成来选择，以减少贮存和运输时发生冻结的可能性。因此,硫酸品种主要有浓度为75％～78％之间的稀硫酸、浓度为93％和98.3％左右的浓硫酸以及游离三氧化硫浓度为20％和65％的发烟硫酸。根据不同用途，对产品的杂质含量均有相应的限制。稀硫酸能与电动序中位于氢之前的金属作用，生成相应的硫酸盐或酸式硫酸盐并析出氢气。热浓硫酸具有氧化性，能与电动序中位于氢之后的某些金属如铜、银发生反应，本身被还原成二氧化硫，并生成相应的硫酸盐。浓硫酸又具有磺化性和强烈的吸水性。硫酸能分解大多数盐类。　　生产原料　主要有硫磺、硫铁矿和有色金属火法冶炼厂的含二氧化硫烟气；此外，有些国家还利用天然石膏、磷石膏、硫化氢、废硫酸、硫酸亚铁等作为原料。以硫磺为原料生产硫酸具有流程短、投资省、污染少、热能利用率高等优点。在硫酸生产原料中所占比例较大。1983年世界硫酸工业的构成原料中，硫磺占60.5％，硫铁矿占21.0％，冶炼烟气及其他原料占18.5％。中国的硫酸生产以硫铁矿为主要原料，其比例一直保持在70％以上。　　大部分原料需先制成含二氧化硫的原料气，才能进一步制造硫酸。　　接触法生产工艺　接触法的基本原理是应用固体催化剂，以空气中的氧直接氧化二氧化硫。其生产过程通常分为二氧化硫的制备、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收三部分。　　二氧化硫的制备和净化　以不同原料制得的含二氧化硫原料气，其杂质含量相差悬殊。以硫磺为原料时,因纯度高,燃硫所用空气又先经干燥，原料气洁净而干燥,通常无须净化即可进行转化。 以硫化氢为原料时，原料气纯净,但含大量水分,即以湿态进入转化工序。　　以硫铁矿等其他原料制成的原料气，含有矿尘、氧化砷、二氧化硒、氟化氢、氯化氢等杂质，需经过净化，使原料气质量符合转化的要求。为此，经回收余热的原料气，先通过干式净化设备（旋风除尘器、静电除尘器）除去绝大部分矿尘，然后再由湿法净化系统进行净化。湿法净化工艺有水洗净化和酸洗净化。前者是将洗涤水一次通过净化设备，不作循环，原料气的热量和所含杂质均由排放污水带出。生产每吨硫酸约排放污水5～20m3,此法易对环境造成严重危害，故使用者渐少。后者虽也以水作原始洗涤液，但洗涤液在系统中循环，不断吸收原料气中的三氧化硫而成为稀硫酸。所以此法污酸量少，便于处理或利用，应用日益广泛。酸洗净化通常设置两级洗涤系统，每级自成循环。第一级的功能为原料气的净化和绝热增湿，常用设备为空塔、文氏管洗涤器。第二级的主要功能为除热、除湿和原料气的进一步净化，常用设备有填充塔、鼓泡塔。具有代表性的酸洗净化流程有二：其一为立式文氏管洗涤器－间接冷凝器－静电除雾器流程，特点是采用间接冷凝器排除热量和水分；其二为空塔-填充塔-静电除雾器流程，它采用稀酸直接洗涤、冷却原料气，再以稀酸冷却器间接换热，移去酸中热量。　　经过净化的原料气,被水蒸气所饱和,通过喷淋93％硫酸的填料干燥塔，将其中水分含量降至0.1g／m3以下。　　二氧化硫的转化　二氧化硫于转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化：　　　　　　　　SO2+?O2+99.0kJ　　钒催化剂是典型的液相负载型催化剂，它以五氧化二钒为主要活性组分，碱金属氧化物为助催化剂，硅藻土为催化剂载体，有时还加入某些金属或非金属氧化物，以满足强度和活性的特殊需要。通常制成直径4～6mm、长5～15mm柱状颗粒。近年来,丹麦、美国和中国相继开发了球状、环状催化剂，以降低催化床阻力，减少能耗。　　钒催化剂须在某一温度以上才能有效地发挥催化作用,此温度称为起燃温度,通常略高于400℃。近年来,研制成功的低温活性型钒催化剂,其起燃温度降低到370℃左右，因而提高了二氧化硫转化率。转化器进口的原料气温度保持在钒催化剂的起燃温度之上，通常为 410～440℃。在用硫磺或硫化氢为原料的情况下,只需将原料气在废热锅炉中降温至上述温度；而在应用其他原料的情况下，由于原料气经过湿法净化系统后降温至40℃左右，所以必须通过换热器，以转化反应后的热气体间接加热至反应所需温度，再进入转化器。二氧化硫经氧化反应放出的热量，使催化剂层温度升高，二氧化硫平衡转化率随之降低，如温度超过650℃,将使催化剂损坏。为此，将转化器分成3～5层，层间进行间接或直接冷却，使每一催化剂层保持适宜反