无机化工生产技术 第七章 硫酸

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1、工业硫酸简易流程图硫铁矿制取二氧化硫原料气二氧化硫炉气净化与干燥二氧化硫的催化氧化三氧化硫的吸收硫酸除去杂质气体、粉尘、水尾气处理1第七章硫酸第一节概述第二节硫铁矿制取二氧化硫炉气第三节炉气的净化与干燥第四节二氧化硫的催化氧化第五节三氧化硫的吸收及尾气的处理3学习目标：1.掌握：硫铁矿焙烧的基本原理；炉气净化与干燥的原理及工艺流程；二氧化硫催化氧化的基本原理、工艺条件的选择及工艺流程；三氧化硫吸收工艺条件的选择及工艺流程。2.理解：沸腾焙烧工艺条件的选择及工艺流程；沸腾焙烧炉及二氧化硫转化器的基本

2、结构；二氧化硫转化器的操作分析。3.了解：硫酸的性质、生产方法；三氧化硫吸收尾气处理的方法。4第一节概述一、硫酸性质纯硫酸(H2SO4)为无色透明油状液体，几乎比水重一倍，相对密度1.8269，不易挥发，溶于水时放热，有比较强的腐蚀性和脱水性。硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。工业生产的硫酸指SO3和以H2O一定比例混合的溶液，而发烟硫酸是其中SO3和H2O摩尔比大于1的溶液，发烟硫酸由于SO3蒸气压较大，暴露在空气中能释放出SO3，和空气中的

3、水蒸气迅速结合并凝聚成酸雾而得名。硫酸浓度以含的H2SO4质量分数表示，而发烟硫酸浓度以所含游离SO3或总SO3的质量分数表示。5第一节概述1.结晶温度:93.3%硫酸：-38℃（最低）99%硫酸：+5.5℃（最高）2.硫酸密度:硫酸水溶液的密度随硫酸含量的增加而增大，于98.3%时达到最大，过后则递减。3.硫酸的沸点:硫酸水溶液的沸点随硫酸含量的增加而增大，于98.3%时达到最高（383.3℃），过后则递减。6第一节概述二、硫酸的生产方法硫酸的工业生产方法主要有两种方法，即亚硝基法和接触法。亚硝

4、基法又称硝化法:以硫璜或含硫矿石（如黄铁矿）为原料，在焚矿炉中燃烧成二氧化硫，除去尘埃，再和硝酸蒸气（氮的氧化物）相混，借助氮的氧化物的交替氧化作用和还原作用使二氧化硫氧化成三氧化硫，最后被水（或稀硫酸）吸收而成硫酸成品。7第一节概述亚硝基法有铅室法和塔式法两种铅室法始于18世纪，因设备庞大，生产强度低，需用大量铅，成品酸浓度仅达65%。塔式法是在铅室法的基础上发展起来的，也因与铅室法一样，制备的硫酸浓度低（产品浓度达75%）、杂质含量高。铅室法和塔式法因其各自的缺点，而逐步被接触法取代。本书主要

5、介绍接触法制硫酸工艺8第一节概述接触法制硫酸工艺由于硫磺及硫化物在空气中易于燃烧，并生成SO2，即S+O2→SO2并在此基础上，使SO2催化氧化，即可获得SO3，即2SO2+O2→2SO3硫酸是SO3和H2O化合后的产物，即2SO3+H2O→H2SO49第一节概述由反应式可知，接触法硫酸生产过程分为三个工序：⑴由含硫原料制取二氧化硫气体，实现这一过程需将含硫原料焙烧，故工业上称为“焙烧工序”；⑵将含二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上称为“转化工序”；⑶将三氧化硫与水结合成硫酸，实现这一过

6、程需将转化所得三氧化硫气体用硫酸吸收，工业上称为“吸收工序”。10第一节概述不论采用何种原料、何种工艺和设备，以上三个工序必不可少，除三个基本工序外，再加上原料的贮存与加工，含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存于计量，三废处理等工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。实现上述这些工序所采用的设备和流程随原料种类、原料特点、建厂具体条件的不同而变化，主要区别在于辅助工序的多少及辅助工序的工作原理。11第一节概述硫化氢制酸是一典型的无辅助工序的过程，硫化氢燃烧后得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入

7、后续转化和吸收工序。硫磺制酸，如使用高纯度硫磺作原料，整个制酸过程只设空气干燥一个辅助工序。冶炼烟气制酸和石膏制酸，焙烧处于有色冶金和水泥制作过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、杂质等，因而需在转化前设置气体净化工序。硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮存和计量工序在该过程中均有。12第二节硫铁矿制取二氧化硫炉气一、硫铁矿焙烧的基本原理1.焙烧反应硫铁矿的焙烧主要是矿石中的FeS2与空气中的氧反应，生成SO2炉气。焙烧反应分两步进行：

8、第一步：硫铁矿在高温下受热分解为硫化亚铁和硫2FeS2=2FeS+S2第二步：硫蒸气的燃烧和硫化亚铁的氧化反应，分解得到硫蒸汽与氧反应，即瞬间生成二氧化硫S2+O2=SO213硫铁矿分解出硫后，剩下的硫化亚铁逐渐变成多孔性物质，继续焙烧，当空气过剩量大时，最后生成红棕色的固态物质三氧化二铁。4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2焙烧反应的总反应式：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2当空气过剩量小时，则生成Fe3O4，固态物质呈黑色；总反应式：3FeS2+8O2=Fe3O