硫酸工业.ppt

新发展。
1831年，接触法制硫酸
18世纪末和19世纪初， 开始铅室法生产硫酸，
4.1.3 我国的硫酸工业
4-3 我国硫酸产量增长情况
4.2 生产硫酸的原料和原则流程
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。
4.2.1 硫铁矿为原料生产硫酸
6mm以下，以提高焙烧反应速率。 （3）氧浓度 焙烧硫铁矿所用气体中氧的浓度如果较高，则会加快氧气通过矿
粒表面生成的氧化铁薄层向矿粒内扩散的速率，从而可提高硫 铁矿焙烧的反应速率； 但氧浓度高，生成的SO2在Fe2O3的催化作用下而生成SO3，使炉 气冷却后生成酸雾多，会加重净化的负荷。 故目前我国硫铁矿焙烧，均采用鼓入空气的生产流程。
第4章 硫酸工业
4.1 概述 4.2 生产硫酸的原料和原则流程 4.3 二氧化硫炉气的制备 4.4 炉气的净化和干燥 4.5 二氧化硫的催化 4.6 三氧化硫的吸收 4.7 接触法生产硫酸的全流程 4.8 硫酸生产中的技术经济问题
4.1 概述
硫酸（H2SO4）的相对分子质量为90.08，纯的硫酸是无色、无臭 而透明的油状液体。
应 速 率 加 快。
图4-1 沸腾炉示意图
因 而 脱硫 率 高，而 矿 渣 中 的 残 硫 可 低 达0.1～0.5%，有利
于节省硫资源和开展矿渣综合利用，减少对环境的污染；
⑤按炉床截面积计算，焙烧强度可高达7～40t.（m.s2）-1；
⑥在沸腾层内固体矿料混合均匀，不易发生局部过热现象，可允许反应温度 高达900℃以上；
4.3.2 沸腾焙烧炉的构造和操作原理
沸腾炉一般具有如下优点：
①构造简单，容易制造；
② 操作简便，开、停工容易，
检修方便；
③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；
④由于矿石颗粒表面积大，能与
空气充分接触，在较大气速下有
利于空气中氧的扩散，可使矿料
焙 烧 比 较 完 全，并 使 焙 烧 反
(4-3)
综合反应式（4-1)、(4-2)、(4-3），硫铁矿焙烧过程的总反应方程
式为
（4-4）
在硫铁矿焙烧过程中，除上述反应外，当空气量不足，氧浓度低时，还有生 成Fe304的反应
（4-5）
2.硫铁矿焙烧的操作条件
为了提高硫铁矿中硫的烧出率和焙烧反应速率，焙烧反应要在适 宜条件下进行。
为了确定焙烧反应的操作条件，需要研究哪一个反应步骤是决定 整个焙烧反应速率的控制步骤。
工业生产的硫酸是含有少量杂质的硫酸水溶液和含游离三氧化 硫的发烟硫酸。
按国家标准规定，工业硫酸规格如表所示。
表4-1 工业硫酸规格（GB534-82）
4.1.1 硫酸工业在国民经济中的重要地位
硫酸是化学工业中的重要产品之一，被广泛应用于国民经济的各 个部门。
在化肥和农药的生产； 在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应； 在无机化学工业中 ； 在冶金工业中； 在国防工业中； 在石油精炼、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机械加工工业 等许多工业部门；
需要采用压头较高的鼓风机，因而，动力消耗较大。
4.4 炉气的净化和干燥
4.4.1 炉气净化的目的和净化原理
以硫磺为原料，接触法生产硫酸的原则生产流程大致如下列框图所示。
蒸
气
干空气
硫磺
熔硫
硫磺 SO2 燃烧 O2
二氧化硫 催化氧化
硫磺制酸比硫铁矿制酸的生产流程简单;
SO3 三氧化硫 吸收
热能便于回收利用，生产成本低;
生产过程没有污水或污酸排出，有利于环境保护。
4.3 二氧化硫炉气的制备
二氧化硫炉气的制备是生产硫酸必不可少的首要步骤。 各种含硫原料矿成分及制备SO2的焙烧反应，见下表：
2.硫铁矿的破碎与筛分
破碎
细碎
筛分
3.硫铁矿为原料生产硫酸的原则流程 以硫铁矿为原料生产硫酸，主要经历以下三个化学反应：
原料 工序
焙烧炉内焙烧
炉气净 化工序
转化器
吸收塔
以硫铁矿为原料水洗净化生产硫酸的原则流程，大致如下列框图所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.2.2 硫磺为原料生产硫酸
天然硫磺的开发和从天然气中回收硫磺为硫酸生产提供了丰富的 原料资源。
表4-4 含硫原料的种类（组分）与焙烧反应
4.3.1 硫铁矿焙烧的反应原理和操作条件
1.硫铁矿的焙烧反应 硫铁矿的焙烧反应过程，可分为两步进行： （1）在大约900℃的高温下，硫铁矿受热分解为硫化亚铁和硫
(4-1)
（2）分解产物中的硫燃烧，生成二氧化硫；硫化亚铁氧化为三 氧化二铁和二氧化硫
(4-2)
由实验得到 ，硫化亚铁的焙烧反应是整个焙烧过程的控制步骤。 只要设法加快硫化亚铁的焙烧速率，就能提高整个焙烧过程的
速率。
影响硫化亚铁焙烧反应速率的因素包括： （1）温度 在沸腾焙烧炉中，一般将焙烧温度控制在850～950℃较为适宜。 （2）硫铁矿的粒度 焙烧浮选硫铁矿时，不管是尾砂还是硫精砂，由于矿石粒度小， 焙烧反应速率较快，不需进一步破碎； 但在焙烧块状普通硫铁矿时，则需将矿石粉碎至颗粒直径在3～
⑦可以使用粒径小的碎块矿和有色金属矿的尾砂，以及其他含硫量少的低品 位矿石为原料，有利于合理使用硫资源；
⑧炉气中二氧化硫浓度高（SO2体积含量可达13%），而三氧化硫含量低 （SO3在炉气中体积含量约为0.1%～0.3%），有利于减少净化过程中硫的 损失。
沸腾炉也有一些缺点：
主要是炉气中矿尘含量高，炉气净化工序的设备要求高，负荷重；
随着工农业生产的发展，对硫酸的需要量在逐年增长。
表4-2 世界硫酸产量增长情况
目前，世界上硫酸产量最高的国家是美国，其次是前苏联。
4.1.2 硫酸工业发展史
8世纪，当时阿拉伯的炼 金者，用天然铁矾（FeSO4·H2O）
干馏而制得硫酸。
15世纪开始用天然硫磺与 硝石混合，在容器内燃烧，
目前硫酸生产方法绝大多数 为接触法，但亚硝基法也有
1.硫铁矿的种类和性质
硫铁矿分为普通硫铁矿和磁硫铁矿两类。
普通硫铁矿的主要成分为FeS2，纯净的FeS2多为正方晶系，呈金 黄色，称为黄铁矿；另一种斜方晶系的FeS2，称为白铁矿。
还有一种比较复杂的含铁硫化物，一般可用FenSn+1表示（n≥5）， 最常见的是Fe7S8，称为磁硫铁矿。
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。