化工生产技术（高教出版社) 04第4章硫酸.docVIP

第四章 硫酸生产技术 第一节 概 述 一、硫酸的性质、产品规格及用途 硫酸纯品为无色、无臭、透明的油状液体，呈强酸性，强吸水性，可以与水以任意比混合，并放出大量的热。硫酸的结晶温度、密度、沸点、蒸汽压以及粘度随着硫酸浓度的不同而变化。硫酸是无机强酸，腐蚀性很强，化学性质很活泼。 二、生产硫酸的原料 生产硫酸的原料主要有硫铁矿、硫磺、硫酸盐、冶炼烟气及含硫化氢的工业废气等。 （一） 硫铁矿 硫铁矿是当前硫酸生产最主要的原料，我国50%以上的硫酸是以硫铁矿为原料生产的。硫铁矿主要成分是FeS2，一般富矿含硫30％～48％，贫矿含硫在25％以下。 将硫铁矿原料处理后，加入沸腾焙烧炉，通入空气氧化焙烧，产生的二氧化硫气体经净化后进入转化器转化为三氧化硫，再经酸吸收，制得硫酸成品。 （二） 硫磺 将硫磺经熔融、焚烧产生二氧化硫气体，经废热锅炉、过滤器，再经通入空气氧化为三氧化硫，再经冷却、酸吸收，制得酸成品。 硫磺原料纯度高、工艺过程简单，不需要复杂的净化工段及废水、废渣治理。炉气中SO2与O2的含量相应提高，从而提高生产能力。 （三） 硫酸盐 硫酸盐还原消耗大量的燃料，硫酸厂与水泥厂联合生产，可以节省能源、降低成本，对发展我国硫酸和水泥工业具有重要意义。 （四） 冶炼烟气 金属冶炼工业产生的大量尾气中都含有二氧化硫，将其中的二氧化硫通过转化器转化为三氧化硫，再经酸吸收，制得硫酸成品，不仅回收了资源，对保护生态环境也有着重大意义。 三、硫酸的生产方法简介 工业上生产硫酸的方法主要有两种，硝化法（塔式法）和接触法。接触法制得的硫酸纯度、浓度比硝化法制得的硫酸高，我国目前全部以接触法生产，其工艺流程因所采用的原料种类不同而有所不同。 接触法不仅可制得任意浓度的硫酸，而且可制得无水三氧化硫及不同浓度的发烟酸，操作简单、稳定，热能利用率高，因此，在硫酸工业中占有重要地位。本章重点介绍接触法生产硫酸。 第二节 二氧化硫炉气的制备 一、硫铁矿的焙烧原理 （一） 焙烧反应 焙烧硫铁矿的反应，主要是矿石中的FeS2与空气中的氧反应，生成二氧化硫炉气。焙烧反应分两步进行： 1．二硫化铁受热分解为FeS和硫磺 2FeS22FeS + S2 = 295.68 kJ （4-12） 由于反应是吸热反应，理论上温度越高，对反应越有利；另外，硫磺平衡蒸汽压的变化也表明了这一点（如表4-1）。 表4-1 硫磺平衡蒸汽压与温度的关系 温度/℃ 580 600 620 650 680 700 压力/Pa 166.67 733.33 2879.9 15133 66799 261331 硫铁矿释放出硫磺后，形成多孔形的一硫化铁。 2．生成的FeS和硫磺与氧反应 S2 + 2O22SO2 =–724.07 kJ （4-13） 4FeS+7O22Fe2O3 + 4SO2 =–2453.3 kJ （4-14） 3FeS +5O2Fe 3O4 + 3SO2 =–1723.79 kJ （4-15） 硫铁矿焙烧总反应式： 4FeS2 +11O28SO2 + 2Fe2O3 =–3310.08 kJ （4-16） 3FeS2 + 8O26SO2 + Fe3O4 =–2366.28 kJ （4-17） 矿石的种类、粒度以及矿石中易燃物的含量等因素，都会影响硫铁矿焙烧时的着火点。通常为了保证硫铁矿焙烧完全，工业上控制焙烧温度在600℃以上。 （二） 焙烧反应动力学 硫铁矿的焙烧是非均相反应过程。反应在两相的接触表面上进行，反应过程可看成由以下步骤组成：①FeS2分解；②氧向硫铁矿表面扩散；③氧与一硫化铁反应；④生成的二氧化硫由表面向气流主体扩散；此外，在表面上还存在着硫磺蒸汽向外扩散及氧和硫的反应等。 焙烧反应的过程速率与过程的扩散阻力及化学反应速率有关。 由前面的分析可知，硫铁矿的焙烧反应，可分为FeS2分解和FeS及单质硫氧化两步。FeS的氧化反应在矿料颗粒外表面及整个颗粒内部进行。矿粒外表面FeS与氧反应后，生成了氧化铁，当氧与颗粒内部的FeS继续反应时，必须要通过颗粒表面的氧化铁层。而内部生成的二氧化硫，也必须通过氧化铁层扩散出来。氧化铁层随着焙烧反应的进行逐渐变厚，氧和二氧化硫通过的扩散阻力也逐渐增大。 确定焙烧过程究竟是动力学控制，还是扩散控制，要通过实验完成，即考察操作温度、反应时间及颗粒大