硫酸生產工藝分析

黃碧懷

（廣東湛化集團有限公司，廣東湛江 524000）

硫酸在現代科學技術研究與日常生活中的應用十分廣泛，在對各行業領域帶來影響的同時也促進了硫酸生產行業的不斷發展與進步。所以，加強對硫酸生產工藝的研究十分必要，這不僅能實現生產人員的生產技術與水平優化，還能促使硫酸更大使用效益的實現。

1 硫酸生產簡述

硫酸生產工藝主要是指生產方式、生產流程兩個部分。常見的生產方式包括運用硫磺、磷石膏、煙氣以及硫鐵礦等進行濃硫酸的制備，其中由于硫磺在當前具有供應量較大、購買成本較低、保證生產效益以及環境保護等多種應用優勢，所以大多數的硫酸生產廠都傾向于應用硫磺制酸的方式運用。而在目前的工業硫酸生產中，主要的生產工藝運用為接觸法工藝，其主要是用V2O5催化劑和二氧化硫氣體進行直接接觸，最后實現二氧化硫到三氧化硫的轉換。

在該工藝技術中主要涉及的化學反應包括二氧化硫氣體的制取、轉化以及吸收，這是該工藝的實現核心。若利用硫鐵礦制取硫酸，則其相應的流程包括選用符合標準的硫鐵礦材料進行工段處理，然后投放至沸騰爐進行焙燒，在這過程中會產生較多的氣體。將氣體通過廢熱鍋爐進行熱量回收，之后再進行相應的氣體凈化，并將凈化后的氣體通入到干燥塔中，在其中實現氣體的轉化。又在加入催化劑的作用下生成三氧化硫氣體，并將該氣體通入到吸收塔中進行硫酸制備。而硫磺制酸則主要是以固體的硫磺作為基本的生產材料，在實際硫磺制取過程中需通過硫磺熔化、液態硫磺過濾、液態硫磺燃燒、反應余熱的回收以及最后制硫工藝的運用實現硫磺的生產。

2 硫酸的各種生產工藝分析

2.1 硫鐵礦制酸法

硫鐵礦是我國最主要的一種硫源，也是當前我國制酸的主要原料。硫鐵礦制酸的工序為原料處理→焙燒→凈化→干燥→轉化→吸收。經過原理處理之后，硫鐵礦中的一些雜質被去除，然后將處理過后的硫鐵礦進行焙燒，焙燒之后生成的氣體經過處理之后進入到鍋爐中進行熱量回收，然后凈化，再一次去除其中的雜質，凈化完成之后進入干燥塔進行干燥。干燥之后的氣體開始轉化，進行二氧化硫的催化，反應生成三氧化硫制酸。下面對每一個工序進行詳細的分析。

原料處理階段是最開始的階段。硫鐵礦是原始的天然礦石，其中含有很多的雜質，不能直接用于制酸，所以必須要進行最基本的原料處理，降低硫鐵礦中的雜質，從而實現制酸過程。

焙燒是制酸工藝的第二道工序。在原料處理過后，硫鐵礦中大部分的雜質被消除，接著在沸騰爐中與空氣鼓風機送出的空氣混合，溫度高達800 ℃。焙燒完成之后會形成800～900 ℃的熱蒸汽，蒸汽進入熱鍋爐當中回收一部分的熱能，減少能量的損耗。在熱量回收之后，混合蒸汽的溫度降低至340 ℃左右，然后再通過旋風分離器和電除塵器，將混合蒸汽中的塵量降低至20 g/Nm3，同時混合蒸汽的溫度繼續下降，最終降低至320 ℃，進行下一道凈化工序。

凈化工序使用的是動力波洗滌技術。除塵降溫的蒸汽進入到洗滌器中，在洗滌器中蒸汽被絕熱冷卻，然后洗滌去除掉其中的雜質，然后通過動力波洗滌進行氣液分離，在分離完成之后，氣體進入到冷卻塔中絕熱冷卻，并且去除掉其中的雜質。在這一道工序之后，混合蒸汽中的絕大部分灰塵都被去除掉了，一些可能會發生反應的雜質也被去除掉，混合蒸汽的溫度繼續降低，低至40 ℃左右。之后氣體進入除霧器當中進行除霧，煙氣中的酸霧含量低于5 mg/Nm3。在凈化工序完成之后，混合蒸汽進入到下一個階段進行轉化和干吸。

干吸和轉化階段是制酸過程中最重要的一環。煙氣在凈化之后，進入干燥塔除去其中的水分。在經過干燥以后，混合蒸汽的含水量極低。通過鼓風機之后，蒸汽進行轉化工序。當前我國制酸過程中常用的轉化方法是“3+1”四段雙接觸工藝，這項技術的轉化非常高，近乎可以實現百分百的轉化，極大地減少了原料的浪費。干吸系統使用的是三塔雙槽流程。干燥塔的干燥原理是利用濃硫酸的吸水性，在干燥塔內循環噴淋濃度高達96%的濃硫酸。在一吸收塔和二吸收塔的內部循環噴淋濃度高達98%的濃硫酸，成品一般是由中間成品槽產出，經過冷卻系統冷卻之后運往儲存罐儲存。

我國的硫鐵礦資源非常豐富，利用硫鐵礦制酸在前幾年中是我國的最主要的制酸方法，在整個硫酸產量中貢獻了30%，但硫鐵礦制酸的工藝時間較長。近年來，隨著我國硫磺價格的持續下降以及硫磺制酸工藝的成熟，在近幾年硫磺制酸的比重逐漸增加，硫鐵礦制酸的比重有所降低。而且硫鐵礦制酸過程中會生成許多的小顆粒，對空氣和環境造成巨大的污染，還會產生一些礦物殘渣，對環境保護非常不利[1]。

2.2 硫磺制酸

近幾年來，硫磺制酸在我國制酸中的比重越來越高。硫磺制酸的工序相比于硫鐵礦制酸更加簡單快捷，可分為熔硫、焚硫轉化、干燥成品三個流程。

熔硫工序是硫磺制酸的第一道工序，是將液狀的硫輸送到焚硫爐中燃燒。為了讓硫磺能夠一直處在熔融狀態下，在焚硫爐中的快速熔硫槽、助濾槽、精餾槽中，都設置有蒸汽加熱管，在蒸汽加熱管中使用高溫蒸汽加熱硫磺，使硫磺能夠維持很高的溫度，保證熔融狀態。同時在助濾槽內部還設置有助濾泵，助濾泵可以將助濾劑預涂到硫磺過濾器中[2]。

焚硫轉化工序是硫磺制酸中最重要的一環。硫磺經過硫磺噴槍之后液狀的硫磺會被霧化，從上一個工序得到了液狀的硫磺在經過硫磺噴槍霧化之后會進入焚硫爐焚燒，焚硫所需的空氣會經過空氣過濾裝置過濾，同時空氣在經過過濾加壓和干燥之后會進入到焚硫爐中。

干燥成品工序是硫磺制酸的最后一道工序。在硫磺焚燒和轉化過程中需要的空氣在經過過濾加壓和干燥之后，空氣中的水幾乎被全部去除。干燥的空氣經過除霧器后其中的酸霧被除去，然后去除酸霧的氣體在此進入到焚硫爐中焚燒。焚燒生成的氣體經過熱量回收裝置之后進入轉化器中轉化。在轉化完成之后，一部分的一次轉化氣被送入到煙酸塔，另外一部分送往第一吸收塔，在第一吸收塔的塔底干燥。第一吸收塔和干燥塔的原理基本相同，都是使用濃度為98%的濃硫酸進行干燥，依靠的濃硫酸的吸水性除去氣體中的水分，同時第一吸收塔的濃硫酸也可以實現循環使用，保證了資源不被浪費。第一吸收塔的氣體在經過除霧換熱后進入轉化器中進行第二次轉化，同時繼續重復第一吸收塔中發生的過程。在經過兩次轉化、干燥之后，成品的硫酸從干燥酸循環泵的出口流出，在冷卻系統中冷卻被儲存起來。

硫磺制酸方法的盛行和20世紀90年代國外硫磺價格的下降有很大的關系。和傳統的硫鐵礦制酸相比，硫磺制酸的時間更短、成本更低、污染也更低。而且專家和學者在研究之后發現，硫磺制酸的效率要比硫鐵礦制酸的效率更高，產出相同質量的硫酸，硫磺制酸方法所需要的原料更少。隨后我國的生產廠家都開始用硫磺制酸法代替硫鐵礦制酸法。在多年的摸索之后，我國的硫磺制酸技術已經非常的成熟，步入了國際一線行列。

2.3 冶煉氣制酸

冶煉氣制酸是利用金屬冶煉產生的氣體進行制酸的一種方法。由于不同廠家在冶煉氣制酸時所選用的設備和冶煉氣的成分不同，冶煉氣制酸的工藝流程都不同。我國當前使用的冶煉氣制酸包括干法凈化冷凝制酸、稀酸凈化單接觸制酸、非穩態轉化制酸、稀酸洗凈化雙接觸制酸四種方法。其中稀酸洗凈化雙接觸法的應用最為廣泛，其對硫的利用率也最高，硫酸的質量也能夠得到保障，對環境的污染也是最少的[3]。

3 結語

硫酸生產工藝對于提高硫酸生產效率、保證生產質量有著十分重要的意義，我國的硫酸生產企業在生產時使用了硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉氣制酸等方法，每一種制酸方法的應用與時代背景有很深的聯系。在2005年之前，硫鐵礦制酸所占的比重較大，主要是因為我國的硫鐵礦資源豐富，使用硫鐵礦制酸的成本較低，但硫鐵礦制酸的周期較長且污染較多，硫酸生產企業在進行污染處理時，需要花費大量的成本。在國際硫磺市場的價格下跌之后，硫磺制酸的成本大幅度降低，而且與硫鐵礦制酸相比，硫磺制酸的工序更簡單，流程更短，污染也更少，更受到硫酸生產企業的青睞，轉而在市場上占據更多的份額。