硫酸工業

基本無機化工之一

硫酸廣泛用於各個工業部門,主要有化肥工業、冶金工業、石油工業、機械工業醫藥工業、洗滌劑的生產、軍事工業、原子能工業和航天工業等。還用於生產染料、農藥、化學纖維、塑料、塗料,以及各種基本有機和無機化工產品。早期的硫酸工業都採用硝化法,設備生產強度低,產品濃度只有60~76%。20世紀以來,硝化法逐漸被接觸法所取代。生產硫酸的原料有硫黃、硫鐵礦、有色金屬冶鍊煙氣、石膏硫化氫二氧化硫廢硫酸等。硫磺、硫鐵礦和冶鍊煙氣是三種主要原料。

簡介


硫酸工業
基本無機化工之一。

主要產品


濃硫酸稀硫酸發煙硫酸、液體三氧化硫蓄電池硫酸等,也生產高濃度發煙硫酸、液體二氧化硫、亞硫酸銨等產品。

工業部門


硫酸槽車
硫酸槽車
硫酸工業是化學工業中歷史悠久的工業部門,世界硫酸產量仍在逐年增長。1970年世界硫酸產量91152kt,1980年143010kt,1984年147557kt。美國硫酸產量居世界第一位,1984年生產硫酸35863kt,佔世界總產量的24%。其次是前蘇聯,1984年生產硫酸25300kt。發展中國家硫酸產量增長很快。摩洛哥1970年生產硫酸275kt,居世界第28位,1984年硫酸產量增加到4295kt,已躍居世界第6位。巴西和墨西哥的硫酸產量也分別上升到世界第11位和第12位。硫酸的最大消費者在各國均是化肥工業。現代硫酸生產技術主要特點如下:
①強化生產,降低投資。以硫黃制酸為例,進轉化器的二氧化硫濃度已從70年代設計值10.5%提高到12%。轉化器催化劑層的氣體流速從0.36m/s提高到0.45m/s。由於氣體濃度和流速的提高,使生產設備尺寸減小,建設投資降低。
②降低系統阻力,節約動力消耗。傳統的柱狀催化劑改為環形催化劑,使阻力最大的設備——轉化器壓力降減小一半;對於乾燥吸收塔採用大開孔率的填料支承結構和降低填料層高度;使設備配置緊湊,縮短氣體管線長度。所有這些措施都使生產系統阻力降低,從而節省了動力的消耗。
③提高餘熱利用效率。新建硫酸廠都將含硫原料燃燒熱和轉化反應熱,用來生產中壓過熱蒸汽,並用於發電。最近,美國孟山都環境化學公司開發用三氧化硫吸收反應熱,生產低壓蒸汽的技術,使硫酸工業餘熱利用效率大大提高。對於硫黃制酸,餘熱回收效率已達到90~95%。
硫酸工業
硫酸工業
④採用耐腐蝕材料,保證設備可靠運轉。對於易受腐蝕的關鍵部件,廣泛採用不鏽鋼合金製作。例如:已廣泛使用不鏽鋼管殼式酸冷卻器、合金板式換熱器或氟塑料酸冷卻器取代老式的鑄鐵排管冷卻濃硫酸;使用不鏽鋼製作轉化器、換熱器和開工預熱器等。
⑤消除污染。廣泛採用兩轉兩吸流程以減少廢氣污染。還開發了許多種硫酸尾氣處理工藝,可使排入大氣的二氧化硫含量進一步降低到100ppm或50ppm以下。對於冶鍊煙氣制酸和硫鐵礦制酸,採用了分離有害雜質和回收凈化工序廢酸的措施,以消除污水污染。
⑥生產設備的大型化和集中化。目前冶鍊煙氣制酸設備的最大單系列生產能力為日產硫酸2.54kt,硫黃制酸為2.81kt。美國新威爾士工廠集中建設了五套大型硫酸生產裝置,總生產能力達每日11.5kt。生產設備的大型化降低了建設投資和生產費用。
⑦採用電子計算機控制生產。80年代建設的大型硫酸廠,許多都採用電子計算機進行檢測和控制。有的老廠也進行了改造,安裝了電子計算機。使用電子計算機控制生產,可以實現操作的最優化,有利於生產的穩定和成本的降低。
隨著世界人口增加,糧食需要量的增多,化肥的生產將進一步發展。硫酸作為生產磷肥的主要原料,其生產也必將得到迅速發展。發展中國家硫酸工業的發展速度將高於發達國家。
硫酸工業
硫酸工業
中國硫酸工業生產的主要品種是92.5%和98%濃硫酸,以及含遊離三氧化硫20%的發煙硫酸。少數硝化法硫酸廠生產75%稀硫酸,也生產65%發煙硫酸、蓄電池硫酸、液體三氧化硫、液體二氧化硫、亞硫酸銨、亞硫酸氫銨等產品。1983年硫酸產量為8.7Mt,佔世界第三位。硫酸的消費主要用於化肥和其他工業品的生產,總消費量的60%左右用於生產化肥。
硫鐵礦是中國硫酸工業的主要原料,也使用冶鍊廢氣和硫黃生產硫酸。1983年硫酸工業原料構成為:硫鐵礦72.8%,硫黃16%,冶鍊廢氣11.2%。隨著國際市場硫黃價格的升高,已減少了硫黃進口數量,硫黃制酸所佔比例將顯著降低。重點硫酸廠有30家,產量約佔總產量的40%。其餘60%的硫酸由分佈在全國各地的約400家小型硫酸廠生產,每個廠的生產規模一般為年產硫酸10~40kt,也有的達到60~80kt。在生產技術方面,開發了硫鐵礦沸騰焙燒、兩轉兩吸、利用餘熱發電、塑料電除霧器等技術,以及生產環形釩催化劑和氟塑料酸冷卻器等。其中許多已在工業中得到廣泛推廣使用。

主要用途


1.利用其酸性,可制磷肥、氮肥;可除銹;可制實用價值較大的硫酸鹽
2.利用濃硫酸的吸水性,在實驗室常用濃硫酸作吸水劑和乾燥劑。濃硫酸能幹燥中性氣體和酸性氣體,如H2、O2N2CO2SO2Cl2HCl等,但不能幹燥鹼性氣體(NH3)和常溫下具有還原性(H2S、HBr、HI)的氣體。
3.利用濃硫酸的脫水性,濃硫酸常用作精鍊石油的脫水劑、有機反應的脫水劑等。
4.利用濃硫酸的高沸點難揮發性,常用於製取各種揮發性酸
實驗室還常用濃鹽酸跟濃硫酸混合來快速簡易製取HCl氣體。因為濃硫酸具有吸水性,能吸收濃鹽酸中的水,且能放出大量的熱,加速HCl的揮發並能幹燥HCl氣體。

安全性


濃硫酸稀釋:濃硫酸溶於水劇烈放熱,而且密度大於水,因此,稀釋時應注酸入水,並不斷攪拌,以使熱量散發。
硫酸工業
硫酸工業
濃硫酸不慎濺到皮膚上,不能立即用水沖洗,先用干布擦乾,再用大量水清洗,再塗3%到5%的碳酸氫鈉溶液

工業製法


方法一:
生產硫酸的原料有硫黃、硫鐵礦、有色金屬冶鍊煙氣、石膏、硫化氫、二氧化硫和廢硫酸等。硫黃、硫鐵礦和冶鍊煙氣是三種主要原料。
1.製取二氧化硫(沸騰爐)
燃燒硫或高溫處理黃鐵礦,製取二氧化硫S+O2=點燃=SO2
4FeS2+11O2=高溫=8SO2+2Fe2O3
2.接觸氧化為三氧化硫(接觸室)
2SO2+O2=五氧化二釩催化並加熱=2SO3(可逆反應)
3.用98.3%硫酸吸收
SO3+H2SO4=H2S2O7(焦硫酸)
4.加水
H2S2O7+H2O=2H2SO4
5.提純
可將工業濃硫酸進行蒸餾,便可得到濃度95%-98%的商品硫酸。
二水法磷酸反應后,利用磷石膏,工業循環利用,使用二水法制硫酸。
方法二:
1、製取二氧化硫(沸騰爐)
硫酸工業
硫酸工業
燃燒硫或高溫處理黃鐵礦,製取二氧化硫S+O2=點燃=SO2
4FeS2+11O2=高溫=8SO2+2Fe2O3
2、將二氧化硫溶於水變成亞硫酸
3、亞硫酸氧化得硫酸。