硫酸工業

硫酸工業

基本無機化工之一。

有濃硫酸、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。

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%。

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，廣泛採用不鏽鋼和合金製作。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。

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。

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、O2、N2、CO2、SO2、Cl2、HCl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。

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。

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。

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）

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。