工业硫酸的生产工艺流程.docx

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工业硫酸的生产工艺流程

工业硫酸的生产工艺流程

摘要

硫酸工业是根本无机化工之一。

是一种无色无味油状液体，是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。

硫酸广泛用于各个工业部门，主要有化肥工业、冶金工业、石油工业、机械工业、医药工业、洗涤剂的生产、军事工业、原子能工业和航天工业等。

硫酸的制备方法一般分为实验室制法、自然制法、工业制法。

2003年，我国硫酸产量到达3371.2万t，比上年增产320万t，增长10.5%，摆脱了长期以来位居次席的地位，超越美国的3050万～3100万t。

对现有大、中型硫铁矿制酸能力暂不能盲目改为硫磺制酸，主要是采取积极措施解决对水质的污染问题，降低硫铁矿制酸本钱，增强竞争力；同时积极推广沸腾炉焙烧硫磺技术，在世界硫磺价格适合时，局部矿制酸装置以硫磺为原料生产硫酸，既减少了改造投资，充分利用了世界硫资源，又能为硫磺价格的大幅度波动留有退路。

关键词：

硫酸，工艺流程，理化性质，用途，历史

第一章引言

硫酸工业是根本无机化工之一。

硫酸，化学式为H2SO4，是一种无色无味油状液体，是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。

主要产品有浓硫酸、稀硫酸、发烟硫酸、液体三氧化硫、蓄电池硫酸等，也生产高浓度发烟硫酸、液体二氧化硫、亚硫酸铵等产品。

硫酸广泛用于各个工业部门，主要有化肥工业、冶金工业、石油工业、机械工业、医药工业、洗涤剂的生产、军事工业、原子能工业和航天工业等。

还用于生产染料、农药、化学纤维、塑料、涂料，以及各种根本有机和无机化工产品。

早期的硫酸工业都采用硝化法，设备生产强度低，产品浓度只有60～76％。

20世纪以来，硝化法逐渐被接触法所取代。

生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。

硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。

硫酸作为重要的根本原料，广泛用于化工、轻工、纺织、冶金、石油化工、医药等行业。

目前在化工方面，硫酸主要用于化肥生产，其消费量约占总消费量的70%左右。

因此，化肥工业的开展直接影响硫酸行业的开展。

[1]目前，我国共有硫酸生产企业600多家，其中小型硫酸厂占80%左右，产量占总产量的55%左右，其生产工艺、设备和环保等技术水平相比照拟落后，原材料消耗高，设备效率低，环境污染较严重，经济效益较差，与大型企业相比仍有相当大的差距，严重影响了这些企业的市场竞争力。

硫酸生产路线有硫璜制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。

我国硫酸生产多年来一直是以硫铁矿为主要原料。

而国外根本上是以硫磺为生产原料的。

硫磺制酸与硫铁矿制酸相比，在环境保护、生产本钱以及生产操作等诸多方面存在着一定的优势。

近几年来，我国硫磺制酸开展也比拟快。

2021年三季度我国磷肥生产、销售形势转好，价格低位运行且有所上升；磷复肥进口增加，出口下降；硫酸产量增长，市场稳定；硫磺、硫酸进口量继续增长。

由于市场需求的持续增加，国内硫酸行业继续回暖，11月份，硫酸企业装置开工率提高至75%左右，表现出相对良好的上升势头。

与此同时，硫酸市场价格继续上涨，较上月上涨约10%。

随着硫酸市场将进入季节需求顶峰期，特别是化肥、农药、有色金属等行业的快速增长，将对硫酸工业起到积极的推动作用。

11月份，国内硫酸产量继续提升，市场进一步趋于活泼，产品销售量增加，库存显著下降，各地价格继续上升，总体呈南高北低局面。

各地硫酸价格为：

东北地区93%硫酸出厂报350元，98%硫酸报价450元；华北地区93%硫酸报价250元，98%硫酸报价300元；华东地区93%硫酸报价为310元；华南地区93%硫酸报价190元，98%硫酸报价330元。

国内主要生产厂家硫黄出厂价也有不同程度的提高，具体价格为：

华东上海石化600元，金陵石化650元，镇江石化650元，山东利津石化600元。

由于国内市场需求上升，进口量随之增加。

9月份，硫酸进口19.86万吨，同比增长86.7%；月进口均价13.9美元，同比下降91.8%；累计进口235.9万吨，同比增长76.6%；累计进口均价15美元，同比下降85.4%。

同期，原料硫黄月进口118.28万吨，同比增长105.3%；累计进口971.77万吨，累计增长46.7%。

12月份国内硫酸市场需求将会有所增长，价格仍将有小幅上升的趋势，但供大于求的局面短期内不可能得到全面改变，硫酸市场将呈现缓慢上升的态势。

第二章硫酸的制备工艺

硫酸的制备方法一般分为实验室制法、自然制法、工业制法。

2.1实验室制法

用FeSO4.7H2O加强热，用冰水混合物+U型管冷凝即可，用NaOH吸收SO2，理论可得29.5%的H2SO4。

关键在于尾气吸收。

可将二氧化硫气体通入双氧水制取硫酸，此法占率较低。

2.2自然制法

酸雨能产生硫酸，酸雨中的二氧化硫〔SO2〕与大气中的水反响，生成亚硫酸〔H2SO3〕，亚硫酸又与大气中的氧气反响，生成硫酸〔H2SO4〕，落到地面

2.3工业制法

生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。

硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。

[2-4]

（1）原料的粉碎

将硫铁矿用粉碎机粉碎呈粉末状，然后用输送带送至焙烧炉

（2）制取二氧化硫〔焙烧炉〕

将粉碎好的硫铁矿通过焙烧炉高温焙烧，制取二氧化硫S+O2=点燃=SO2

4FeS2+11O2=高温=8SO2+2Fe2O3

（3）净化

将生成的二氧化硫气体通过动力波、冷却塔、除氟塔、电除雾等设备，其作用是用来降温、除氟、除雾等作用

（4）转化

将净化好的二氧化硫气体通过换热器升温至转化塔通过五氧化二钒催化剂转化生成三氧化硫,2SO2+O2=五氧化二钒催化并加热=2SO3〔可逆反响〕

（5）干吸

用98.3%硫酸吸收SO3+H2SO4=H2S2O7〔焦硫酸〕

（6）加水

H2S2O7+H2O=2H2SO4

（7）提纯

可将工业浓硫酸进行蒸馏，便可得到浓度95%－98%的商品硫酸。

2.4其他硫酸制备工艺[5]

〔1〕氨酸法增浓低浓度二氧化硫气体生产硫酸方法

〔2〕采用就地再生的硫酸作为催化剂的一体化工艺

〔3〕草酸生产中含硫酸废液的回收利用

〔4〕从芳族化合物混酸硝化得到废硫酸的纯化与浓缩工艺

〔5〕从氧化钛生产过程中排出的废硫酸溶液的再生方法

〔6〕从稀硫酸中别离有机磷化合物和其它杂质的方法

〔7〕从制备2-羟基-4-甲硫基丁酸（MHA）工艺的含硫副产物中回收硫酸的方法

〔8〕催化氧化回收含有机物废硫酸的方法

〔9〕电瓶用硫酸生产装置

〔10〕二氧化硫源向硫酸的液相转化方法

〔11〕沸腾炉焙烧硫磺制备硫酸的方法

〔12〕沸腾炉掺烧硫磺生产装置中稀酸的回收利用

〔13〕高浓二氧化硫气三转三吸硫酸生产方法

〔14〕高温浓硫酸液下泵耐磨轴套

〔15〕高效阳极保护管壳式浓硫酸冷却器

〔16〕节能精炼硫酸炉装置

〔17〕精苯再生酸燃烧制取硫酸的方法

〔18〕利用废硫酸再生液的方法和装置

〔19〕利用含硫化氢的酸性气体与硫磺联合制取高浓度硫酸

〔20〕利用含硫化氢的酸性气体制取高浓度硫酸

第三章理化性质

3.1浓硫酸物理性质

性状：

无色无味澄清粘稠油状液体。

成分/组成：

浓硫酸98.0%（浓）<70%（稀）

密度：

98%的浓硫酸1.84g/mL

摩尔质量：

98g/mol

物质的量浓度：

98%的浓硫酸18.4mol/L

相对密度：

1.84。

沸点：

338℃

溶解性：

与水和乙醇混溶

凝固点：

无水酸在10℃，98%硫酸在3℃时凝固。

溶解放热浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅。

〞假设将水倒入浓硫酸中，温度将到达173℃，导致酸液飞溅，造成平安隐患。

硫酸是一种无色黏稠油状液体，是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。

共沸混合物熔点：

10℃沸点：

290℃〔100%酸〕，沸点：

338℃〔98.3%酸〕但是100%的硫酸并不是最稳定的，沸腾时会分解一局部，变为98.3%的浓硫酸，成为338℃〔硫酸水溶液的〕共沸混合物。

加热浓缩硫酸也只能最高到达98.3%的浓度。

吸水性:

它是良好的枯燥剂。

用以枯燥酸性和中性气体，如CO₂，H₂，N₂，NO₂，HCl，SO₂等，不能枯燥碱性气体，如NH3，以及常温下具有复原性的气体，如H2S。

吸水是物理变化过程吸水性与脱水性有很大的不同：

吸收原来就有游离态的水分子，水分子不能被束缚。

将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大，这是因为浓硫酸具有吸水性。

3.2浓硫酸化学性质

1．脱水性

脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或脱去有机物中氢氧元素的过程。

（1）脱水性简介

就硫酸而言，脱水性是浓硫酸的性质，而非稀硫酸的性质，浓硫酸有脱水性且脱水性很强。

（2）可被脱水的物质

物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反响时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比（2:

1）夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水，如五水合硫酸铜（CuSO4·5H2O）。

（3）炭化

可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭。

浓硫酸如C12H22O11=浓硫酸=12C+11H2O

（4）黑面包反响

在200mL烧杯中放入20g蔗糖，参加几滴水，水加适量，搅拌均匀。

然后再参加15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。

观察实验现象。

可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭，还会闻到刺激性气味气体。

C12H22O11=浓硫酸=12C+11H2OC+2H2SO4（浓）==CO2↑+2SO2↑+2H2O

〔5〕络合反响

将SO3通入浓H2SO4中，那么会有“发烟〞现象。

H2SO4+SO3=H2S2O7（亦写为H2O·SO3·SO3）

2．强氧化性

（1）跟金属反响

①常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。

②加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反响，生成高价金属硫酸盐，本身一般被复原成二氧化硫Cu+2H2SO4（浓）=加热=CuSO4+SO2↑+2H2O

2Fe+6H2SO4（浓）=加热=Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O在上述反响中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。

（2）非金属反响

热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸，本身被复原为二氧化硫。

在这类反响中，浓硫酸只表现出氧化性。

　　C+2H2SO4（浓）=加热=CO2↑+2SO2↑+2H2O

　　S+2H2SO4（浓）=加热=3SO2↑+2H2O

　　2P+5H2SO4（浓）=加热=2H3PO4+5SO2↑+2H2O

（3）跟其他复原性物质反响

浓硫酸具有强氧化性，实验室制取硫化氢、溴化氢、碘化氢等复原性气体不能选用浓硫酸。

　　H2S+H2SO4（稀）=S↓+SO2↑+2H2O

　　2HBr+H2SO4（稀）=Br2↑+SO2↑+2H2O

　　2HI+H2SO4（稀）=I2↓+SO2↑+2H2O

3．难挥发性

制氯化氢、硝酸等〔原理：

高沸点酸制低沸点酸〕如，用固体氯化钠与浓硫酸反响制取氯化氢气体

　　NaCl（固）+H2SO4（浓）=NaHSO4+HCl↑（常温）

　　2NaCl（固）+H2SO4（浓）=加热=Na2SO4+2HCl↑（加热）

再如，利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。

酸性：

制化肥，如氮肥、磷肥等

　　2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4

　　Ca3（PO4）2+2H2SO4=2CaSO4+Ca