工业化学-第二章硫酸工业.ppt

1、 课堂练习：1 1、生产硫酸常用哪几种主要原料？、生产硫酸常用哪几种主要原料？、生产硫酸常用哪几种主要原料？、生产硫酸常用哪几种主要原料？2 2、简述硫铁矿生产硫酸的、简述硫铁矿生产硫酸的、简述硫铁矿生产硫酸的、简述硫铁矿生产硫酸的4 4种工艺过程。种工艺过程。种工艺过程。种工艺过程。3 3、试画出硫酸生产的原则流程。、试画出硫酸生产的原则流程。、试画出硫酸生产的原则流程。、试画出硫酸生产的原则流程。4 4、炉气净化有哪几种方法？、炉气净化有哪几种方法？、炉气净化有哪几种方法？、炉气净化有哪几种方法？5 5、转化器每段间为什么要冷却？、转化器每段间为什么要冷却？、转化器每段间为什么要冷却？、转

2、化器每段间为什么要冷却？课下作业：1 1、硫酸生产工艺及设备的基本特点综述。、硫酸生产工艺及设备的基本特点综述。、硫酸生产工艺及设备的基本特点综述。、硫酸生产工艺及设备的基本特点综述。2 2、为什么用浓度为、为什么用浓度为、为什么用浓度为、为什么用浓度为98.3%98.3%的硫酸作为三氧化硫的吸的硫酸作为三氧化硫的吸的硫酸作为三氧化硫的吸的硫酸作为三氧化硫的吸收剂？收剂？收剂？收剂？第二章第二章 硫酸工业硫酸工业北京化工大学机电工程学院目录概述SO2的制取炉气净化关键设备SO2的转化和SO3的吸收 硫酸工业的最新技术 硫酸生产的健康、安全、环保（HSE）2.1 概述 硫酸：纯品为无色、无臭、透

3、明的油状液体，呈强酸性。工业硫酸工业硫酸指SO3和水以一定比例组成的溶液。工业硫酸通常有两种规格93%（质量）硫酸和98%硫酸。相对密度：98%硫酸为1.8365(20)，93%硫酸为1.8276(20)。发烟硫酸指游离三氧化二硫与水的摩尔比超过1.0（SO3和H2O的摩尔比超过）。发烟酸暴露于空气中即释放SO3并形成酸雾，因此得名。2.1 概述 硫酸有很强的吸水能力，与水可以按不同比例混合，并放出大量的热。为无机强酸，腐蚀性很强。化学性很活泼，几乎能与所有金属及其氧化物、氢氧化物反应生成硫酸盐，还能和其他无机酸的盐类作用。在稀释硫酸时，只能注酸入水，切不可注水入酸，以防酸液表面局部过热而发生

4、爆炸喷酸事故。浓度低于76%的硫酸与金属反应会放出氢气。2.1 概述 硫酸有硫酸有“化学工业之母化学工业之母”之称，它的产量在一定程度上标之称，它的产量在一定程度上标志着一个国家工业的发达程度。硫酸的用途十分广泛，主志着一个国家工业的发达程度。硫酸的用途十分广泛，主要有下列几个方面：要有下列几个方面：约占总产约占总产约占总产约占总产量的量的量的量的 60%60%约占总产量的约占总产量的约占总产量的约占总产量的 20%20%产量高低产量高低产量高低产量高低是国民经是国民经是国民经是国民经济发展水济发展水济发展水济发展水平的标志平的标志平的标志平的标志之一。之一。之一。之一。2.1 概述原料黄铁矿

5、化学组成:Fe 46.55%，S 53.45%,混入物有Co、Ni、As、Sb、Cu、Au、Ag等。成因产状:黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物，形成于多种不同地质条件下：是火成岩的附属矿物；黑页岩；结核体；在变质板岩中呈立方晶体；热液矿脉；接触变质岩区域。名称来源:名称pyrite来自于希腊文pgr，意思是火。晶体形态：晶形常呈立方体、五角十二面体，较少呈八面体。在立方体晶面上常能见到晶面条纹。集合体呈粒状或块状。黄铁矿常被误认为黄金，因此也以“傻瓜黄金”或“愚人金”著称。用钢猛击黄铁矿会产生火星。黄铁矿不能用来炼铁，它是制造硫酸和硫磺的主要原料。2.1 概述原料硫磺英文名：sulphur 分子

6、式：S 分子量：32.06 性状：黄色或淡黄色粒（粉）状或片状。沸点444.6摄氏度，易燃烧。一般燃烧温度248261摄氏度。物化性能：黄色固体粉未，有几种同素异形体，其中最稳定的是正交晶体硫，熔点112.8，另一斜晶体硫，熔点心119，通常为两者的混合物，熔点115，相对密度2.07，30.4 时蒸气压0.53mPa,不溶于水，微溶于乙醇和乙醚，结晶状物易溶于二硫化碳，无定形物则不溶液于二硫化碳。易燃烧，并易被水缓慢分解。主要来源：天然气、石油、冶炼烟 气、硫铁矿、煤、天然硫矿特点：杂质较少，故流程短、污染少、利用率高，是制硫酸的最理想原料。硫磺制酸主要工艺流程硫资源的分布2.1 概述原料其

7、它含硫工业废物：有色金属铜、镍、铅、锌等冶炼中产生的二氧化硫烟气，焦炉气等中的硫化氢等。有色金属冶炼过程中产生的含SO2烟气；焦炉气中的H2S气体。这两种原料制硫酸，既综合利用了资源，又消除了公害。冶炼烟气制酸 第第 章章2概概概概 述述述述2.12.1硫酸工业硫酸工业硫酸工业硫酸工业 三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程 1 1、主要工艺过程、主要工艺过程、主要工艺过程、主要工艺过程 1 1）SOSO2 2气体的制备（气体的制备（气体的制备（气体的制备（“炉气制备炉气制备炉气制备炉气制备”或或或或“硫

8、铁矿焙烧硫铁矿焙烧硫铁矿焙烧硫铁矿焙烧”过程）：过程）：过程）：过程）：硫硫硫硫 磺：磺：磺：磺：S+OS+O2 2=SO=SO2 2+Q+Q 硫铁矿：硫铁矿：硫铁矿：硫铁矿：4FeS4FeS2 2+11O+11O2 2=8SO=8SO2 2+2Fe+2Fe2 2OO3 3+Q+Q 2 2）炉气的净化（）炉气的净化（）炉气的净化（）炉气的净化（“炉气精制炉气精制炉气精制炉气精制”过程）：过程）：过程）：过程）：除去炉气中的杂质与水分。除去炉气中的杂质与水分。除去炉气中的杂质与水分。除去炉气中的杂质与水分。3 3）SOSO2 2的催化氧化（的催化氧化（的催化氧化（的催化氧化（“接触转化接触转化接

9、触转化接触转化”过程）：主要反应为过程）：主要反应为过程）：主要反应为过程）：主要反应为 2SO2SO2 2+O+O2 2=2SO=2SO3 3+Q+Q 第第 章章2概概概概 述述述述2.12.1硫酸工业硫酸工业硫酸工业硫酸工业 三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程 1 1、主要工艺过程、主要工艺过程、主要工艺过程、主要工艺过程 4 4）SOSO3 3的吸收：主要反应为的吸收：主要反应为的吸收：主要反应为的吸收：主要反应为 SOSO3 3+H+H2 2O=HO=H2 2SOSO4 4+Q+Q 工业上实际

10、是用循环浓硫酸来吸收工业上实际是用循环浓硫酸来吸收工业上实际是用循环浓硫酸来吸收工业上实际是用循环浓硫酸来吸收SOSO3 3 ，循环酸中的，循环酸中的，循环酸中的，循环酸中的H H2 2OO与与与与SOSO3 3反应即生成硫酸。反应即生成硫酸。反应即生成硫酸。反应即生成硫酸。2 2、其它辅助工艺过程、其它辅助工艺过程、其它辅助工艺过程、其它辅助工艺过程 矿石粉碎、分级、配矿（贫矿与富矿混合使用）、尾气及污矿石粉碎、分级、配矿（贫矿与富矿混合使用）、尾气及污矿石粉碎、分级、配矿（贫矿与富矿混合使用）、尾气及污矿石粉碎、分级、配矿（贫矿与富矿混合使用）、尾气及污水处理等。水处理等。水处理等。水处理

11、等。三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程三、硫铁矿生产硫酸的主要工艺过程 3 3、硫酸生产的原则流程、硫酸生产的原则流程、硫酸生产的原则流程、硫酸生产的原则流程硫硫硫硫铁铁铁铁矿矿矿矿配矿配矿配矿配矿破碎破碎破碎破碎筛分筛分筛分筛分硫铁矿硫铁矿硫铁矿硫铁矿沸腾焙烧沸腾焙烧沸腾焙烧沸腾焙烧炉气冷却炉气冷却炉气冷却炉气冷却干法除尘干法除尘干法除尘干法除尘矿矿矿矿渣渣渣渣空空空空气气气气SOSO2 2炉气炉气炉气炉气矿矿矿矿尘尘尘尘炉气炉气炉气炉气湿法净化湿法净化湿法净化湿法净化泵泵清水清水清水清水炉气的炉气的炉气的炉气的干燥干燥干燥干燥鼓

12、风机鼓风机鼓风机鼓风机湿炉气湿炉气湿炉气湿炉气SOSO2 2催化氧化催化氧化催化氧化催化氧化SOSO3 3吸收吸收吸收吸收9393H H2 2SOSO4 4（9393）硫酸硫酸硫酸硫酸SOSO2 2OO2 2SOSO3 398.398.3H H2 2SOSO4 4（9898）硫酸硫酸硫酸硫酸尾气回收尾气回收尾气回收尾气回收二氧化硫二氧化硫二氧化硫二氧化硫废气废气废气废气放空放空放空放空污水处理污水处理污水处理污水处理沉淀沉淀沉淀沉淀污泥污泥污泥污泥含含含含毒毒毒毒物物物物酸酸酸酸性性性性污污污污水水水水干干干干炉炉炉炉气气气气硫酸生产原则流程硫酸生产原则流程2-12-12.1 概述硫铁矿制酸主

13、要工艺流程 焙烧装置流程图焙烧装置流程图2-22-2气体净化工序流程图气体净化工序流程图2-32-32.1 概述我国的硫酸工业 1876年天津机械局建成我国第一座铅室法硫酸厂，日产硫酸约吨，这也被看作中国近代化学工业的开始。至1949年，全国的硫酸年产量也仅有4万吨。随着我国高浓度磷复肥和有色金属冶炼工业的发展，硫酸产量迅速增加。2003年我国硫酸产量达到3371.2万吨，比上年增产320万吨，增长10.5%，首次超过美国居世界首位。19992003年硫酸产量年平均递增9.3%，其中，硫铁矿制酸递增1.5%；冶炼烟气制酸递增8.5%；硫磺制酸递增23.8%。2004年我国硫酸产量达3994.6

14、万吨，2005年仅1-11月份全国硫酸产量达4211.1万吨。我国硫酸产业取得了巨大发展。硫酸产能的增长硫酸产能比例沸腾炉炉气二氧化硫的制取二氧化硫的制取黄铁矿的沸腾焙烧黄铁矿的沸腾焙烧SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如As、Se等的化合物和矿尘等等。原料粉碎氧气4FeS2(固)+11O2(气)=2Fe2O3(固)+8SO2(气)+Q高温高温除除 尘尘洗洗涤涤干干 燥燥 第第 章章2二氧化硫炉气的制备二氧化硫炉气的制备二氧化硫炉气的制备二氧化硫炉气的制备2.22.2硫酸工业硫酸工业硫酸工业硫酸工业 1 1、焙烧反应是放热、体积减少的反应。、焙烧反应是放热、体积减少的反应。、焙烧反应是放

15、热、体积减少的反应。、焙烧反应是放热、体积减少的反应。反应总式为：反应总式为：反应总式为：反应总式为：4FeS4FeS2 2+11O+11O2 2=8SO=8SO2 2+2Fe+2Fe2 2OO3 3+3310kJ/mol+3310kJ/mol 其放热量约为标准煤的其放热量约为标准煤的其放热量约为标准煤的其放热量约为标准煤的23.6%23.6%，属强放热反应。在正常生产，属强放热反应。在正常生产，属强放热反应。在正常生产，属强放热反应。在正常生产条件下，反应热即可维持系统在高温下的热量平衡，而不必添条件下，反应热即可维持系统在高温下的热量平衡，而不必添条件下，反应热即可维持系统在高温下的热量平

16、衡，而不必添条件下，反应热即可维持系统在高温下的热量平衡，而不必添加燃料或其它能源。加燃料或其它能源。加燃料或其它能源。加燃料或其它能源。2 2、焙烧反应是不可逆的气、焙烧反应是不可逆的气、焙烧反应是不可逆的气、焙烧反应是不可逆的气-固相非均相反应。固相非均相反应。固相非均相反应。固相非均相反应。当温度足够高，氧气足够多，反应可进行完全。当温度足够高，氧气足够多，反应可进行完全。当温度足够高，氧气足够多，反应可进行完全。当温度足够高，氧气足够多，反应可进行完全。2.2.12.2.1硫铁矿焙烧反应的特点硫铁矿焙烧反应的特点硫铁矿焙烧反应的特点硫铁矿焙烧反应的特点第第 章章2二氧化硫炉气的制备二氧化硫炉气的制备二氧化硫炉气的制备二氧化硫炉气的制备2.22.2硫酸工业硫酸工业硫酸工业硫酸工业 3 3、硫铁矿的分解速度取决于化学动、硫铁矿的分解速度取决于化学动、硫铁矿的分解速度取决于化学动、硫铁矿的分解速度取决于化学动力学速度。力学速度。力学速度。力学速度。FeSFeS2 2 分解速度随温度的升高而加快分解速度随温度的升高而加快分解速度随温度的升高而加快分解速度随温度的升高而加快,见图见图见图