硫酸生产工艺分析

黄碧怀

（广东湛化集团有限公司，广东湛江 524000）

硫酸在现代科学技术研究与日常生活中的应用十分广泛，在对各行业领域带来影响的同时也促进了硫酸生产行业的不断发展与进步。所以，加强对硫酸生产工艺的研究十分必要，这不仅能实现生产人员的生产技术与水平优化，还能促使硫酸更大使用效益的实现。

1 硫酸生产简述

硫酸生产工艺主要是指生产方式、生产流程两个部分。常见的生产方式包括运用硫磺、磷石膏、烟气以及硫铁矿等进行浓硫酸的制备，其中由于硫磺在当前具有供应量较大、购买成本较低、保证生产效益以及环境保护等多种应用优势，所以大多数的硫酸生产厂都倾向于应用硫磺制酸的方式运用。而在目前的工业硫酸生产中，主要的生产工艺运用为接触法工艺，其主要是用V2O5催化剂和二氧化硫气体进行直接接触，最后实现二氧化硫到三氧化硫的转换。

在该工艺技术中主要涉及的化学反应包括二氧化硫气体的制取、转化以及吸收，这是该工艺的实现核心。若利用硫铁矿制取硫酸，则其相应的流程包括选用符合标准的硫铁矿材料进行工段处理，然后投放至沸腾炉进行焙烧，在这过程中会产生较多的气体。将气体通过废热锅炉进行热量回收，之后再进行相应的气体净化，并将净化后的气体通入到干燥塔中，在其中实现气体的转化。又在加入催化剂的作用下生成三氧化硫气体，并将该气体通入到吸收塔中进行硫酸制备。而硫磺制酸则主要是以固体的硫磺作为基本的生产材料，在实际硫磺制取过程中需通过硫磺熔化、液态硫磺过滤、液态硫磺燃烧、反应余热的回收以及最后制硫工艺的运用实现硫磺的生产。

2 硫酸的各种生产工艺分析

2.1 硫铁矿制酸法

硫铁矿是我国最主要的一种硫源，也是当前我国制酸的主要原料。硫铁矿制酸的工序为原料处理→焙烧→净化→干燥→转化→吸收。经过原理处理之后，硫铁矿中的一些杂质被去除，然后将处理过后的硫铁矿进行焙烧，焙烧之后生成的气体经过处理之后进入到锅炉中进行热量回收，然后净化，再一次去除其中的杂质，净化完成之后进入干燥塔进行干燥。干燥之后的气体开始转化，进行二氧化硫的催化，反应生成三氧化硫制酸。下面对每一个工序进行详细的分析。

原料处理阶段是最开始的阶段。硫铁矿是原始的天然矿石，其中含有很多的杂质，不能直接用于制酸，所以必须要进行最基本的原料处理，降低硫铁矿中的杂质，从而实现制酸过程。

焙烧是制酸工艺的第二道工序。在原料处理过后，硫铁矿中大部分的杂质被消除，接着在沸腾炉中与空气鼓风机送出的空气混合，温度高达800 ℃。焙烧完成之后会形成800～900 ℃的热蒸汽，蒸汽进入热锅炉当中回收一部分的热能，减少能量的损耗。在热量回收之后，混合蒸汽的温度降低至340 ℃左右，然后再通过旋风分离器和电除尘器，将混合蒸汽中的尘量降低至20 g/Nm3，同时混合蒸汽的温度继续下降，最终降低至320 ℃，进行下一道净化工序。

净化工序使用的是动力波洗涤技术。除尘降温的蒸汽进入到洗涤器中，在洗涤器中蒸汽被绝热冷却，然后洗涤去除掉其中的杂质，然后通过动力波洗涤进行气液分离，在分离完成之后，气体进入到冷却塔中绝热冷却，并且去除掉其中的杂质。在这一道工序之后，混合蒸汽中的绝大部分灰尘都被去除掉了，一些可能会发生反应的杂质也被去除掉，混合蒸汽的温度继续降低，低至40 ℃左右。之后气体进入除雾器当中进行除雾，烟气中的酸雾含量低于5 mg/Nm3。在净化工序完成之后，混合蒸汽进入到下一个阶段进行转化和干吸。

干吸和转化阶段是制酸过程中最重要的一环。烟气在净化之后，进入干燥塔除去其中的水分。在经过干燥以后，混合蒸汽的含水量极低。通过鼓风机之后，蒸汽进行转化工序。当前我国制酸过程中常用的转化方法是“3+1”四段双接触工艺，这项技术的转化非常高，近乎可以实现百分百的转化，极大地减少了原料的浪费。干吸系统使用的是三塔双槽流程。干燥塔的干燥原理是利用浓硫酸的吸水性，在干燥塔内循环喷淋浓度高达96%的浓硫酸。在一吸收塔和二吸收塔的内部循环喷淋浓度高达98%的浓硫酸，成品一般是由中间成品槽产出，经过冷却系统冷却之后运往储存罐储存。

我国的硫铁矿资源非常丰富，利用硫铁矿制酸在前几年中是我国的最主要的制酸方法，在整个硫酸产量中贡献了30%，但硫铁矿制酸的工艺时间较长。近年来，随着我国硫磺价格的持续下降以及硫磺制酸工艺的成熟，在近几年硫磺制酸的比重逐渐增加，硫铁矿制酸的比重有所降低。而且硫铁矿制酸过程中会生成许多的小颗粒，对空气和环境造成巨大的污染，还会产生一些矿物残渣，对环境保护非常不利[1]。

2.2 硫磺制酸

近几年来，硫磺制酸在我国制酸中的比重越来越高。硫磺制酸的工序相比于硫铁矿制酸更加简单快捷，可分为熔硫、焚硫转化、干燥成品三个流程。

熔硫工序是硫磺制酸的第一道工序，是将液状的硫输送到焚硫炉中燃烧。为了让硫磺能够一直处在熔融状态下，在焚硫炉中的快速熔硫槽、助滤槽、精馏槽中，都设置有蒸汽加热管，在蒸汽加热管中使用高温蒸汽加热硫磺，使硫磺能够维持很高的温度，保证熔融状态。同时在助滤槽内部还设置有助滤泵，助滤泵可以将助滤剂预涂到硫磺过滤器中[2]。

焚硫转化工序是硫磺制酸中最重要的一环。硫磺经过硫磺喷枪之后液状的硫磺会被雾化，从上一个工序得到了液状的硫磺在经过硫磺喷枪雾化之后会进入焚硫炉焚烧，焚硫所需的空气会经过空气过滤装置过滤，同时空气在经过过滤加压和干燥之后会进入到焚硫炉中。

干燥成品工序是硫磺制酸的最后一道工序。在硫磺焚烧和转化过程中需要的空气在经过过滤加压和干燥之后，空气中的水几乎被全部去除。干燥的空气经过除雾器后其中的酸雾被除去，然后去除酸雾的气体在此进入到焚硫炉中焚烧。焚烧生成的气体经过热量回收装置之后进入转化器中转化。在转化完成之后，一部分的一次转化气被送入到烟酸塔，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，都是使用浓度为98%的浓硫酸进行干燥，依靠的浓硫酸的吸水性除去气体中的水分，同时第一吸收塔的浓硫酸也可以实现循环使用，保证了资源不被浪费。第一吸收塔的气体在经过除雾换热后进入转化器中进行第二次转化，同时继续重复第一吸收塔中发生的过程。在经过两次转化、干燥之后，成品的硫酸从干燥酸循环泵的出口流出，在冷却系统中冷却被储存起来。

硫磺制酸方法的盛行和20世纪90年代国外硫磺价格的下降有很大的关系。和传统的硫铁矿制酸相比，硫磺制酸的时间更短、成本更低、污染也更低。而且专家和学者在研究之后发现，硫磺制酸的效率要比硫铁矿制酸的效率更高，产出相同质量的硫酸，硫磺制酸方法所需要的原料更少。随后我国的生产厂家都开始用硫磺制酸法代替硫铁矿制酸法。在多年的摸索之后，我国的硫磺制酸技术已经非常的成熟，步入了国际一线行列。

2.3 冶炼气制酸

冶炼气制酸是利用金属冶炼产生的气体进行制酸的一种方法。由于不同厂家在冶炼气制酸时所选用的设备和冶炼气的成分不同，冶炼气制酸的工艺流程都不同。我国当前使用的冶炼气制酸包括干法净化冷凝制酸、稀酸净化单接触制酸、非稳态转化制酸、稀酸洗净化双接触制酸四种方法。其中稀酸洗净化双接触法的应用最为广泛，其对硫的利用率也最高，硫酸的质量也能够得到保障，对环境的污染也是最少的[3]。

3 结语

硫酸生产工艺对于提高硫酸生产效率、保证生产质量有着十分重要的意义，我国的硫酸生产企业在生产时使用了硫铁矿制酸、硫磺制酸、冶炼气制酸等方法，每一种制酸方法的应用与时代背景有很深的联系。在2005年之前，硫铁矿制酸所占的比重较大，主要是因为我国的硫铁矿资源丰富，使用硫铁矿制酸的成本较低，但硫铁矿制酸的周期较长且污染较多，硫酸生产企业在进行污染处理时，需要花费大量的成本。在国际硫磺市场的价格下跌之后，硫磺制酸的成本大幅度降低，而且与硫铁矿制酸相比，硫磺制酸的工序更简单，流程更短，污染也更少，更受到硫酸生产企业的青睐，转而在市场上占据更多的份额。