硫酸生產(chǎn)工藝分析

黃碧懷

（廣東湛化集團(tuán)有限公司，廣東湛江 524000）

硫酸在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究與日常生活中的應(yīng)用十分廣泛，在對(duì)各行業(yè)領(lǐng)域帶來影響的同時(shí)也促進(jìn)了硫酸生產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步。所以，加強(qiáng)對(duì)硫酸生產(chǎn)工藝的研究十分必要，這不僅能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)人員的生產(chǎn)技術(shù)與水平優(yōu)化，還能促使硫酸更大使用效益的實(shí)現(xiàn)。

1 硫酸生產(chǎn)簡述

硫酸生產(chǎn)工藝主要是指生產(chǎn)方式、生產(chǎn)流程兩個(gè)部分。常見的生產(chǎn)方式包括運(yùn)用硫磺、磷石膏、煙氣以及硫鐵礦等進(jìn)行濃硫酸的制備，其中由于硫磺在當(dāng)前具有供應(yīng)量較大、購買成本較低、保證生產(chǎn)效益以及環(huán)境保護(hù)等多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，所以大多數(shù)的硫酸生產(chǎn)廠都傾向于應(yīng)用硫磺制酸的方式運(yùn)用。而在目前的工業(yè)硫酸生產(chǎn)中，主要的生產(chǎn)工藝運(yùn)用為接觸法工藝，其主要是用V2O5催化劑和二氧化硫氣體進(jìn)行直接接觸，最后實(shí)現(xiàn)二氧化硫到三氧化硫的轉(zhuǎn)換。

在該工藝技術(shù)中主要涉及的化學(xué)反應(yīng)包括二氧化硫氣體的制取、轉(zhuǎn)化以及吸收，這是該工藝的實(shí)現(xiàn)核心。若利用硫鐵礦制取硫酸，則其相應(yīng)的流程包括選用符合標(biāo)準(zhǔn)的硫鐵礦材料進(jìn)行工段處理，然后投放至沸騰爐進(jìn)行焙燒，在這過程中會(huì)產(chǎn)生較多的氣體。將氣體通過廢熱鍋爐進(jìn)行熱量回收，之后再進(jìn)行相應(yīng)的氣體凈化，并將凈化后的氣體通入到干燥塔中，在其中實(shí)現(xiàn)氣體的轉(zhuǎn)化。又在加入催化劑的作用下生成三氧化硫氣體，并將該氣體通入到吸收塔中進(jìn)行硫酸制備。而硫磺制酸則主要是以固體的硫磺作為基本的生產(chǎn)材料，在實(shí)際硫磺制取過程中需通過硫磺熔化、液態(tài)硫磺過濾、液態(tài)硫磺燃燒、反應(yīng)余熱的回收以及最后制硫工藝的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)硫磺的生產(chǎn)。

2 硫酸的各種生產(chǎn)工藝分析

2.1 硫鐵礦制酸法

硫鐵礦是我國最主要的一種硫源，也是當(dāng)前我國制酸的主要原料。硫鐵礦制酸的工序?yàn)樵咸幚怼簾鷥艋稍铩D(zhuǎn)化→吸收。經(jīng)過原理處理之后，硫鐵礦中的一些雜質(zhì)被去除，然后將處理過后的硫鐵礦進(jìn)行焙燒，焙燒之后生成的氣體經(jīng)過處理之后進(jìn)入到鍋爐中進(jìn)行熱量回收，然后凈化，再一次去除其中的雜質(zhì)，凈化完成之后進(jìn)入干燥塔進(jìn)行干燥。干燥之后的氣體開始轉(zhuǎn)化，進(jìn)行二氧化硫的催化，反應(yīng)生成三氧化硫制酸。下面對(duì)每一個(gè)工序進(jìn)行詳細(xì)的分析。

原料處理階段是最開始的階段。硫鐵礦是原始的天然礦石，其中含有很多的雜質(zhì)，不能直接用于制酸，所以必須要進(jìn)行最基本的原料處理，降低硫鐵礦中的雜質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)制酸過程。

焙燒是制酸工藝的第二道工序。在原料處理過后，硫鐵礦中大部分的雜質(zhì)被消除，接著在沸騰爐中與空氣鼓風(fēng)機(jī)送出的空氣混合，溫度高達(dá)800 ℃。焙燒完成之后會(huì)形成800～900 ℃的熱蒸汽，蒸汽進(jìn)入熱鍋爐當(dāng)中回收一部分的熱能，減少能量的損耗。在熱量回收之后，混合蒸汽的溫度降低至340 ℃左右，然后再通過旋風(fēng)分離器和電除塵器，將混合蒸汽中的塵量降低至20 g/Nm3，同時(shí)混合蒸汽的溫度繼續(xù)下降，最終降低至320 ℃，進(jìn)行下一道凈化工序。

凈化工序使用的是動(dòng)力波洗滌技術(shù)。除塵降溫的蒸汽進(jìn)入到洗滌器中，在洗滌器中蒸汽被絕熱冷卻，然后洗滌去除掉其中的雜質(zhì)，然后通過動(dòng)力波洗滌進(jìn)行氣液分離，在分離完成之后，氣體進(jìn)入到冷卻塔中絕熱冷卻，并且去除掉其中的雜質(zhì)。在這一道工序之后，混合蒸汽中的絕大部分灰塵都被去除掉了，一些可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)的雜質(zhì)也被去除掉，混合蒸汽的溫度繼續(xù)降低，低至40 ℃左右。之后氣體進(jìn)入除霧器當(dāng)中進(jìn)行除霧，煙氣中的酸霧含量低于5 mg/Nm3。在凈化工序完成之后，混合蒸汽進(jìn)入到下一個(gè)階段進(jìn)行轉(zhuǎn)化和干吸。

干吸和轉(zhuǎn)化階段是制酸過程中最重要的一環(huán)。煙氣在凈化之后，進(jìn)入干燥塔除去其中的水分。在經(jīng)過干燥以后，混合蒸汽的含水量極低。通過鼓風(fēng)機(jī)之后，蒸汽進(jìn)行轉(zhuǎn)化工序。當(dāng)前我國制酸過程中常用的轉(zhuǎn)化方法是“3+1”四段雙接觸工藝，這項(xiàng)技術(shù)的轉(zhuǎn)化非常高，近乎可以實(shí)現(xiàn)百分百的轉(zhuǎn)化，極大地減少了原料的浪費(fèi)。干吸系統(tǒng)使用的是三塔雙槽流程。干燥塔的干燥原理是利用濃硫酸的吸水性，在干燥塔內(nèi)循環(huán)噴淋濃度高達(dá)96%的濃硫酸。在一吸收塔和二吸收塔的內(nèi)部循環(huán)噴淋濃度高達(dá)98%的濃硫酸，成品一般是由中間成品槽產(chǎn)出，經(jīng)過冷卻系統(tǒng)冷卻之后運(yùn)往儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存。

我國的硫鐵礦資源非常豐富，利用硫鐵礦制酸在前幾年中是我國的最主要的制酸方法，在整個(gè)硫酸產(chǎn)量中貢獻(xiàn)了30%，但硫鐵礦制酸的工藝時(shí)間較長。近年來，隨著我國硫磺價(jià)格的持續(xù)下降以及硫磺制酸工藝的成熟，在近幾年硫磺制酸的比重逐漸增加，硫鐵礦制酸的比重有所降低。而且硫鐵礦制酸過程中會(huì)生成許多的小顆粒，對(duì)空氣和環(huán)境造成巨大的污染，還會(huì)產(chǎn)生一些礦物殘?jiān)?，?duì)環(huán)境保護(hù)非常不利[1]。

2.2 硫磺制酸

近幾年來，硫磺制酸在我國制酸中的比重越來越高。硫磺制酸的工序相比于硫鐵礦制酸更加簡單快捷，可分為熔硫、焚硫轉(zhuǎn)化、干燥成品三個(gè)流程。

熔硫工序是硫磺制酸的第一道工序，是將液狀的硫輸送到焚硫爐中燃燒。為了讓硫磺能夠一直處在熔融狀態(tài)下，在焚硫爐中的快速熔硫槽、助濾槽、精餾槽中，都設(shè)置有蒸汽加熱管，在蒸汽加熱管中使用高溫蒸汽加熱硫磺，使硫磺能夠維持很高的溫度，保證熔融狀態(tài)。同時(shí)在助濾槽內(nèi)部還設(shè)置有助濾泵，助濾泵可以將助濾劑預(yù)涂到硫磺過濾器中[2]。

焚硫轉(zhuǎn)化工序是硫磺制酸中最重要的一環(huán)。硫磺經(jīng)過硫磺噴槍之后液狀的硫磺會(huì)被霧化，從上一個(gè)工序得到了液狀的硫磺在經(jīng)過硫磺噴槍霧化之后會(huì)進(jìn)入焚硫爐焚燒，焚硫所需的空氣會(huì)經(jīng)過空氣過濾裝置過濾，同時(shí)空氣在經(jīng)過過濾加壓和干燥之后會(huì)進(jìn)入到焚硫爐中。

干燥成品工序是硫磺制酸的最后一道工序。在硫磺焚燒和轉(zhuǎn)化過程中需要的空氣在經(jīng)過過濾加壓和干燥之后，空氣中的水幾乎被全部去除。干燥的空氣經(jīng)過除霧器后其中的酸霧被除去，然后去除酸霧的氣體在此進(jìn)入到焚硫爐中焚燒。焚燒生成的氣體經(jīng)過熱量回收裝置之后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)化完成之后，一部分的一次轉(zhuǎn)化氣被送入到煙酸塔，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，都是使用濃度為98%的濃硫酸進(jìn)行干燥，依靠的濃硫酸的吸水性除去氣體中的水分，同時(shí)第一吸收塔的濃硫酸也可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，保證了資源不被浪費(fèi)。第一吸收塔的氣體在經(jīng)過除霧換熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，同時(shí)繼續(xù)重復(fù)第一吸收塔中發(fā)生的過程。在經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)化、干燥之后，成品的硫酸從干燥酸循環(huán)泵的出口流出，在冷卻系統(tǒng)中冷卻被儲(chǔ)存起來。

硫磺制酸方法的盛行和20世紀(jì)90年代國外硫磺價(jià)格的下降有很大的關(guān)系。和傳統(tǒng)的硫鐵礦制酸相比，硫磺制酸的時(shí)間更短、成本更低、污染也更低。而且專家和學(xué)者在研究之后發(fā)現(xiàn)，硫磺制酸的效率要比硫鐵礦制酸的效率更高，產(chǎn)出相同質(zhì)量的硫酸，硫磺制酸方法所需要的原料更少。隨后我國的生產(chǎn)廠家都開始用硫磺制酸法代替硫鐵礦制酸法。在多年的摸索之后，我國的硫磺制酸技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，步入了國際一線行列。

2.3 冶煉氣制酸

冶煉氣制酸是利用金屬冶煉產(chǎn)生的氣體進(jìn)行制酸的一種方法。由于不同廠家在冶煉氣制酸時(shí)所選用的設(shè)備和冶煉氣的成分不同，冶煉氣制酸的工藝流程都不同。我國當(dāng)前使用的冶煉氣制酸包括干法凈化冷凝制酸、稀酸凈化單接觸制酸、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化制酸、稀酸洗凈化雙接觸制酸四種方法。其中稀酸洗凈化雙接觸法的應(yīng)用最為廣泛，其對(duì)硫的利用率也最高，硫酸的質(zhì)量也能夠得到保障，對(duì)環(huán)境的污染也是最少的[3]。

3 結(jié)語

硫酸生產(chǎn)工藝對(duì)于提高硫酸生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量有著十分重要的意義，我國的硫酸生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)使用了硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉氣制酸等方法，每一種制酸方法的應(yīng)用與時(shí)代背景有很深的聯(lián)系。在2005年之前，硫鐵礦制酸所占的比重較大，主要是因?yàn)槲覈牧蜩F礦資源豐富，使用硫鐵礦制酸的成本較低，但硫鐵礦制酸的周期較長且污染較多，硫酸生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行污染處理時(shí)，需要花費(fèi)大量的成本。在國際硫磺市場的價(jià)格下跌之后，硫磺制酸的成本大幅度降低，而且與硫鐵礦制酸相比，硫磺制酸的工序更簡單，流程更短，污染也更少，更受到硫酸生產(chǎn)企業(yè)的青睞，轉(zhuǎn)而在市場上占據(jù)更多的份額。