【正文】 O4=2H+ + SO4 2 硫酸的用途 （ 1） 用于肥料的生產 硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰或普鈣）這兩種化肥的生產都要消耗大量的硫酸。 2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4 每生產一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成 100%計算） 760kg，每生產一噸過磷酸鈣，就要消耗硫酸 360kg。 （ 2） 用于農藥的生產 許多農藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑，如 1059 乳劑 (45%)和 1605 乳劑 (45%)的生產都需用硫酸。前者每生產 1t 需消耗 20%發(fā)煙硫酸 ， 后者每生產 1t 需消耗硫酸 36kg。為大家所熟悉的滴滴涕，每生產1t 需要 20%發(fā)煙硫酸 。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 5 （ 3） 用 于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產過程需要使用硫酸。 (4)用于石油工業(yè)汽油、潤滑油等石油產品的生產過程中，都需要濃硫酸精煉，以除去其中的含硫化合物和不飽和碳氫化合物。每噸原油精煉需要硫酸約 24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約 31kg。石油工業(yè)所使用的活性白土的制備，也消耗不少硫酸。 (5)在濃縮硝酸中，以濃硫酸為脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸來干燥氯氣、氯化氫氣等；無機鹽工業(yè)中，如冰晶石 (Na3AlF6)、硼砂 (Na2B4O710H2O)、磷酸三鈉(Na3PO4)、磷酸氫二鈉 (Na2HPO4)、硫酸鉛 (PbSO4)、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備都要用硫酸。許多無機酸如磷酸、硼酸、鉻酸 (H2CrO4，有時也指 CrO3)、氫氟酸、氯磺酸 (ClSO3H)；有機酸如草酸 [(COOH)2]、醋酸 (CH3COOH)等的制備，也常需要硫酸作原料。此外煉焦化學工業(yè)（用硫酸來同焦爐氣中的氨起作用副產硫酸銨）、電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、油漆工業(yè)（有機溶劑的制備）、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當數量的硫酸。 (6)用于化學纖維的生產為人民所熟悉的粘膠絲，它需要 使用硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉的混合液作為粘膠抽絲的凝固浴。每生產 1t粘膠纖維，需要消耗硫酸 ～ ，每生產 1t 維尼龍短纖維，就要消耗 98%硫酸 230kg，每生產 1t 卡普綸單體，需要用 %發(fā)煙硫酸。此外，在尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學纖維生產中，也使用相當數量的硫酸。 (7)用于化學纖維以外的高分子化合物生產塑料等高分子化合物，在國民經濟中越來越占有重要的地位。每生產 1t 環(huán)氧樹脂，需用硫酸 ，號稱 “塑料王 ”的聚四氟乙烯，每生產 1t，需用硫酸 ；有機硅樹膠、硅油、丁苯橡膠 及丁腈橡膠等的生產，也都要使用硫酸。 (8)用于染料工業(yè)幾乎沒有一種染料（或其中間體）的制備不需使用硫酸。偶氮染料中間體的制備需要進行磺化反應，苯胺染料中間體的制備需要進行硝化反應，兩者都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。所以有些染料廠就設有硫酸車間，以配合需要。 (9)用于日用品的生產生產合成洗滌劑需要用發(fā)煙硫酸和濃硫酸。塑料的增塑劑（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、賽璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸來制濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 6 備。玻璃紙、羊皮紙的制造，也需要使用硫酸。此外，紡織印染工業(yè)、搪瓷工業(yè)、小五金工業(yè)、肥皂工業(yè)、人造香料工 業(yè)等生產部門，也都需要使用硫酸。 (10)用于制藥工業(yè)磺胺藥物的制備過程中的磺化反應，強力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應，都需用硫酸。此外，許多抗生素的制備，常用藥物如阿斯匹林、咖啡因、維生素 B B12 及維生素 C、某些激素、異煙肼、紅汞、糖精等的制備，無不需用硫酸。 (11)與原子能工業(yè)及火箭技術的關系 原子反應堆用的核燃料的生產，反應堆用的鈦、鋁等合金材料的制備，以及用于制造火箭、超聲速噴氣飛機和人造衛(wèi)星的材料的鈦合金，都和硫酸有直接或間接的關系。從硼砂制備硼烷的過程需要多量硫酸。硼烷的衍 生物是最重要的一種高能燃料。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來分離鈾 235 的一種原料。 由此可見，硫酸與國防工業(yè)和尖端科學技術都有著密切的關系。 硫酸生產的工藝比較 目前硫酸生產的主要方法有硫磺制酸、硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸及其他制酸四種生產方法。下面對硫磺制酸和硫鐵礦制酸兩種制酸方法進行工藝比較，突出硫磺制硫酸的工藝和理性。 硫磺與硫鐵礦的工藝比較 采用礦石制酸工藝 , 若 裝置生產能力為年產 15萬 t硫酸。礦石經提取礦中有效成分硫元素后 , 產出的大量礦渣部分處理到鋼鐵廠作為煉鐵原料 , 大部分 作為水泥廠生產中的添加料 , 以調整水泥原料成分 , 增加水泥強度。 礦石制酸工藝存在的最大問題是對環(huán)境污染大 ,大量的污水、粉塵及礦渣嚴重影響著周圍環(huán)境 。 另外操作環(huán)境惡劣、操作強度高。同時能耗也高 , 環(huán)保費用無法承受。而在人們對環(huán)境質量要求越來越高 , 政府對環(huán)境整治決心越來越大的現狀下 ,上硫廠的硫酸生產到了非采取 “ 行動 ” 不可的時候了。是保留原生產工藝礦石制酸 , 而加大環(huán)保治理投入 , 還是選擇從工藝流程上改進措施 , 從根本上解決問題 ? 經過認真深入的分析研究 , 最終上硫廠選擇了工藝改進的方案 , 由礦石制酸改為硫 磺制酸工藝 , 即以液體硫磺為原料來生產硫酸 , 從根本上解決了礦石 制酸生產時產出的大量污水、粉塵、礦渣對環(huán)境的污染問題。使上硫廠從沉重的環(huán)保困境中得以解脫 , 使生產經營濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 7 步入良性循環(huán)。 硫磺制酸與礦石制酸工藝比較 , 消除污染源 硫磺制酸工藝少了粉碎、水洗凈化兩道復雜的工序 , 同時也消除了大量污染源 —— 粉塵、污水、礦渣。 ( 1) 工藝過程改進后 , 動力設備投用量大幅減少 , 動力消耗明顯下降。礦石制酸電耗為 110 kWh/t, 硫磺制酸為 70 kW h/t, 下降了 36%。 深井水用量從 100 萬 t/a, 下降到 20萬 t/a。 ( 2) 硫磺制酸工藝能源利用更加合理。硫磺爐出口的 1000℃溫度的二氧化硫氣體經中壓鍋爐、過熱器、省煤器充分利用熱量后 , 二氧化硫氣體降溫至 420℃進入轉化器。 3. 生產場地縮小為企業(yè)提供了發(fā)展空間 由于工藝過程改進后 , 工藝路線大幅縮短 ， 生產用地大幅縮小 , 現生產裝置占地僅不到原裝置的十分之一 , 且節(jié)省了大量礦料和礦渣堆場 , 這對企業(yè)的發(fā)展和充分利用土地資源極為重要。 4. 工藝改造前后的效果 表 11 礦石工藝與硫磺工藝比較 懸浮物 (噸 /年） 砷 (噸 /年 ) 氟 (噸 /年 ) 污水量 (萬噸 /年 ) 排污費 (萬元 /年 ) 礦石工藝 670 12 430 87 硫磺工藝 116 0 0 168 27 綜上所述硫磺制酸工藝相對礦石制酸工藝有許多的改進之處 , 它是一條清潔生產的工藝，更節(jié)能環(huán)保 , 只有這樣的生產工藝才能使化工企業(yè)生存和發(fā)展得更好。走好可持續(xù)發(fā)展之路，利國利民。 冶煉煙氣 冶煉煙氣制酸前冶煉煙氣收塵需用收塵用的電除塵器，電除塵器內部結構較復雜，體積較大需要較高的能耗，且需定期的維護保養(yǎng)，增加了設 備費用。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 8 表 12 各種制酸方法消耗定額的比較 消 耗定額 硫磺法 硫鐵礦法 冶煉煙氣法 硫磺（ %） /（ t/t） 硫鐵礦（含硫 35%） /(t/t) 電 /kw h t1 綜上所述，硫鐵礦制酸生產工藝復雜、管理要求高、操作環(huán)境差及需要處理大量的固體和液體廢物。此工藝存在一定的局限性，因此 本設計采用硫磺制硫酸。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 9 第二章 硫磺制硫酸的工藝流程與操作指標 原料及反應原理 原料 硫磺制硫酸的主要 原料為硫磺、氧氣。其主要原料及規(guī)格見表 21。 表 21 硫磺的成分及其含量 含 S ≥ % 含灰分 ≤ % 酸度（以 H2SO4） ≤ % 含 As ≤ % 含有機物 ≤ % 含水分 ≤ % 機械雜質 無 表 22 空氣成分 氮氣 氧氣 反應原理 將硫磺經熔融、焚燒產生二氧化硫氣體，經廢熱鍋爐、過濾器，再通入空氣氧化轉化成三氧化硫，再經冷卻、酸吸收，制得成品硫酸。其反應方程式如下： S+O2=SO2+Q 2SO2+O2=2SO3+Q SO3+H2O=H2SO4+Q 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 工藝流程 5. 硫酸循環(huán)槽 8.發(fā)煙硫酸吸收塔 10. SO3 蒸發(fā)器 13.發(fā)煙硫酸循環(huán)罐 SO3 儲罐 19.液硫儲槽 換熱器 罐 熔硫、過濾及液硫儲存工序 1 流程描述 原料固體硫磺通過帶有稱重設施的皮帶機送至熔硫槽，在皮帶機上，將石灰加入固體硫磺中，中和硫磺中可能存在的酸性物質。液體硫磺從熔硫槽流至帶液下泵的儲槽，然后被送去過濾，過濾在一個有預涂層的過濾器中進行。經過濾后的液硫自流至熔硫儲槽。 2 主要控制點 過濾過程中， 熔硫儲槽的液位由兩個液位開關控制： 圖 21 硫酸裝置工藝流程 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 11 a. 高高液位開關停硫磺皮帶機。 b. 高液位開關開硫磺皮帶機。 3 工藝特點 a ω 灰分 =%的硫磺， 通過液硫過濾器濾能夠使 ω 灰分 %灰分 ，這樣就省掉了熱氣體濾器 ,并且過濾效果更好，延長了催化劑的更換期。 b 熔硫槽加熱盤管可以每組單獨取出修理不影響正常生產。 c 過濾器設有液壓抽芯和振動除渣裝置，作方便。 d 熔硫槽和帶液下泵的熔硫儲槽設有混凝頂，并且在設備和管線上方開口處裝有可移動的鋼頂蓋，環(huán)境清潔，安全可靠。 焚硫、轉化及吸收工序 流程描述 硫酸生產采用 “ 3+2” 兩轉兩吸工藝流程。液硫通過硫磺泵送至磺槍噴入焚硫爐， 噴硫量由變頻電機調節(jié)。霧化后的硫磺與經 ω （ H2SO4） = 硫酸干燥的空氣反應生成 ω （ SO2） =% 的 氣體， SO2 氣體經過廢熱鍋爐后進入轉化器。一段轉化后的氣體經過蒸汽過熱器后進入二段轉化，出二段的氣體經過熱換熱器后進入三段轉化；出三段的氣體經過冷換熱器和中間省煤器后去發(fā)煙硫酸吸收塔， 吸收后的貧氣再進入中間吸收塔繼續(xù)吸收；出中間吸收塔的氣體，一部分經過冷換熱器和熱換熱器后進入四段轉化；四段出口氣體與從中間吸收塔來的另一部分冷氣體混合后進入五段轉化；五段出口氣體經過最終省煤器后進入最終吸收塔。干燥塔、中間吸收塔和最終吸收塔公用一個循環(huán) 槽。 主要控制點 焚硫、 轉化、 吸收工序主要的聯鎖控制有： a 風機停車 → 焚硫爐進料泵停 → 注入循環(huán)酸罐的稀釋水閥關閉。 b 鍋爐汽包液位太低、 干吸塔流量太小、 儀表風壓力太低、 透平和風機的安全條件不滿足 → 風機停車。 裝置開車時， 焚硫爐設置了燃料氣升溫系統， 這部分設置了以下聯鎖： a 風機停車 燃料氣閥門關閉。 b 焚硫爐內無火焰 燃料氣閥門關閉。 工藝特點 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 12 a 焚硫爐裝有兩個高壓霧化噴嘴，根據生產負荷， 選擇投用一個或兩個，從而保證霧化效果。 b 焚硫爐設置了 煤氣燃燒器，操作簡單，燃燒完全。 c 焚硫爐出口氣體 ψ （ SO2）控制在 %，如此高的 SO2 含量降低了生產噸酸所耗的氣體量，減小了設備尺寸和投資，從而最大程度地降低了生產成本。 d 為了縮短系統升溫時間， 廢熱鍋爐出口至轉化器的第四催化劑床層設置了一條副線， 使第四、五催化劑床層和第一、 二、 三催化劑床層能同時升溫。 e 采用火管鍋爐， 入口設有剛玉保護套管和耐火澆料防沖刷層。 f 第一催化劑床層位于轉化器的底部，有利于催化劑的篩分。其它四層的布置既考慮管道布置的經濟性，又要使隔板的溫差降至最小。 g 采用 了四種型號催化劑，分別是： LP1 LP1 Cs110 和 Cs120 型。第一層加入部分低溫催化劑 Cs120，第五層全部使用低溫催化劑 Cs110，這樣在 390℃的低溫下也具有良好的反應活性。 h 中間吸收塔和最終吸收塔內裝有 , ES 型除霧器，干燥塔內裝有雙層絲網除沫器。干吸塔均采用 SX 槽式合金鋼分酸器。 i 干燥塔、中間吸收塔、最終吸收塔公用一個酸循環(huán)槽， 這樣簡化了管道和設備安裝，且使開車和正常操作更加容易。 公用的酸循環(huán)槽中間有分隔板， 將槽分成最終吸收塔進料和另外兩塔進料兩部分， 分隔板上部有一個開 口，是兩部分氣相連通口，下部有一個開口，使最終吸收塔一側到另外兩塔一側保持連續(xù)流動狀態(tài)。 j 采用 Alfa Laval 板式酸冷卻器、 Lewis 液下泵。 k 自控方案合理、先進、可靠。 DCS 是引進 Bialy 公司的技術，重要位置靠聯鎖控制