【正文】 O4=2H+ + SO4 2 硫酸的用途 （ 1） 用于肥料的生產(chǎn) 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(chǎn)都要消耗大量的硫酸。 2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4 每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成 100%計(jì)算） 760kg，每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，就要消耗硫酸 360kg。 （ 2） 用于農(nóng)藥的生產(chǎn) 許多農(nóng)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(chǎn)都需用硫酸。前者每生產(chǎn) 1t 需消耗 20%發(fā)煙硫酸 ， 后者每生產(chǎn) 1t 需消耗硫酸 36kg。為大家所熟悉的滴滴涕，每生產(chǎn)1t 需要 20%發(fā)煙硫酸 。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(chǎn)過程需要使用硫酸。 (4)用于石油工業(yè)汽油、潤(rùn)滑油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)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?xì)浠衔?。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(jī)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(jī)酸如磷酸、硼酸、鉻酸 (H2CrO4，有時(shí)也指 CrO3)、氫氟酸、氯磺酸 (ClSO3H)；有機(jī)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(xué)工業(yè)（用硫酸來同焦?fàn)t氣中的氨起作用副產(chǎn)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(jī)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(dāng)數(shù)量的硫酸。 (6)用于化學(xué)纖維的生產(chǎn)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(chǎn) 1t粘膠纖維，需要消耗硫酸 ～ ，每生產(chǎn) 1t 維尼龍短纖維，就要消耗 98%硫酸 230kg，每生產(chǎn) 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(xué)纖維生產(chǎn)中，也使用相當(dāng)數(shù)量的硫酸。 (7)用于化學(xué)纖維以外的高分子化合物生產(chǎn)塑料等高分子化合物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中越來越占有重要的地位。每生產(chǎn) 1t 環(huán)氧樹脂，需用硫酸 ，號(hào)稱 “塑料王 ”的聚四氟乙烯，每生產(chǎn) 1t，需用硫酸 ；有機(jī)硅樹膠、硅油、丁苯橡膠 及丁腈橡膠等的生產(chǎn)，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(jìn)行磺化反應(yīng)，苯胺染料中間體的制備需要進(jìn)行硝化反應(yīng)，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(shè)有硫酸車間，以配合需要。 (9)用于日用品的生產(chǎn)生產(chǎn)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(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(chǎn)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(yīng)，強(qiáng)力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應(yīng)，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(shù)的關(guān)系 原子反應(yīng)堆用的核燃料的生產(chǎn)，反應(yīng)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(jī)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(guān)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(guó)防工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)都有著密切的關(guān)系。 硫酸生產(chǎn)的工藝比較 目前硫酸生產(chǎn)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(chǎn)方法。下面對(duì)硫磺制酸和硫鐵礦制酸兩種制酸方法進(jìn)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(chǎn)能力為年產(chǎn) 15萬(wàn) t硫酸。礦石經(jīng)提取礦中有效成分硫元素后 , 產(chǎn)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(chǎn)中的添加料 , 以調(diào)整水泥原料成分 , 增加水泥強(qiáng)度。 礦石制酸工藝存在的最大問題是對(duì)環(huán)境污染大 ,大量的污水、粉塵及礦渣嚴(yán)重影響著周圍環(huán)境 。 另外操作環(huán)境惡劣、操作強(qiáng)度高。同時(shí)能耗也高 , 環(huán)保費(fèi)用無法承受。而在人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求越來越高 , 政府對(duì)環(huán)境整治決心越來越大的現(xiàn)狀下 ,上硫廠的硫酸生產(chǎn)到了非采取 “ 行動(dòng) ” 不可的時(shí)候了。是保留原生產(chǎn)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(jìn)措施 , 從根本上解決問題 ? 經(jīng)過認(rèn)真深入的分析研究 , 最終上硫廠選擇了工藝改進(jìn)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(chǎn)硫酸 , 從根本上解決了礦石 制酸生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)出的大量污水、粉塵、礦渣對(duì)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(chǎn)經(jīng)營(yíng)濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(fù)雜的工序 , 同時(shí)也消除了大量污染源 —— 粉塵、污水、礦渣。 ( 1) 工藝過程改進(jìn)后 , 動(dòng)力設(shè)備投用量大幅減少 , 動(dòng)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(wàn) t/a, 下降到 20萬(wàn) 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(jīng)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(jìn)入轉(zhuǎn)化器。 3. 生產(chǎn)場(chǎng)地縮小為企業(yè)提供了發(fā)展空間 由于工藝過程改進(jìn)后 , 工藝路線大幅縮短 ， 生產(chǎn)用地大幅縮小 , 現(xiàn)生產(chǎn)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(chǎng) , 這對(duì)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(wàn)噸 /年 ) 排污費(fèi) (萬(wàn)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(duì)礦石制酸工藝有許多的改進(jìn)之處 , 它是一條清潔生產(chǎn)的工藝，更節(jié)能環(huán)保 , 只有這樣的生產(chǎn)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(guó)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(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大需要較高的能耗，且需定期的維護(hù)保養(yǎng)，增加了設(shè) 備費(fèi)用。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(chǎn)工藝復(fù)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(shè)計(jì)采用硫磺制硫酸。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第二章 硫磺制硫酸的工藝流程與操作指標(biāo) 原料及反應(yīng)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(jī)物 ≤ % 含水分 ≤ % 機(jī)械雜質(zhì) 無 表 22 空氣成分 氮?dú)? 氧氣 反應(yīng)原理 將硫磺經(jīng)熔融、焚燒產(chǎn)生二氧化硫氣體，經(jīng)廢熱鍋爐、過濾器，再通入空氣氧化轉(zhuǎn)化成三氧化硫，再經(jīng)冷卻、酸吸收，制得成品硫酸。其反應(yīng)方程式如下： S+O2=SO2+Q 2SO2+O2=2SO3+Q SO3+H2O=H2SO4+Q 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(chǔ)罐 19.液硫儲(chǔ)槽 換熱器 罐 熔硫、過濾及液硫儲(chǔ)存工序 1 流程描述 原料固體硫磺通過帶有稱重設(shè)施的皮帶機(jī)送至熔硫槽，在皮帶機(jī)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(zhì)。液體硫磺從熔硫槽流至帶液下泵的儲(chǔ)槽，然后被送去過濾，過濾在一個(gè)有預(yù)涂層的過濾器中進(jìn)行。經(jīng)過濾后的液硫自流至熔硫儲(chǔ)槽。 2 主要控制點(diǎn) 過濾過程中， 熔硫儲(chǔ)槽的液位由兩個(gè)液位開關(guān)控制： 圖 21 硫酸裝置工藝流程 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 a. 高高液位開關(guān)停硫磺皮帶機(jī)。 b. 高液位開關(guān)開硫磺皮帶機(jī)。 3 工藝特點(diǎn) 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(zhǎng)了催化劑的更換期。 b 熔硫槽加熱盤管可以每組單獨(dú)取出修理不影響正常生產(chǎn)。 c 過濾器設(shè)有液壓抽芯和振動(dòng)除渣裝置，作方便。 d 熔硫槽和帶液下泵的熔硫儲(chǔ)槽設(shè)有混凝頂，并且在設(shè)備和管線上方開口處裝有可移動(dòng)的鋼頂蓋，環(huán)境清潔，安全可靠。 焚硫、轉(zhuǎn)化及吸收工序 流程描述 硫酸生產(chǎn)采用 “ 3+2” 兩轉(zhuǎn)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(jī)調(diào)節(jié)。霧化后的硫磺與經(jīng) ω （ H2SO4） = 硫酸干燥的空氣反應(yīng)生成 ω （ SO2） =% 的 氣體， SO2 氣體經(jīng)過廢熱鍋爐后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。一段轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)過蒸汽過熱器后進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化，出二段的氣體經(jīng)過熱換熱器后進(jìn)入三段轉(zhuǎn)化；出三段的氣體經(jīng)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(jìn)入中間吸收塔繼續(xù)吸收；出中間吸收塔的氣體，一部分經(jīng)過冷換熱器和熱換熱器后進(jìn)入四段轉(zhuǎn)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(jìn)入五段轉(zhuǎn)化；五段出口氣體經(jīng)過最終省煤器后進(jìn)入最終吸收塔。干燥塔、中間吸收塔和最終吸收塔公用一個(gè)循環(huán) 槽。 主要控制點(diǎn) 焚硫、 轉(zhuǎn)化、 吸收工序主要的聯(lián)鎖控制有： a 風(fēng)機(jī)停車 → 焚硫爐進(jìn)料泵停 → 注入循環(huán)酸罐的稀釋水閥關(guān)閉。 b 鍋爐汽包液位太低、 干吸塔流量太小、 儀表風(fēng)壓力太低、 透平和風(fēng)機(jī)的安全條件不滿足 → 風(fēng)機(jī)停車。 裝置開車時(shí)， 焚硫爐設(shè)置了燃料氣升溫系統(tǒng)， 這部分設(shè)置了以下聯(lián)鎖： a 風(fēng)機(jī)停車 燃料氣閥門關(guān)閉。 b 焚硫爐內(nèi)無火焰 燃料氣閥門關(guān)閉。 工藝特點(diǎn) 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 a 焚硫爐裝有兩個(gè)高壓霧化噴嘴，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷， 選擇投用一個(gè)或兩個(gè)，從而保證霧化效果。 b 焚硫爐設(shè)置了 煤氣燃燒器，操作簡(jiǎn)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(chǎn)噸酸所耗的氣體量，減小了設(shè)備尺寸和投資，從而最大程度地降低了生產(chǎn)成本。 d 為了縮短系統(tǒng)升溫時(shí)間， 廢熱鍋爐出口至轉(zhuǎn)化器的第四催化劑床層設(shè)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(shí)升溫。 e 采用火管鍋爐， 入口設(shè)有剛玉保護(hù)套管和耐火澆料防沖刷層。 f 第一催化劑床層位于轉(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)性，又要使隔板的溫差降至最小。 g 采用 了四種型號(hào)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(yīng)活性。 h 中間吸收塔和最終吸收塔內(nèi)裝有 , ES 型除霧器，干燥塔內(nèi)裝有雙層絲網(wǎng)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(gè)酸循環(huán)槽， 這樣簡(jiǎn)化了管道和設(shè)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(jìn)料和另外兩塔進(jìn)料兩部分， 分隔板上部有一個(gè)開 口，是兩部分氣相連通口，下部有一個(gè)開口，使最終吸收塔一側(cè)到另外兩塔一側(cè)保持連續(xù)流動(dòng)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(jìn)、可靠。 DCS 是引進(jìn) Bialy 公司的技術(shù)，重要位置靠聯(lián)鎖控制