硫黄或黄铁矿在空气中焚烧或焙烧,以得到二氧化硫气体。将二氧化硫氧化为三氧化硫是出产硫酸的要害,其反应为: 2SO2+O2→2SO3 这个反应在室温文没有催化剂存在时,实际上不能进行。依据二氧化硫转化成三氧化硫路径的不一样,制作硫酸的办法可分为接触法和硝化法。接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾(助催剂)的五氧化二钒V2O5作催化剂,将二氧化硫转化成三氧化硫。硝化法是用氮的氧化物作递氧剂,把二氧化硫氧化成三氧化硫: SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO 依据所选用设备的不一样,硝化法又分为铅室法和塔式法,如今铅室法已被筛选;塔式法出产的硫酸浓度只要76%;而接触法能够出产浓度98%以上的硫酸;选用最多。 接触法出产技术:接触法的基本原理是使用固体催化剂,以空气中的氧直接氧化二氧化硫。其出产过程一般分为二氧化硫的制备、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收三部分。 二氧化硫的制备和净化: 以硫铁矿等别的质料制成的质料气,富含矿尘、氧化砷、二氧化硒、氟化氢、氯化氢等杂质,需通过净化,使质料气质量契合转化的需求。为此,经回收余热的质料气,先通过干式净化设备(旋风除尘器、静电除尘器)除掉绝大部分矿尘,然后再由湿法净化系统进行净化。 通过净化的质料气,被水蒸气所饱满,通过喷淋93%硫酸的填料枯燥塔,将其间水分含量降至0.1g/m3以下。 二氧化硫的转化:二氧化硫于转化器中,在钒催化剂存鄙人进行催化氧化: SO2+(1/2)O2 SO3 ΔH=-99.0kJ 钒催化剂是典型的液相负载型催化剂,它以五氧化二钒为主要活性组分,碱金属氧化物为助催化剂,硅藻土为催化剂载体,有时还参加某些金属或非金属氧化物,以满意强度和活性的特殊需要。一般制成直径4~6mm、长5~15mm柱状颗粒。这些年,丹麦、美国和我国相继开发了球状、环状催化剂,以下降催化床阻力,削减能耗。 钒催化剂须在某一温度以上才干有效地发挥催化作用,此温度称为起燃温度,一般略高于400℃。这些年,研制成功的低温活性型钒催化剂,其起燃温度下降到370℃摆布,因此提高了二氧化硫转化率。转化器进口的质料气温度坚持在钒催化剂的起燃温度之上,一般为410~440℃。 因为质料气通过湿法净化系统后降温至40℃摆布,所以有必要通过换热器,以转化反应后的热气体直接加热至反应所需温度,再进入转化器。二氧化硫经氧化反应放出的热量,使催化剂层温度增加,二氧化硫平衡转化率随之下降,如温度超越650℃,将使催化剂损坏。为此,将转化器分红3~5层,层间进行直接或直接冷却,使每一催化剂层坚持适宜反应温度,以同时取得较高的转化率和较快的反应速度。 现代硫酸出产用的两次转化技术,是使通过两层或三层催化剂的气体,先进入中心吸收塔,吸收掉生成的三氧化硫,余气再次加热后,通过后边的催化剂层,进行第2次转化,然后进入终究吸收塔再次吸收。因为中心吸收移除了反应生成物,提高了第2次转化的转化率,故其总转化率可达99.5%以上,部分老厂仍选用传统的一次转化技术,即气体一次通过悉数催化剂层,其总转化率最高仅为98%左右。 三氧化硫的吸收:转化工序生成的三氧化硫经冷却后在填料吸收塔中被吸收。吸收反应虽然是三氧化硫与水的联系,即: SO3+H2O→H2SO4 ΔH=-132.5kJ 但不能用水进行吸收,否则将构成大量酸雾。工业上选用98.3%硫酸作吸收剂,因其液面上水、三氧化硫和硫酸的总蒸气压最低,故吸收功率最高。出吸收塔的硫酸浓度因吸收三氧化硫而增加,须向98.3%硫酸吸收塔循环槽中加水并在枯燥塔与吸收塔间彼此串酸,以坚持各塔酸浓度稳定。制品酸由各塔循环系统引出。 吸收塔和枯燥塔顶设有金属丝网除沫器或玻璃纤维除雾器,以除掉气流中夹藏的硫酸雾沫,维护设备,避免环境污染。两次转化技术的终究吸收塔出口尾气中的二氧化硫浓度小于500×10-6,尾气可直接排入大气;而一次转化技术的吸收塔尾气中的二氧化硫浓度高达2000×10-6~3000×10-6,故须设置尾气处理工序,以使排气契合环境维护法规。氨水吸收法是使用最广的尾气处理办法。
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