更新时间:2023-05-22 17:39
硫酸广泛用于各个工业部门,主要有化肥工业、冶金工业、石油工业、机械工业、医药工业、洗涤剂的生产、军事工业、原子能工业和航天工业等。还用于生产染料、农药、化学纤维、塑料、涂料,以及各种基本有机和无机化工产品。早期的硫酸工业都采用硝化法,设备生产强度低,产品浓度只有60~76%。20世纪以来,硝化法逐渐被接触法所取代。 生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫磺、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。
硫酸工业
基本无机化工之一。
有浓硫酸、稀硫酸、发烟硫酸、液体三氧化硫、蓄电池硫酸等,也生产高浓度发烟硫酸、液体二氧化硫、亚硫酸铵等产品。
硫酸工业是化学工业中历史悠久的工业部门,世界硫酸产量仍在逐年增长。1970年世界硫酸产量91152kt,1980年143010kt,1984年147557kt。美国硫酸产量居世界第一位,1984年生产硫酸35863kt,占世界总产量的24%。其次是前苏联,1984年生产硫酸25300kt。发展中国家硫酸产量增长很快。摩洛哥1970年生产硫酸275kt,居世界第28位,1984年硫酸产量增加到4295kt,已跃居世界第6位。巴西和墨西哥的硫酸产量也分别上升到世界第11位和第12位。硫酸的最大消费者在各国均是化肥工业。现代硫酸生产技术主要特点如下:
①强化生产,降低投资。以硫黄制酸为例,进转化器的二氧化硫浓度已从70年代设计值10.5%提高到12%。转化器催化剂层的气体流速从0.36m/s提高到0.45m/s。由于气体浓度和流速的提高,使生产设备尺寸减小,建设投资降低。
②降低系统阻力,节约动力消耗。传统的柱状催化剂改为环形催化剂,使阻力最大的设备——转化器压力降减小一半;对于干燥、吸收塔采用大开孔率的填料支承结构和降低填料层高度;使设备配置紧凑,缩短气体管线长度。所有这些措施都使生产系统阻力降低,从而节省了动力的消耗。
③提高余热利用效率。新建硫酸厂都将含硫原料燃烧热和转化反应热,用来生产中压过热蒸汽,并用于发电。最近,美国孟山都环境化学公司开发用三氧化硫吸收反应热,生产低压蒸汽的技术,使硫酸工业余热利用效率大大提高。对于硫黄制酸,余热回收效率已达到90~95%。
④采用耐腐蚀材料,保证设备可靠运转。对于易受腐蚀的关键部件,广泛采用不锈钢和合金制作。例如:已广泛使用不锈钢管壳式酸冷却器、合金板式换热器或氟塑料酸冷却器取代老式的铸铁排管冷却浓硫酸;使用不锈钢制作转化器、换热器和开工预热器等。
⑤消除污染。广泛采用两转两吸流程以减少废气污染。还开发了许多种硫酸尾气处理工艺,可使排入大气的二氧化硫含量进一步降低到100ppm或50ppm以下。对于冶炼烟气制酸和硫铁矿制酸,采用了分离有害杂质和回收净化工序废酸的措施,以消除污水污染。
⑥生产设备的大型化和集中化。目前冶炼烟气制酸设备的最大单系列生产能力为日产硫酸2.54kt,硫黄制酸为2.81kt。美国新威尔士工厂集中建设了五套大型硫酸生产装置,总生产能力达每日11.5kt。生产设备的大型化降低了建设投资和生产费用。
⑦采用电子计算机控制生产。80年代建设的大型硫酸厂,许多都采用电子计算机进行检测和控制。有的老厂也进行了改造,安装了电子计算机。使用电子计算机控制生产,可以实现操作的最优化,有利于生产的稳定和成本的降低。
随着世界人口增加,粮食需要量的增多,化肥的生产将进一步发展。硫酸作为生产磷肥的主要原料,其生产也必将得到迅速发展。发展中国家硫酸工业的发展速度将高于发达国家。
中国硫酸工业 生产的主要品种是92.5%和98%浓硫酸,以及含游离三氧化硫20%的发烟硫酸。少数硝化法硫酸厂生产75%稀硫酸,也生产65%发烟硫酸、蓄电池硫酸、液体三氧化硫、液体二氧化硫、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵等产品。1983年硫酸产量为8.7Mt,占世界第三位。硫酸的消费主要用于化肥和其他工业品的生产,总消费量的60%左右用于生产化肥。
硫铁矿是中国硫酸工业的主要原料,也使用冶炼废气和硫黄生产硫酸。1983年硫酸工业原料构成为:硫铁矿72.8%,硫黄16%,冶炼废气11.2%。随着国际市场硫黄价格的升高,已减少了硫黄进口数量,硫黄制酸所占比例将显著降低。重点硫酸厂有30家,产量约占总产量的40%。其余60%的硫酸由分布在全国各地的约400家小型硫酸厂生产,每个厂的生产规模一般为年产硫酸10~40kt,也有的达到60~80kt。在生产技术方面,开发了硫铁矿沸腾焙烧、两转两吸、利用余热发电、塑料电除雾器等技术,以及生产环形钒催化剂和氟塑料酸冷却器等。其中许多已在工业中得到广泛推广使用。
1.利用其酸性,可制磷肥、氮肥;可除锈;可制实用价值较大的硫酸盐。
2.利用浓硫酸的吸水性,在实验室常用浓硫酸作吸水剂和干燥剂。浓硫酸能干燥中性气体和酸性气体,如H2、O2、N2、CO2、SO2、Cl2、HCl等,但不能干燥碱性气体(NH3)和常温下具有还原性(H2S、HBr、HI)的气体。
3.利用浓硫酸的脱水性,浓硫酸常用作精炼石油的脱水剂、有机反应的脱水剂等。
4.利用浓硫酸的高沸点难挥发性,常用于制取各种挥发性酸。
实验室还常用浓盐酸跟浓硫酸混合来快速简易制取HCl气体。因为浓硫酸具有吸水性,能吸收浓盐酸中的水,且能放出大量的热,加速HCl的挥发并能干燥HCl气体。
浓硫酸稀释:浓硫酸溶于水剧烈放热,而且密度大于水,因此,稀释时应注酸入水,并不断搅拌,以使热量散发。
浓硫酸不慎溅到皮肤上,不能立即用水冲洗,先用干布擦干,再用大量水清洗,再涂3%到5%的碳酸氢钠溶液。
方法一:
生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。
1.制取二氧化硫(沸腾炉)
燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫S+O2=点燃=SO2
4FeS2+11O2=高温=8SO2+2Fe2O3
2.接触氧化为三氧化硫(接触室)
2SO2+O2=五氧化二钒催化并加热=2SO3(可逆反应)
3.用98.3%硫酸吸收
SO3+H2SO4=H2S2O7(焦硫酸)
4.加水
H2S2O7+H2O=2H2SO4
5.提纯
可将工业浓硫酸进行蒸馏,便可得到浓度95%-98%的商品硫酸。
二水法磷酸反应后,利用磷石膏,工业循环利用,使用二水法制硫酸。
方法二:
1、制取二氧化硫(沸腾炉)
燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫S+O2=点燃=SO2
4FeS2+11O2=高温=8SO2+2Fe2O3
2、将二氧化硫溶于水变成亚硫酸。
3、亚硫酸氧化得硫酸。