硫酸生产操作规程
1 主题内容与适用范围
本标准叙述了以硫精砂为原料，以沸腾焙烧 文、填、电酸洗净化 两转两吸工艺、接触法生产硫酸的生产原理、工艺过程、生产操作和主要工艺指标等内容。
本标准适用于本公司120kt/a硫酸生产装置。 2 产品说明、原料要求和装置能力 2.1 产品特性和用途 2.1.1 特性
硫酸是三大强酸之一，分子式表示为“H2SO4”，分子量为98.08，浓度一般以质量百分比浓度表示。无水硫酸就是指100%的硫酸，又称纯硫酸，一般为无色无臭、透明的油状液体，也有通过加入填加剂制成固体硫酸。 习惯上将75%以上的硫酸称为浓硫酸。浓硫酸具有三大化学特性：强氧化性、吸水性和脱水性。
硫酸的主要物化性质（工业性质）： 2.1.1.1密度
在同一温度下，硫酸水溶液的密度随着它的浓度的增加而增加，当浓度达到97%时密度达到最大值，过此则递减至100%为止。
同一浓度的硫酸，它的比重随温度的升高而降低。在工厂日常生产控制中，用比重计来测定硫酸的比重，然后对照温度，按表查出它的浓度。但浓度为95～100%的硫酸，其比重随浓度而变化的幅度很不显著。
20℃时硫酸的密度和浓度的关系如下表： 表2-1
浓度% 密g/cm3 浓度% 密g/cm3 注：50℃时94%的硫酸密度为1.8011 g/cm3；98%的硫酸密度为1.8068g/cm3。 2.1.1.2 结晶温度
93%硫酸的结晶温度：-27℃；
75 80 90 91 92 93 94 度1.6692 1.7272 1.8144 1.8195 1.8240 1.8279 1.8312 95 96 97 98 99 100 105 度1.8337 1.8355 1.8364 1.8361 1.8342 1.8305 1.912
98%硫酸的结晶温度：-0.7℃；105％硫酸的结晶温度为13℃ 2.1.1.3 沸点和蒸气压
当硫酸浓度在98.3%以下时，它的沸点随浓度的升高而增加，浓度为98.3%的硫酸，沸点最高（336.6℃），以后则开始下降。因此在常压下，用加热硫酸水溶液的办法只能将硫酸浓度提高至98.3%。
硫酸水溶液上面的总蒸气压，随其浓度的增加而逐渐下降，当浓度增加到98.3%时，蒸气压降至最小值。硫酸表面的蒸气是由H2O、H2SO4和SO3分子的混合物组成，而水蒸汽压小是硫酸的重要性质。温度越低、浓度越高，酸液面上的水蒸汽平衡分压也越小，用浓硫酸来干燥气体就是利用了这一性质。 2.1.1.4 稀释热
硫酸的溶解热（又叫无限稀释热）为22000卡/摩尔。由于浓硫酸的稀释热很大，同时由于酸、水比重上的差异，在实验室中稀释浓硫酸时，不能将水倒入硫酸，必须将硫酸慢慢注入水中，同时不断搅拌，以防反应过剧造成酸沫飞溅伤人。 2.1.1.5 对金属的腐蚀性
硫酸对钢的腐蚀性在浓度为74%和98%左右最小，而在85%和100%左右最大。 在40℃以下时，对于浓度为72-78%和90-100%的硫酸一般都可以采用钢制设备和管道贮存或输送 。铸铁能较好地耐浓硫酸的腐蚀，但却不耐稀硫酸和发烟硫酸的腐蚀，而铅则对稀硫酸的耐腐蚀性较好，但不耐浓硫酸的腐蚀。 2.1.2 用途
硫酸是重要的基本化工原料，在国民经济中各个部门有着广泛的用处。我公司生产的硫酸为98%、93%、105％硫酸三种，部分用于硫酸钾生产，部分对外销售。 2.2 对原料硫精砂的要求
表2-2
含硫% 含Fe％ ≥28 ≥30 2.3 生产能力
设计日产100%硫酸360t，每小时产量15t，年开车时间为8000小时，年生产能力为120Kt。 2.4 生产原理
硫铁矿（硫精砂）和空气中的氧气进行反应，主要反应方程式为：
4FeS2+11O2=2Fe2O3（红）+8SO2↑+Q（氧量过剩时） …①
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含水% ≤10 含AS% ≤0.1 含F% ≤0.2 含Pb+Zn% ≤1 含C% ≤5
3FeS2+8O2=Fe3O4（黑）+6SO2↑+Q（氧量不足时） …② 二氧化硫和空气中的氧气在五氧化二钒的催化作用下和一定的温度下，进行可逆反应，生成三氧化硫，方程式如下：
V2O5
2SO2+O2≒2SO3+Q …③ 三氧化硫和硫酸水溶液中的水进行反应，生成硫酸，方程式如下：
SO3+H2O=H2SO4+Q …④ 污水处理进行的反应，主要是氢氧化钙和稀硫酸及亚硫酸发生中和反应，方程式如下：Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O …⑤ Ca(OH)2+H2SO3=CaSO3+2H2O …⑥ 3 工艺过程
3.1 说明——锅炉及水处理岗位的操作、流程等在《余热锅炉岗位操作规程》、《水处理岗位操作规程》中进行详细说明。
硫酸装置的主要工艺过程为：（带*号的是主要工艺过程）
a) 原料筛分、上料 b) 焙烧、余热锅炉* c) 净化* d) 转化* e) 干吸* f) 水处理
g) 排渣、污水处理 3.2 原料筛分、上料
硫精砂进厂后，根据产地不同，进行分开堆放，及时分析，并建立相应的台账。根据含硫和水分进行配矿，入炉矿最好达到含硫≥30%，水分≤10%，达不到时可从操作方面调整。
配好后的硫精砂送到天车棚内，由天车抓至震动筛进行筛分，细料进入细料坑，再由天车抓至细料堆，粗料由皮带输送到天车棚外，经过破碎后再重新进行筛分，这样，作到确保入炉矿粒度≤10mm。
细料场内的矿再经过1#料仓、1#上料皮带和2#料仓、2#上料皮带，最后输送到3#料仓（入炉料仓）。 3.3 焙烧
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硫精砂由喂料皮带送到焙烧炉内，在800℃～950℃下通过炉前风机鼓风进行沸腾焙烧，放出的热量用余热锅炉进行回收，产生出低压蒸汽供磷铵生产系统用。焙烧产生出的800～950℃炉气（有效成分为SO2气体）在主风机（又称为SO2风机）的引风作用下，经过余热锅炉降温至300～500℃，然后再经过旋风除尘器，送到净化岗位文氏管。
除尘部分：
焙烧反应的固体生成物（主要为三氧化二铁和四氧化三铁的混合物）中，颗粒较大的从焙烧炉出渣口排出，粒度较小的细尘随气体带走，一部分（粒度在100μm以上的）在重力的作用下，从余热锅炉下部出灰管排出；另一部分（粒度在10～100μm之间的）在离心力的作用下，从旋风除尘器的下灰管排出。所有排出的渣、尘均进入滚筒出渣机，降温、增湿后输送至氧化铁粉堆场。 3.4 净化
从沸腾炉出来的炉气中，除含有二氧化硫、氧、氮、水蒸汽外，还含有少量的三氧化硫，微量的三氧化二砷、氟的化合物二氧化硒，以及锌、铅等金属氧化物杂质，它们在高温下都呈气体状态。此外，炉气中还夹带一定量的矿尘。
炉气净化的目的是除去在正常操作条件下对生产有害的杂质。上述的杂质对转化触媒和生产设备均有危害。
a) 矿尘：矿尘占渣尘总量的50～70%，它的危害首先是堵塞管道、设备，其次，矿尘中的氧化铁及因酸化而成的硫酸铁会在触媒表面覆盖，使触媒结块而失去活性，转化器阻力因此上升。矿尘过多，也会直接覆盖触媒，使其阻力增加。因此，矿尘是所有杂质中必须首先清除干净的。
b) 酸雾：炉气中的三氧化硫与水蒸汽结合遇冷则凝结成硫酸雾，三氧化二砷和二氧化硒也部分地溶解在其中。酸雾对钢铁设备、管道有强烈的腐蚀作用，且生成的硫酸铁能沉积于热交换器的管间，使气体通过时阻力增大，传热效率下降；若被气流带入转化器，则会覆盖触媒表面，形成一层硬壳，减少触媒的活性面积，增大阻力，酸雾中的砷、硒等杂质还会损害触媒。因此，酸雾应清除的越干净越好。
c) 水分：在正常生产中，水汽在转化器内对触媒没有影响。但是，潮湿的二氧化硫气体对鼓风机、换热器等设备以及管道均有严重的腐蚀作用。此外，转化后的三氧化硫气体中若含有大量水汽会在换热降温过程中和在吸收塔下部大量生成酸雾，而酸雾极难被吸收，绝大部分将随尾气排出，使尾气白烟增浓，三氧化硫损失增加。同时，在换热器列管内也会冷凝出发烟硫酸，温度越高对列管的腐蚀性越强。因此，在进入转化器之前，水分应清除的越干
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净越好。
d) 三氧化二砷（AS2O3）：炉气中的含砷量大小与原料含砷量和焙烧条件有关。矿尘中的砷化物在焙烧后以气态三氧化二砷存在。三氧化二砷能夺取气体中的氧变为不挥发的五氧化二砷覆盖触媒表面，在高温下并能与触媒中的五氧化二钒结合而生成挥发性的化合物V2O5·AS2O5，使触媒含钒量减少，活性降低，所以必须清除。
e) 氟：炉气中的氟主要以氟化氢（HF）和四氟化硅（SiF4）的形态而存在。它们均能使触媒中毒而减少活性。此外，氟化氢还能腐蚀设备中的陶瓷衬里和填料，所以必须清除。 上述的各种杂质，除矿尘外在炉出口外均经气体状态存在，一般情况下，水洗净化流程对炉气中的氟化物能很好地清除，而砷等杂质也大部分随水排掉，少量在净化工序骤然冷却的条件下，变成固体，成为酸雾的凝结核心，随酸雾一同除去。
炉气经过文氏管（喷淋洗涤器）用水洗涤降温、除尘后，温度从400～500℃降至60℃以下，然后再经过泡沫塔用水进一步降温、除尘后，经电除雾器除去酸雾，再经干燥塔除去水分，经主风机送入转化工序。
注：因电除雾器主体采用PVC材质，为防止负压过大对其造成损坏，所以在电除雾器至干燥塔之间的主管道上设置了安全水封，设计最高负压为1000mmH2O。
洗涤后的污水（有时需加入蒸汽提温）经脱吸塔，用空气逆流脱吸后，降低污水中二氧化硫的溶解量，污水排入污水沟，空气夹带着脱吸出的二氧化硫从电除雾器进口管道处并入系统气体。 3.5 转化
采用Ⅲ+Ⅱ五段转化，Ⅲ、Ⅵ、Ⅱ—Ⅴ、Ⅰ换热。具体流程如下所述。
经过净化、干燥后的炉气（含SO27～9%，以下简称SO2）从主风机进入转化工序。SO2先经过Ⅲ换管间（升温） 经过Ⅱ换管间（升温） 进入转化器一段，经过触媒层进行反应，生成SO3 经过Ⅰ换管内（降温） 进入转化器二段，经过触媒层进行继续反应，生成SO3 经过Ⅱ换管内（降温） 进入转化器三段，经过触媒层进行继续反应，生成SO3 经过Ⅲ换管内（降温） 进入一吸塔用98～99.5%的硫酸将生成的SO3吸收 并联经过Ⅴ（a.b）换管间（升温） 经过Ⅰ换管间（升温） 进入转化器四段，经过触媒层进行继续反应，生成SO3 经过转化器内置换热器（又称为Ⅳ换）管间（降温） 进入转化器五段，经过触媒层进行继续反应，生成SO3 经过Ⅴ（a）换（降温） 经过Ⅴ（b）换（降温） 进入二吸塔用98～99.5%的硫酸将生成的SO3吸收。 3.6 干吸
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