上，熔硫时则剧烈起泡，影响正常操作。水分含量增高，则酸度增加，贻患无穷。 （3）酸度
硫磺中酸度（以H2SO4计）呈游离态。这些酸是在潮湿的环境和在细菌的作用下，硫被空气缓慢氧化而形成的。在熔硫时，它积聚在液硫表面而被分离出来，不会影响焚硫和转化工序操作。但酸度过高则严重腐蚀熔硫设备。 （4）硫化氢
烃类与液态硫会通过下列缓慢的反应而产生少量的硫化氢：
8C5H12
（1-1）
美国Texasgulf公司曾对硫磺贮槽中发生H2S爆炸事故进行过研究，对硫磺贮槽上部空间的气体进行分析，气体中除经常含有浓度不等的H2S外，还存在浓度恒定为0.01%（mol计）的C8H14、H2S。有的可以达到或超过燃爆浓度。但回收硫中，烃类含量少，不会达到爆炸限，而C8H14浓度始终恒定，可以认为它已经与硫磺中烃类达到平衡。在138℃以下，烃类与硫的反应速度很慢，生成的H2S能溶解于液态硫中。H2S在液硫中的溶解度随温度上升而增加，这种反常现象是由于反应生成多硫化氢（H2S4）之故。温度降低也有分解出H2S的倾向[2]。 1.3.3 硫磺制酸与硫铁矿制酸的优缺点比较
硫磺制酸与硫铁矿制酸工艺比较： （1）减少工序，消除污染源
硫磺制酸工艺少了粉碎、水洗净化两道复杂的工序，同时也消除了大量污染源—粉尘、污水、矿渣。
（2）能源消耗下降
+13S →5C8H14 +13H2S
工艺过程改进后，动力设备投用量大幅减少，动力消耗明显下降。矿石制酸电耗为110KWh/t，硫磺制酸为70KWh/t，下降了36%；深井水用量从100万t/a，下降到20万t/a。硫磺制酸工艺能源利用更加合理。硫磺炉出口的1000℃温度的二氧化硫气体经中压锅炉、过热器、省煤器充分利用热量后，二氧化硫气体降温至420℃进入转化器。 （3）生产场地缩小为企业提供了发展空间
由于工艺过程改进后，工艺路线大幅缩短，生产用地大幅缩小，现生产装置占地仅不到原装置的十分之一，且节省了大量矿料和矿渣堆场，这对企业的发展和充分利用土地资源极为重要。 （4）工艺改造前后的效果
表1.2 矿石工艺与硫磺工艺比较
悬浮物 (吨/年）
矿石工艺 硫磺工艺
670 116
砷
氟 (吨/年) 12 0
污水量 (万吨/年) 430 168
排污费 (万元/年) 87 27
(吨/年) 1.01 0
综上所述硫磺制酸工艺相对矿石制酸工艺有许多的改进之处，它是一条清洁生产的工艺，更节能环保，只有这样的生产工艺才能使化工企业生存和发展得更好。走好可持续发展之路，利国利民[3]。
第2章 工艺技术方案
2.1 重点设计工序的生产基本原理
二氧化硫氧化为三氧化硫的反应为：
（2-1）
此反应是体积缩小、放热、可逆反应。这个反应在工业上只有在催化剂存在的条件下才能实现[4]。 其平衡常数为：
（2-2）
式中， P、P、P分别为SO3、SO2、O2的平衡分压。在400～700℃范围内，其平衡常数与温度的关系为：
（2-3）
由此可见，平衡常数在一定范围内随温度的升高而减小。
平衡转化率在某一温度下反映了该化学反应可以进行的程度。其表达式为：
XT?*PSO3**PSO?PSO32?KPKP?1*PO2 （2-4）
若系统压力为P（MP）
初始气体摩尔组成为：SO2 a%，O2 b%
以100 mol 的初始气体混合物为计算基准，则达平衡时： 被氧化的SO2量：a XT mol 消消耗的O2量：0.5a XT mol 剩余O2量：b-0.5aXT mol
平衡时混合气体的量：100-0.5 a XT mol 故氧的分压可以表示为：
（2-5）
故平衡转化率为： XT?KPKP?100?0.5aXTP(b?0.5aXT) （2-6）
2.1.1 最佳温度的选择
SO2氧化成为SO3的反应是可逆放热反应，反应温度对反应的影响很大。从平衡转化率的角度，温度低，平衡转化率就高，操作温度低有利；从反应速率的角度，温度高，反应速率就快，操作温度高有利，但是催化剂有活性范围，太高太低都不行。
反应是由化学动力学控制，可由动力学模型用一般求极值的方法导出最佳温度计算公式：
（2-7）
则各段转化最佳温度：
一段进口：383.2℃ 一段出口：590℃ 二段进口：495.5℃ 二段出口：529.2℃ 三段进口：472.5℃ 三段出口：487.9℃ 四段进口：487.9℃ 四段出口：479.8℃ 五段进口：436℃ 五段出口：436.7℃
2.1.2 SO2最适宜浓度的选择
SO2最适宜浓度必须要保证产量和最大经济效益。硫酸产量决定于送风机的能力。硫酸厂系统的阻力的70%集中在转化器的催化剂层。SO2的浓度过低，将会影响硫酸的产量。但要是增加SO2的浓度，又必须要增加催化剂的填装量。也就增加了催化剂层的的阻力。SO2最适宜浓度和催化剂层的阻力有很大的关系。实践中，在两转两吸的工艺条件下，SO2的进
口浓度在9.8%最适宜。 2.1.3 催化剂的选择
在硫酸生产过程中，研制耐高温高活性催化剂相当重要，普通催化剂允许起始的∮(SO2)在10%以下，若能提高它们的耐热性，在高温下仍能长期的保持高活性，就可以允许大大提高起始的∮(SO2)，不但能增加生产能力，降低生产成本，而且能获得满意的SO2转化率.现在我国广为采用的是S101-2H型、S107-1H型和S108-H型三种催化剂，它们为环状钒催化剂.在本设计中催化剂采用国产的S107型催化剂。
S107催化剂的主要物理化学性质见下表：
表2.1 S107催化剂主要物理化学性质表
颗粒尺寸(mm)
堆积密度kg/L 机械强度 起燃温度 （℃） 正常使用温度（℃） 最高耐热温度（℃）
5×(10～15) 圆柱形 0.5-0.6 >15 360 ~370 480～580 600
反应速率常数可以直接使用以下计算公式：
（2-8）
而转化率小于60%，温度低于460℃时则用下式：
（2-9）
2.2 重点设计工序的生产方法选择论证
2.2.1 干吸流程的选择论证
“两转两吸”硫酸生产装置，干燥和吸收系统一般均设有“塔—槽—泵