硫酸的工业制法

②二氧化硫的催化氧化
S＋O2 点燃 SO2
4FeS2＋11O2 高温 2Fe2O3＋8SO2
催化剂
2SO2＋O2
2SO3
③三氧化硫的吸收
SO3 ＋H2O → H2SO4
硫酸的工业生产 硫酸工业生产流程动画
沸腾炉
接触室
吸收塔
净 化
冷却
沸腾炉
沸 腾 炉
照片
接触室
接 触 室
照片
吸收塔
吸
收
塔
沸腾炉照片
硫酸的工业制法
• 1．了解工业制硫酸的化学原理、原料、 设备和生产过程。
• 2．运用化学反应速率和化学平衡理论分 析SO2接触氧化的条件。
思考：怎样制取硫酸？
S O2 SO2 O2 SO3 H2O H2SO4 FeS2 O2
一、硫酸的工业制法-----接触法
1、接触法制硫酸 的主要反应过程 ① 二氧化硫气体的制备
发生的反应
高温
4FeS2＋11O2 == 2Fe2O3＋8SO2
生产设备 沸腾炉
黄铁矿 空气
SO2、O2、 N2 矿渣
原 料
炉气
粉 碎 空气
除
洗
干
尘
涤
燥
沸腾炉
• 为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？
讨 论 • 为什么要从炉底通入强大空气流？
• 从燃烧炉中出来的气体叫做炉气，用燃 烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2、 水蒸气以及一些杂质，如砷、硒等的化 合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使钒催 化剂中毒，水蒸气对设备和生产也有不 良影响，因此，在进行下一步氧化反应 前，必须对炉气进行净化。
炉气净化主要除去砷、硒等化合物 和矿尘；
炉气的净化
炉气的成分：二氧化硫、氧气、氮气、 水蒸气、矿尘、砷硒化合物等
净化的目的： 防止催化剂中毒和设备腐蚀
方法：除尘（除矿尘） 洗涤（除去砷、硒等化合物） 干燥（除水蒸气）
• 净化设备： • 1、旋风分离器 • 2、文丘里除尘 • 3、水洗塔
Fra Baidu bibliotek
二、接触氧化
• 1．反应原理 SO2跟O2是在催化剂（如V2O5）表面
上接触时发生反应的，所以，这种生产 硫酸的方法叫做接触法。
从沸腾炉出来的气体主要有：SO2、 O2、N2，它们进入接触室，发生氧化反 应：
SO2、O2
温度较高的气体
经净化的 SO2、O2
冷气体
SO3
热气体
接触室
温度较低的气体
②二氧化硫氧化成三氧化硫
发生的反应：2SO2＋O2 V2O5
生产设备：接触室
2SO3
得到的气体：三氧化硫、氮气、 未反应的氧气 和二氧化硫
2．SO2接触氧化反应条件选择
• （1）温度 在具体实际生产中，温度低了反应速率就低，更
为重要的是催化剂活性在低温时不高，从综合经济效 益考虑，温度过低对生产不利。
在实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度， 因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率） 和SO2的平衡转化率（93.5%～99.2%）都比较理想。
• 黄铁矿粉碎的目的：一是燃烧迅速，二是 燃烧充分，提高原料的利用率。
沸腾炉的名称是因为从炉底通入的强 大空气流，在炉内一定空间里把矿粒吹得 剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”，所以， 人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉。
在此阶段中，空气是过量的，目的就 是让黄铁矿充分反应。
2、硫酸生产过程简介
①二氧化硫的制取和净化
（2）压强
•
理论上：接触氧化是一个体积缩小的反应，增大
压强平衡向正反应方向移动，可提高SO2的转化率。
实际上：常压操作，并不加压。
原因有两点：一是在常压时SO2的平衡转化率已经 很高，增大压强后，SO2的平衡转化率提高得并不多； 二是加压对设备的要求高且耗能多，这样将增大投资 和能量消耗。
• 进入接触室的SO2和O2需要加热，而接触 氧化生成SO3时放出热量，反应环境温度 会不断升高，用热交换器将这些热量来
SO3
吸收塔
发烟 H2SO4
不用水或稀硫酸吸收!
• 由于反应SO3+H2O= H2SO4是一个放热 反应，如果用水或稀硫酸吸收SO3，放出 的热量会使溶液形成大量的酸雾，不利 于SO3的吸收，所以工业上用98.3%的浓 酸吸收SO3，然后在水或稀硫酸中稀释浓 硫酸，制得各种浓度的硫酸产品。
③三氧化硫跟水化合生成硫酸
预热SO2和O2反应。
为什么要换热?
• 由于接触氧化是一个放热反应，要想 增大SO2的转化率、提高SO3的产率，平 衡要向正反应方向移动，根据平衡移动 理论，高温不利于SO3的生成，所以装一 个热交换器可用来把反应生成的热传给 需预热的炉气。
逆流换热
• 在热交换器中，冷气体（SO2和O2等）在 管道外流动，热气体（SO3等）在管道内 流动，两种气体流向是逆向的，这样有 利于热交换充分。
硫黄 65%
黄铁矿 16%
其他 19%
• 2．煅烧黄铁矿 将硫黄或经过粉碎的黄铁矿，分别放在
专门设计的燃烧炉中，利用空气中的氧气使 其燃烧，就可以得到SO2。
煅烧黄铁矿在沸腾炉中进行。 造气阶段的反应原理：
• S(s)+O2(g)=SO2(g)；△H= -297kJ/mol
• 或者FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g)；△H= 853kJ/mol
发生的反应：SO3＋H2O == H2SO4
用98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 生产设备：吸收塔
• 吸收塔里装填了大量瓷环，目的是增 大接触面积，吸收操作采取逆流形式也 是为了让SO3气体和98.3%浓硫酸充分接 触，有利于吸收充分。
3、回收、净化处理尾气，保护环境。
1．SO3的吸收
• 吸收过程是在吸收塔里进行的。从 接触室出来的气体，主要是SO3、N2以及 未起反应的O2和SO2。SO3与H2O化合生 成H2SO4。H2SO4虽然由SO3跟H2O化合制 得的，但工业上并不直接用H2O或稀 H2SO4来吸收SO3。
98.3%H2SO4
尾气 O2、SO2、N2
沸 腾 炉
接触室照片
接
触
室
• 一、造气 1．原料 接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属
冶炼厂的烟气（含有一定量的SO2）等作原料。
从原料成本、环境保护等角度考虑，硫黄是制硫酸的 首选材料。我国由于硫黄矿产资源较少，主要用黄铁矿作 原料。
世界硫酸产量的60%以上来自硫黄，另一方面，由于 有色冶金工业的发展和日趋严格的环保法则，有色金属冶 炼烟气制酸的产量逐年增加。相反，黄铁矿制酸的比重却 呈下降趋势，90年代初，世界硫酸生产的原料构成为：