硫磺制硫酸工艺研究[1]

作者简介： 冯晓民 男 １９６１ 年生 工程师 长期从事化工生产工艺技术的研究和技术管理工作
第 １１ 期
冯晓民： 硫磺制硫酸工艺研究
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二砷使钒触媒中毒。氟化氢引起触媒粉化， 活性下 降。因为对气体状态的砷、氟， 目前工业上尚不能进 行干法净化法将它们从炉气中分离出来， 故仍须用 水洗涤来进行分离， 将砷、氟化合物吸收溶解到洗涤 水中， 达到二氧化硫气体净化目标。故在这一过程中 需用大量水洗涤， 从而产出大量污水， 平均每吨酸产 出污水 １０～１５ ｔ。从沸腾炉出来的二氧化硫气体温度 在 ９００ ℃左右， 通过除尘、水洗净化后， 二氧化硫气 体温度降到 ４０ ℃左右。在这一过程中大量的能量被 消耗， 没有被很好地利用， 且要增加许多动力设备， 增加能耗。
参考文献（ 略）
收稿日期：２００７ 年 ８ 月
Ｕｓ ｉｎｇ Ｓ ｕｌｆｕｒ ｔｏ Ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ Ｓ ｕｌｆｕｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｔｅ ｃｈｎｉｃａ ｌ Ｐ ｒｏｃｅ ｓ ｓ
Ｆｅｎｇ Ｘｉａｏｍｉｎ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｙｒｉｔｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｒｉｃｈ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ， ｓｏ ｍａｎｙ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｕｓｅ ｐｙｒｉｔｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｃｉｅｔｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｓｃｉｏｕｓｎｅｓｓ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ， ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｂｙ ｐｙｒｉｔｅ ｉｓ ｓｅｒｉｏｕｓ， ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｐｙｒｉｔｅ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｕｌｆｕｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｏ Ｃｌｅａｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ｓｏ ｆｉｎａｌｌｙ ｕｓｉｎｇ ｓｕｌｆｕｒ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｉｓ ａｃｃｅｐｔｅｄ．
（ ２） 硫磺制酸工艺能源利用更加合理。硫磺炉 出 口 的 １ ０００ ℃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。 ３．３ 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。 ３．４ 效果
３ 硫磺制酸与矿石制酸工艺比较
３．１ 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， 同时也消除了三大污染源— ——粉尘、污水、矿 渣。 ３．２ 能源消耗下降
（ １） 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 １１０ ｋＷｈ／ｔ， 硫磺制酸为 ７０ ｋＷ·ｈ／ｔ， 下降了 ３６％； 深井水用量从 １００ 万 ｔ／ａ， 下降到 ２０ 万 ｔ／ａ。
工艺改造前后的效果见表 １。
表 １ 工艺改造前后的效果
悬浮物 砷
氟 污水量
排污费
Baidu Nhomakorabea
（／ ｔ·ａ－１） （／ ｔ·ａ－１） （／ ｔ·ａ－１） （／ 万 ｔ·ａ－１） （／ 万元·年 －１）
改造前 ６７０ １．０１ １２
４３０
８７
改造后 １１６
０
０
１６８
２７
４ 结论
上硫厂工艺的改进， 确实是选择了一条清洁生 产的工艺， 只有这样才能使化工企业生存和发展得 更好。
１ 矿石制酸工艺流程
１．１ 工艺流程
→ → → 矿料
粉碎
焙烧
水洗净化 ＳＯ２
粉尘
矿渣
污水
ＳＯ３
→ 干燥 → 转化 → 吸收 → ９８％硫酸
↓↑
↑
９３％硫 酸
１．２ 过程分析 （ １） 矿料 矿料为硫铁矿， 主要成分为 ＦｅＳ２。矿料平均含硫
为 ３０％， 各 矿 区 的 含 硫 量 波 动 大 ， 且 含 有 砷 、氟 元 素。因为生产 １ ｔ 硫酸需耗 １ ｔ 矿料， 故矿料需求量 大。由此造成运输量巨大， 运输费用高， 且堆放场地 大的问题。
矿石制酸工艺存在的最大问题是对环境污染 大， 大量的污水、粉尘及矿渣严重影响着周围环境； 另外操作环境恶劣、操作强度高。同时能耗也高， 环 保费用无法承受。而在人们对环境质量要求越来越 高， 政府对环境整治决心越来越大的现状下， 上硫厂 的硫酸生产到了非采取“行动”不可的时候了。是保 留原生产工艺— ——矿石制酸， 而加大环保治理投入， 还是选择从工艺流程上改进措施， 从根本上解决问 题？经过认真深入的分析研究， 最终上硫厂选择了工 艺改进的方案， 由矿石制酸改为硫磺制酸工艺， 即以 液体硫磺为原料来生产硫酸， 从根本上解决了矿石 制酸生产时产出的大量污水、粉尘、矿渣对环境的污 染问题。使上硫厂从沉重的环保困境中得以解脱， 使 生产经营步入良性循环。
（ ２） 粉碎 因为进厂的矿料大小不一， 且有部分块料。在进 入沸腾炉焙烧之前必须进行破碎， 以达到 ３．５ ｍｍ× ３．５ ｍｍ 以下的要求。大块料采用腭式破碎机破碎， 再用反击式破碎机进一步破碎。在此过程中产生大 量粉尘， 对环境污染相当严重， 能耗也大。 （ ３） 焙烧 破碎合格的矿料投入沸腾炉焙烧， 二硫化铁与 空气中的氧反应生成二氧化硫。 ４ＦｅＳ２＋１１Ｏ２＝８ＳＯ２＋２Ｆｅ２Ｏ３＋３ ３０５．３６ ｋＪ 生产 １ ｍｏｌ ＳＯ２ 产生 ０．２５ ｍｏｌ Ｆｅ２Ｏ３ Ｓ 的 原 子 转 化 率 为 １００％ ， Ｏ 的 原 子 转 化 率 为 ７２．７％。 （ ４） 水洗净化 沸腾炉出口二氧化硫气体中含有固体悬浮物和 气体组分： 矿尘、二氧化硫、氧、三氧化二砷、氟化氢 等。需要的是二氧化硫和氧， 二氧化硫和氧在转化器 内转化为三氧化硫， 三氧化硫通过吸收塔生成硫酸。 而其他的杂质均应除去， 否则影响生产。 炉气中矿尘浓度高达 １５０～３００ ｇ／ｍ３， 将使管道 堵塞、触媒结块失去活性、转化器阻力上升。三氧化
（ ５） 干燥以后工序变化不大。
２ 硫磺制酸工艺流程
液硫 → 焙烧 ＳＯ→ ２ 转化
↑
↓ＳＯ３
空气 → 干燥 ← → 吸收
↓
↓
９３％硫酸
９８％硫酸
２．１ 液硫
来自日本石油工业提炼后的液体硫磺纯度高，
含量达 ９９．９％， 无其他杂质。储存场地小， 运输量小， 硫磺约 ５ 万 ｔ／ａ。 ２．２ 焙烧
Ｓ＋Ｏ２﹦ＳＯ２＋热量 生产 １ ｍｏｌ ＳＯ２ 产生零废物， Ｓ 、Ｏ 的原子转化率 都为 １００％， 这样就提高了提高原子转化率。
Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： Ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ； Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ； Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
关键词 硫酸 工艺 环境 中图分类号 ＴＱ １１１．１
上海硫酸厂（ 简称上硫厂） 硫酸生产原采用矿石 制酸工艺， 装置生产能力为年产 １５ 万 ｔ 硫酸。原料 硫铁矿来自广东、安徽、江西等矿区， 经提取矿中有 效成分硫元素后， 产出的大量矿渣部分处理到钢铁 厂作为炼铁原料， 大部分作为水泥厂生产中的添加 料， 以调整水泥原料成分， 增加水泥强度。
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上海化工 Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ． ２００７
技术进步
硫磺制硫酸工艺研究
冯晓民
上海华谊集团上硫化工有限公司 （ 上海 ２０００４３）
摘 要 由于我国硫铁矿资源较丰富， 国内的硫酸企业基本采用矿石制酸工艺。但随着社会对环境质量要求的不断 提高， 人们的环保意识越来越强， 矿石制酸工艺存在的对环境污染大的问题越来越突出， 到了必须进行工 艺改进的地步。对硫磺制酸和矿石制酸两种硫酸生产工艺进行分析研究， 从而选择清洁生产工艺— ——硫磺 制酸。