硫酸原料氣

生產硫酸須先製得含二氧化硫的原料氣，原料氣製備的工藝視原料不同而異。原料包括硫鐵礦、硫磺、冶煉煙氣、硫化氫、石膏和廢硫酸等（見硫資源）。

基本介紹

• 中文名：硫酸原料氣
• 定義：產硫酸先製得含二氧化硫的原料氣
• 製備工藝：視原料不同而異
• 原料：硫鐵礦、硫磺、冶煉煙氣等

正文

以硫鐵礦為原料　硫鐵礦是硫化鐵礦物的總稱，它包括黃鐵礦與白鐵礦（分子式均為FeS2），以及成分相當於FenSn+1的磁硫鐵礦，三者中以黃鐵礦為主。
硫鐵礦經焙燒後製得含二氧化硫的氣體。歷史上曾採用過塊礦爐、機械爐、迴轉爐、懸浮爐進行硫鐵礦的焙燒，現均使用沸騰焙燒爐。含硫30%的硫鐵礦已能滿足硫酸生產工藝的要求,但為了礦渣能用於煉鐵,要求硫鐵礦的含硫量應大於45%。使用含硫高的硫鐵礦，還能減少原料運輸費用，提高熱能利用效率。為保證正常生產和硫鐵礦渣的利用，對原料礦中的有害雜質如砷、氟等的含量也都有相應的限制。
硫鐵礦焙燒時的反應為：

4FeS2+11O2─→2Fe2O3+8SO2+3415.7kJ　 (1)

當過剩氧量較少時，反應按下式進行：

3FeS2+8O2─→Fe3O4+6SO2+2438.2kJ　(2)

通常希望反應按(2)進行，以利礦渣利用,並減少三氧化硫的生成。控制沸騰層焙燒溫度在850～950℃，爐內設定廢熱鍋爐的受熱元件，以回收多餘的反應熱。
以硫磺為原料　當原料為液態硫磺時，可直接用液硫泵將其輸入焚硫爐；若原料為固態硫磺，則需在熔硫槽中以蒸汽間接加熱熔融,濾除雜質後,用泵送入焚硫爐。
硫磺燃燒時的反應為：

S+O2─→SO2+297kJ

焚硫爐操作的關鍵是應保證液態硫充分霧化並與空氣均勻混合，以確保硫磺燃燒完全。為此，發展了多種類型的焚硫爐與液態硫噴槍。
焚硫爐通常為臥式圓筒形、鋼殼襯耐火磚結構，有的內設擋牆或在爐體設定二次風分布管，爐子一端設定液態硫噴槍，為液態硫與空氣入口；另一端設原料氣出口，通向廢熱鍋爐。液態硫噴槍按其作用原理分為壓力噴嘴型、空氣霧化型與旋轉杯型三類。
以冶煉煙氣為原料　有色金屬硫化礦的火法冶煉過程中排出的含二氧化硫煙氣，早期因濃度較低，利用困難，常直接排入大氣。隨著環境保護法規日趨嚴格及冶煉工藝不斷改進，冶煉煙氣中二氧化硫濃度已提高，能夠經濟地用於硫酸生產。但是，由於有色冶煉裝置爐型繁多，煙氣條件多變，故對硫酸生產工藝也有相應要求。
目前，用煙氣制硫酸的主要有色金屬冶煉設備有閃速爐、沸騰焙燒爐、密閉鼓風爐、轉爐、燒結機等。在制酸的冶煉煙氣中，以煉銅煙氣所占比例最大，閃速爐及轉爐煙氣二氧化硫含量最高。近年來，在閃速爐中使用富氧空氣，大大提高了冶煉的生產強度和煙氣中的二氧化硫濃度，進轉化器二氧化硫濃度最高已達13.5%。
以硫化氫為原料　從天然氣或石油中回收的大量硫化氫氣體通常用於克勞斯法製取硫磺。而由焦爐氣或煤氣精製過程中得到的硫化氫，由於數量較小，將其燃燒生成二氧化硫，用於生產硫酸。

H2S+3/2O2─→SO2+H2O+518kJ

原料氣中的二氧化硫濃度，由原始氣體中的硫化氫濃度和空氣用量決定。由於反應本身生成水，故原料氣中水分含量高，這決定了以硫化氫為原料生產硫酸的重要特徵。
以石膏（磷石膏）為原料　將石膏、焦炭和其他輔料在迴轉窯內於約1400℃下煅燒，同時製得水泥熟料和含二氧化硫的氣體。窯中發生的主要反應為：

2CaSO4+C─→2CaO+2SO2+CO2-566.2kJ

生成的氧化鈣與物料中的氧化矽成分在窯中反應生成水泥熟料，通常煙氣中的二氧化硫濃度為7%～10%,生產每噸硫酸可同時製得水泥熟料1t。20世紀60年代後期,奧地利首先開發了以濕法磷酸生產中的副產物磷石膏製取硫酸和水泥的工藝。由於石膏（磷石膏）制硫酸的工廠基建投資大，耗能高，故通常只是在別無其他原料或為處理磷石膏廢渣的情況下才作為一種選擇方案。世界上僅有奧地利、波蘭、民主德國、中國等國家和南非地區建有少數以石膏（磷石膏）為原料的硫酸廠。
各種焙燒爐製得的原料氣,溫度常高達800～1000℃,通常採用熱能回收裝置回收高溫原料氣中的餘熱，同時將原料氣冷卻至下道工序所需溫度。最常用的熱能回收裝備是各種火管式或水管式鍋爐，產生的蒸汽用於發電、驅動風機或其他生產過程。 某些石膏（磷石膏）制酸廠用出迴轉窯的高溫氣體預熱進窯的生料。