硫酸原料气

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生产硫酸须先制得含二氧化硫的原料气,原料气制备的工艺视原料不同而异。原料包括硫铁矿、硫磺、冶炼烟气、硫化氢、石膏和废硫酸等(见硫资源)。
中文名
硫酸原料气
定    义
产硫酸先制得含二氧化硫的原料气
制备工艺
视原料不同而异
原    料
硫铁矿、硫磺、冶炼烟气等

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硫酸原料气正文

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  以硫铁矿为原料 硫铁矿是硫化铁矿物的总称,它包括黄铁矿与白铁矿(分子式均为FeS2),以及成分相当于FenSn+1的磁硫铁矿,三者中以黄铁矿为主。
  硫铁矿经焙烧后制得含二氧化硫的气体。历史上曾采用过块矿炉、机械炉、回转炉、悬浮炉进行硫铁矿的焙烧,现均使用沸腾焙烧炉。含硫30%的硫铁矿已能满足硫酸生产工艺的要求,但为了矿渣能用于炼铁,要求硫铁矿的含硫量应大于45%。使用含硫高的硫铁矿,还能减少原料运输费用,提高热能利用效率。为保证正常生产和硫铁矿渣的利用,对原料矿中的有害杂质如砷、氟等的含量也都有相应的限制。
  硫铁矿焙烧时的反应为:
4FeS2+11O2─→2Fe2O3+8SO2+3415.7kJ  (1)
当过剩氧量较少时,反应按下式进行:
3FeS2+8O2─→Fe3O4+6SO2+2438.2kJ (2)
通常希望反应按(2)进行,以利矿渣利用,并减少三氧化硫的生成。控制沸腾层焙烧温度在850~950℃,炉内设置废热锅炉的受热元件,以回收多余的反应热。
  以硫磺为原料 当原料为液态硫磺时,可直接用液硫泵将其输入焚硫炉;若原料为固态硫磺,则需在熔硫槽中以蒸汽间接加热熔融,滤除杂质后,用泵送入焚硫炉。
  硫磺燃烧时的反应为:
S+O2─→SO2+297kJ
焚硫炉操作的关键是应保证液态硫充分雾化并与空气均匀混合,以确保硫磺燃烧完全。为此,发展了多种类型的焚硫炉与液态硫喷枪。
  焚硫炉通常为卧式圆筒形、钢壳衬耐火砖结构,有的内设挡墙或在炉体设置二次风分布管,炉子一端设置液态硫喷枪,为液态硫与空气入口;另一端设原料气出口,通向废热锅炉。液态硫喷枪按其作用原理分为压力喷嘴型、空气雾化型与旋转杯型三类。
  以冶炼烟气为原料 有色金属硫化矿的火法冶炼过程中排出的含二氧化硫烟气,早期因浓度较低,利用困难,常直接排入大气。随着环境保护法规日趋严格及冶炼工艺不断改进,冶炼烟气中二氧化硫浓度已提高,能够经济地用于硫酸生产。但是,由于有色冶炼装置炉型繁多,烟气条件多变,故对硫酸生产工艺也有相应要求。
  目前,用烟气制硫酸的主要有色金属冶炼设备有闪速炉、沸腾焙烧炉、密闭鼓风炉、转炉、烧结机等。在制酸的冶炼烟气中,以炼铜烟气所占比例最大,闪速炉及转炉烟气二氧化硫含量最高。近年来,在闪速炉中使用富氧空气,大大提高了冶炼的生产强度和烟气中的二氧化硫浓度,进转化器二氧化硫浓度最高已达13.5%。
  以硫化氢为原料 从天然气石油中回收的大量硫化氢气体通常用于克劳斯法制取硫磺。而由焦炉气或煤气精制过程中得到的硫化氢,由于数量较小,将其燃烧生成二氧化硫,用于生产硫酸。
H2S+3/2O2─→SO2+H2O+518kJ
原料气中的二氧化硫浓度,由原始气体中的硫化氢浓度和空气用量决定。由于反应本身生成水,故原料气中水分含量高,这决定了以硫化氢为原料生产硫酸的重要特征。
  以石膏(磷石膏)为原料 将石膏、焦炭和其他辅料在回转窑内于约1400℃下煅烧,同时制得水泥熟料和含二氧化硫的气体。窑中发生的主要反应为:
2CaSO4+C─→2CaO+2SO2+CO2-566.2kJ
生成的氧化钙与物料中的氧化硅成分在窑中反应生成水泥熟料,通常烟气中的二氧化硫浓度为7%~10%,生产每吨硫酸可同时制得水泥熟料1t。20世纪60年代后期,奥地利首先开发了以湿法磷酸生产中的副产物磷石膏制取硫酸和水泥的工艺。由于石膏(磷石膏)制硫酸的工厂基建投资大,耗能高,故通常只是在别无其他原料或为处理磷石膏废渣的情况下才作为一种选择方案。世界上仅有奥地利、波兰、民主德国、中国等国家和南非地区建有少数以石膏(磷石膏)为原料的硫酸厂。
  各种焙烧炉制得的原料气,温度常高达800~1000℃,通常采用热能回收装置回收高温原料气中的余热,同时将原料气冷却至下道工序所需温度。最常用的热能回收装备是各种火管式或水管式锅炉,产生的蒸汽用于发电、驱动风机或其他生产过程。 某些石膏(磷石膏)制酸厂用出回转窑的高温气体预热进窑的生料。
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科技