硫黃或黃鐵礦在空氣中燃燒或焙燒，以得到二氧化硫氣體。將二氧化硫氧化為三氧化硫是生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵，其反應(yīng)為：

2SO2+O2→2SO3

這個反應(yīng)在室溫和沒有催化劑存在時(shí)，實(shí)際上不能進(jìn)行。根據(jù)二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫途徑的不同，制造硫酸的方法可分為接觸法和硝化法。接觸法是用負(fù)載在硅藻土上的含氧化鉀或硫酸鉀（助催劑）的五氧化二釩V2O5作催化劑，將二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。硝化法是用氮的氧化物作遞氧劑，把二氧化硫氧化成三氧化硫：

SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO

根據(jù)所采用設(shè)備的不同，硝化法又分為鉛室法和塔式法，現(xiàn)在鉛室法已被淘汰；塔式法生產(chǎn)的硫酸濃度只有76％；而接觸法可以生產(chǎn)濃度98％以上的硫酸；采用最多。

接觸法生產(chǎn)工藝：接觸法的基本原理是應(yīng)用固體催化劑，以空氣中的氧直接氧化二氧化硫。其生產(chǎn)過程通常分為二氧化硫的制備、二氧化硫的轉(zhuǎn)化和三氧化硫的吸收三部分。

二氧化硫的制備和凈化：

以硫鐵礦等其他原料制成的原料氣，含有礦塵、氧化砷、二氧化硒、氟化氫、等雜質(zhì)，需經(jīng)過凈化，使原料氣質(zhì)量符合轉(zhuǎn)化的要求。為此，經(jīng)回收余熱的原料氣，先通過干式凈化設(shè)備（旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器）除去絕大部分礦塵，然后再由濕法凈化系統(tǒng)進(jìn)行凈化。

經(jīng)過凈化的原料氣，被水蒸氣所飽和，通過噴淋93％硫酸的填料干燥塔，將其中水分含量降至0.1g/m3以下。

二氧化硫的轉(zhuǎn)化：二氧化硫于轉(zhuǎn)化器中，在釩催化劑存在下進(jìn)行催化氧化：

SO2+（1/2）O2 SO3 ΔH=-99.0kJ

釩催化劑是典型的液相負(fù)載型催化劑，它以五氧化二釩為主要活性組分，堿金屬氧化物為助催化劑，硅藻土為催化劑載體，有時(shí)還加入某些金屬或非金屬氧化物，以滿足強(qiáng)度和活性的特殊需要。通常制成直徑4～6mm、長5～15mm柱狀顆粒。近年來，丹麥、美國和中國相繼開發(fā)了球狀、環(huán)狀催化劑，以降低催化床阻力，減少能耗。

釩催化劑須在某一溫度以上才能有效地發(fā)揮催化作用，此溫度稱為起燃溫度，通常略高于400℃。近年來，研制成功的低溫活性型釩催化劑，其起燃溫度降低到370℃左右，因而提高了二氧化硫轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化器進(jìn)口的原料氣溫度保持在釩催化劑的起燃溫度之上，通常為410～440℃。

由于原料氣經(jīng)過濕法凈化系統(tǒng)后降溫至40℃左右，所以必須通過換熱器，以轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的熱氣體間接加熱至反應(yīng)所需溫度，再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。二氧化硫經(jīng)氧化反應(yīng)放出的熱量，使催化劑層溫度升高，二氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率隨之降低，如溫度超過650℃，將使催化劑損壞。為此，將轉(zhuǎn)化器分成3～5層，層間進(jìn)行間接或直接冷卻，使每一催化劑層保持適宜反應(yīng)溫度，以同時(shí)獲得較高的轉(zhuǎn)化率和較快的反應(yīng)速度。

現(xiàn)代硫酸生產(chǎn)用的兩次轉(zhuǎn)化工藝，是使經(jīng)過兩層或三層催化劑的氣體，先進(jìn)入中間吸收塔，吸收掉生成的三氧化硫，余氣再次加熱后，通過后面的催化劑層，進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，然后進(jìn)入最終吸收塔再次吸收。由于中間吸收移除了反應(yīng)生成物，提高了第二次轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率，故其總轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.5％以上，部分老廠仍采用傳統(tǒng)的一次轉(zhuǎn)化工藝，即氣體一次通過全部催化劑層，其總轉(zhuǎn)化率最高僅為98％左右。

三氧化硫的吸收：轉(zhuǎn)化工序生成的三氧化硫經(jīng)冷卻后在填料吸收塔中被吸收。吸收反應(yīng)雖然是三氧化硫與水的結(jié)合，即：

SO3+H2O→H2SO4 ΔH=-132.5kJ

但不能用水進(jìn)行吸收，否則將形成大量酸霧。工業(yè)上采用98.3％硫酸作吸收劑，因其液面上水、三氧化硫和硫酸的總蒸氣壓最低，故吸收效率最高。出吸收塔的硫酸濃度因吸收三氧化硫而升高，須向98.3％硫酸吸收塔循環(huán)槽中加水并在干燥塔與吸收塔間相互串酸，以保持各塔酸濃度恒定。成品酸由各塔循環(huán)系統(tǒng)引出。

吸收塔和干燥塔頂設(shè)有金屬絲網(wǎng)除沫器或玻璃纖維除霧器，以除去氣流中夾帶的硫酸霧沫，保護(hù)設(shè)備，防止環(huán)境污染。兩次轉(zhuǎn)化工藝的最終吸收塔出口尾氣中的二氧化硫濃度小于500×10-6，尾氣可直接排入大氣；而一次轉(zhuǎn)化工藝的吸收塔尾氣中的二氧化硫濃度高達(dá)2000×10-6～3000×10-6，故須設(shè)置尾氣處理工序，以使排氣符合環(huán)境保護(hù)法規(guī)。氨水吸收法是應(yīng)用最廣的尾氣處理方法。

標(biāo)簽：硝化化學(xué)方程式硫酸