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硫酸的關鍵，其反應為：

2SO2+O2→2SO3

這個反應在室溫和沒有催化劑存在時，實際上不能進行。根據二氧化硫轉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

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

接觸法生產工藝：接觸法的基本原理是應用固體催化劑，以空氣中的氧直接氧化二氧化硫。其生產過程通常分為二氧化硫的制備、二氧化硫的轉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，需經過凈化，使原料氣質量符合轉化的要求。為此，經回收余熱的原料氣，先通過干式凈化設備（旋風除塵器、靜電除塵器）除去絕大部分礦塵，然后再由濕法凈化系統進行凈化。

經過凈化的原料氣，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。

二氧化硫的轉化：二氧化硫于轉化器中，在釩催化劑存在下進行催化氧化：

SO2+（1/2）O2 SO3 ΔH=-99.0kJ

釩催化劑是典型的液相負載型催化劑，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，有時還加入某些金屬或非金屬氧化物，以滿足強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了球狀、環狀催化劑，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化率。轉化器進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℃。

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

現代硫酸生產用的兩次轉化工藝，是使經過兩層或三層催化劑的氣體，先進入中間吸收塔，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，進行第二次轉化，然后進入最終吸收塔再次吸收。由于中間吸收移除了反應生成物，提高了第二次轉化的轉化率，故其總轉化率可達99.5％以上，部分老廠仍采用傳統的一次轉化工藝，即氣體一次通過全部催化劑層，其總轉化率最高僅為98％左右。

三氧化硫的吸收：轉化工序生成的三氧化硫經冷卻后在填料吸收塔中被吸收。吸收反應雖然是三氧化硫與水的結合，即：

SO3+H2O→H2SO4 ΔH=-132.5kJ

但不能用水進行吸收，否則將形成大量酸霧。工業上采用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。成品酸由各塔循環系統引出。

吸收塔和干燥塔頂設有金屬絲網除沫器或玻璃纖維除霧器，以除去氣流中夾帶的硫酸霧沫，保護設備，防止環境污染。兩次轉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；而一次轉化工藝的吸收塔尾氣中的二氧化硫濃度高達2000×10-6～3000×10-6，故須設置尾氣處理工序，以使排氣符合環境保護法規。氨水吸收法是應用最廣的尾氣處理方法。

標簽：硝化化學方程式硫酸