硫酸sulfuric acid
生產原料 主要有硫磺、硫鐵礦和有色金屬火法冶煉廠的含二氧化硫煙氣；此外，有些國家還利用天然石膏、磷石膏、硫化氫、廢硫酸、硫酸亞鐵等作為原料。以硫磺為原料生產硫酸具有流程短、投資省、污染少、熱能利用率高等優(yōu)點。在硫酸生產原料中所占比例較大。1983年世界硫酸工業(yè)的構成原料中，硫磺占60.5％，硫鐵礦占21.0％，冶煉煙氣及其他原料占18.5％。中國的硫酸生產以硫鐵礦為主要原料，其比例一直保持在70％以上。
大部分原料需先制成含二氧化硫的原料氣，才能進一步制造硫酸。
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 以不同原料制得的含二氧化硫原料氣(見硫酸原料氣)，其雜質含量相差懸殊。以硫磺為原料時，因純度高，燃硫所用空氣又先經干燥，原料氣潔凈而干燥，通常無須凈化即可進行轉化（圖3）。
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、氯化氫等雜質，需經過凈化，使原料氣質量符合轉化的要求(圖4)。
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+½O2+99.0kJ
釩催化劑是典型的液相負載型催化劑（見金屬催化劑），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(fā)了球狀、環(huán)狀催化劑（見催化劑制造），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℃。在用硫磺或硫化氫為原料的情況下，只需將原料氣在廢熱鍋爐中降溫至上述溫度；而在應用其他原料的情況下，由于原料氣經過濕法凈化系統(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。
現代硫酸生產常用的兩次轉化工藝，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(tǒng)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。在以硫化氫為原料時，進轉化器的氣體中含有大量水蒸氣，二氧化硫在水蒸氣存在下進行轉化，故又稱之為濕接觸法。
為克服固定床轉化器（見固定床反應器）存在的缺陷，中國、蘇聯(lián)、聯(lián)邦德國進行了流化床轉化器（見流化床反應器）的研究，目前，聯(lián)邦德國已有兩個直徑分別為4m與6.4m的示范性工業(yè)裝置。
70年代以來，開發(fā)了以硫磺為原料的加壓法硫酸生產工藝，其原理是使二氧化硫在高于常壓的條件下進行轉化，以提高其轉化率。
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+132.5kJ
但不能用水進行吸收，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(huán)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500ppm，尾氣可直接排入大氣；而一次轉化工藝的吸收塔尾氣中的氧化二硫濃度高達2000～3000ppm，故須設置尾氣處理工序，以使排氣符合環(huán)境保護法規(guī)。氨水吸收法是應用最廣的尾氣處理方法（見二氧化硫）。
出干燥塔、吸收塔的濃硫酸需經冷卻后方能循環(huán)使用。過去多使用鑄鐵制的淋灑式冷卻器，現在開發(fā)了多種新型冷卻器，如全氟乙丙烯塑料軟管換熱器，不銹鋼制陽極保護管殼式換熱器，以及不銹鋼或高級合金制的陽極保護板式換熱器。這些新型冷卻器的應用，延長了酸冷卻器的使用壽命，提高了操作的可靠性，改善了操作條件并使得利用干燥、吸收系統(tǒng)的低溫位熱能成為可能。（見硫酸工業(yè)）
以硫化氫為原料時，轉化后的氣體中含有大量水蒸氣。它不經冷卻，在420～430℃下進入冷凝成酸塔，經冷酸淋洗后冷凝成硫酸，產品酸濃度通常為78％。近年來出現了濕接觸法的改進型，它們可制得濃度大于93％的硫酸，并適用于濃度較低的原料氣。
用途 硫酸的最大消費者是化肥工業(yè)，用以制造磷酸、過磷酸鈣和硫酸銨。1983年，西方世界的化肥工業(yè)在硫酸消費構成中占65％。中國化肥工業(yè)在硫酸消費上所占比例也一直保持在50％～60％。在石油工業(yè)中，硫酸用于汽油、潤滑油等產品的精煉，并用于烯烴的烷基化反應，以生產高辛烷值汽油。鋼鐵工業(yè)需用硫酸進行酸洗，以除去鋼鐵表面的氧化鐵皮。這一工序是軋板、冷拔鋼管以及鍍鋅等加工所必需的預處理。在有色冶金工業(yè)中，濕法冶煉過程用硫酸浸取銅礦、鈾礦和釩礦；電解法精煉銅、鋅、鎳、鎘等，需用硫酸配制電解液。以螢石和硫酸可制取氫氟酸(見螢石化學加工)，它是現代氟工業(yè)的基礎，與核工業(yè)及航天工業(yè)密切關聯(lián)。在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸藥的制造中，硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑。在化學纖維工業(yè)中，硫酸用于配制粘膠纖維的抽絲凝固??；維綸生產需用硫酸進行縮醛化；錦綸的制造過程中，硫酸可溶解環(huán)己酮肟而進行貝克曼轉位。在塑料工業(yè)方面，環(huán)氧樹脂和聚四氟乙烯等的生產也需用數量可觀的硫酸。在染料工業(yè)中，硫酸用于制造染料中間體。硫酸與鈦鐵礦反應可制得重要的白色顏料二氧化鈦（鈦白）。硫酸還用于硫酸鹽和其他無機鹽、無機酸(硼酸、鉻酸)、有機酸（草酸、醋酸）以及醇類(乙醇、異丙醇)的生產。其他如制革、造紙、電鍍、印染、醫(yī)藥、農藥、煉焦、蓄電池、合成洗滌劑等生產也都需用硫酸。
安全貯運 硫酸是強腐蝕性介質，接觸人體會引起嚴重灼傷，作業(yè)人員應按規(guī)定穿戴防護用品。人體不慎觸及硫酸時，應立即以大量水沖洗，隨即就醫(yī)。接觸法工廠生產的各種濃度的濃硫酸、發(fā)煙硫酸以及塔式法工廠生產的76％硫酸，均以鋼制貯槽貯存，并以鋼制槽車或槽船運輸。濃度小于70％的硫酸應以鋼殼襯鉛容器貯運。少量硫酸可以陶壇包裝，并需標上明顯的“有毒品”及“腐蝕性物品”標志。貯存和運輸應按危險品貯存、運輸規(guī)定辦理。
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