硫酸是產量最高、最重要的化學品之一。它廣泛應用於各種行業和製程，例如工業化學品生產（肥料、洗滌劑、顏料、染料）、電池製造、冶金工藝、石油精煉、染色和紡織工業、炸藥生產、半導體工業、實驗室使用和分析化學等。硫酸生產有不同的製程：室法、單接觸法和雙接觸法。由於三氧化硫轉化為硫酸的速率高，雙接觸製程是目前最優選和廣泛使用的製程。高轉化率也意味著排放氣體中的二氧化硫殘留量較少，有助於減少二氧化硫向大氣的排放，並減輕環境空氣污染。
硫酸的生產涉及多步驟過程，廣泛稱為接觸過程或硫酸製造過程。該過程將二氧化硫 (SO2) 轉化為硫酸 (H2SO4)。用於生產硫酸的原料包括燃燒元素硫、黃鐵礦或冶金工業廢氣而獲得的含硫氣體。
硫酸的生產有幾個步驟，解釋如下：
步驟1：硫磺燃燒
如果以元素硫、黃鐵礦或金屬硫化物礦石為原料製造硫酸，則該過程從硫 (S) 燃燒產生二氧化硫 (SO2) 開始。
S + O2 → SO2
步驟2：二氧化硫轉化
二氧化硫在送入轉化器前要經過預處理，去除雜質。首先，二氧化硫在洗滌塔中進行處理以降低溫度，然後透過洗滌器去除細顆粒。隨後，它被輸送到冷卻塔以進一步降低溫度並移除水。然後，它通過除霧器以消除任何殘留的細顆粒和霧氣。
二氧化硫和氧氣轉化為三氧化硫的過程高度依賴過量氧氣的量。因此，用乾燥空氣稀釋硫酸，為催化反應提供必要量的空氣。進入轉換器接觸過程之前的最後一個處理步驟是乾燥塔，其中任何剩餘的水都從二氧化硫氣體中去除。
最後，純化後的二氧化硫被送至轉化器進行接觸過程，在此過程中在催化劑存在下轉化為三氧化硫（SO3）。通常，使用的催化劑是五氧化二釩 (V2O5) 或氧化鋁 (Al2O3)。
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3
上述平衡對溫度和過量氧氣高度敏感。因此，控制處理過程後 SO2 和 O2 的濃度對於在轉化過程之前建立最佳條件至關重要。
步驟3：硫酸吸收
將三氧化硫 (SO3) 溶解在濃度通常為 98-99% 的濃硫酸 (H2SO4) 中，生成發煙硫酸，也稱為發煙硫酸 (H2S2O7)。發煙硫酸是硫酸和三氧化硫的混合物。必須保持對吸收塔中硫酸濃度的精確控制，以防止異常情況。在異常條件下，吸收過程可能無法正確進行，這凸顯了維持最佳操作條件的重要性。根據製造過程（單接觸單吸收或雙接觸雙吸收），吸收可以發生在單塔或多吸收塔中。
SO3 + H2SO4 → H2S2O7 (oleum)
步驟4：稀釋 吸收塔中產生的發煙硫酸用水稀釋以達到所需的硫酸濃度。稀釋是生產商業級硫酸的關鍵步驟，商業級硫酸的濃度通常約為 93% 至 98%。
H2S2O7 + H2O → 2H2SO4
步驟5：冷卻和儲存
將稀硫酸冷卻並轉移至儲罐。
在雙接觸雙吸收製程中，SO3被帶入濃硫酸中，並在第一（中）吸收塔中產生發煙硫酸。同時，未氧化的 SO2 進入轉換器進行第二次接觸。接觸後，SO2 和 O2 轉化為 SO3，然後導入第二個（最終）吸收塔，在那裡它們被濃硫酸 (H2SO4) 吸收，生成發煙硫酸或發煙硫酸 (H2S2O7)。
接觸法效率高，廣泛應用於工業大規模生產硫酸。雙接觸製程已基本被單接觸製程所取代，單接觸製程提高了硫酸的產率，並且由於其較高的SO2吸收率和減少的SO2排放而更加環保。由於硫酸生產具有腐蝕性和潛在危險性，安全措施和環境控制至關重要。
必須對硫酸生產過程進行最佳化控制才能達到 98% 或更高的產率。 HORIBA 透過其連續氣體分析儀 ENDA-5000 系列為硫酸生產過程做出了貢獻。客製化設計的樣氣預處理系統，依托50多年排放氣體監測經驗和專業知識，以及核心部件的內部開發和生產，有助於準確測量硫酸中的高腐蝕性SO2生產過程。
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煙氣分析系統
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