中国报告大厅网讯，当前，我国磷化工产业发展面临磷石膏堆存的严峻挑战，2023年我国磷石膏产生量达 8100 万 t，综合利用量为 4500 万 t，综合利用率 55.6%，而堆存量已超过 8 亿 t，约占所有工业副产石膏品种的 68%。磷石膏堆存不仅占用大量土地、产生高额堆存成本，还可能因渗滤液污染土壤与水资源，严重制约磷化工产业可持续发展。在硫酸生产领域，传统磷石膏制硫酸联产水泥技术虽成熟，但存在工艺流程长、设备多、能耗大、投资高、经济效益差等问题，且硫酸工艺优化与余热回收仍有提升空间。在此背景下，分解磷石膏窑气湿法制硫酸技术的开发与产业化，为解决磷石膏资源化利用难题、推动硫酸行业技术升级提供了重要路径。以下是2025年硫酸行业技术分析。

  一、硫酸行业技术升级背景：分解磷石膏窑气湿法制硫酸项目的实施必要性

  《2025-2030年中国硫酸行业市场深度研究与战略咨询分析报告》指出，在硫酸生产相关产业中，某企业现有年产 40 万 t 磷石膏制硫酸协同处理废硫酸装置，该装置采用二水或半水烘干石膏、单级粉磨、生料混化、悬浮预热器及窑分解煅烧、窑尾静电除尘、稀酸洗涤净化、两转两吸工艺，经原料均化、烘干脱水、生料制备、熟料烧成、窑气制酸和水泥磨制 6 个过程生产硫酸和水泥产品。不过，受原料和工况条件限制，窑气中 SO₂浓度较传统硫磺或硫铁矿制硫酸浓度低且波动幅度大，要保证硫酸系统热平衡，通常要求窑气 SO₂体积分数高于 6%，这对石膏生料配制和运行操作提出极高要求。

  该装置已平稳运行 26 年，受当时技术、装备、材料等条件限制，较低 SO₂浓度的窑气经净化和两次转化为 SO₃过程中，反应热难以在系统中实现自热平衡，无法像硫磺制硫酸那样平稳回收蒸汽，必要时需采用电加热器辅助加热;同时，SO₃生成硫酸的吸收反应热需通过换热器与冷却水换热后经冷却塔冷却排空，造成热能损失，且需设置干燥塔对工艺气水分干燥后再进行氧化转化反应，这些因素导致现有 “两转两吸” 干法制酸工艺余热和反应热未得到有效回收，能耗较大、效益不理想。

  此外，按照最新政策，该企业所在化工产业园的大气污染物排放由一般控制区调整为重点控制区，需执行《区域性大气污染物综合排放标准》(DB 37/2376-2019)重点控制区的排放要求，需对现有磷石膏制硫酸装置的氮氧化物处理设施进行提级改造。但受工艺工况条件限制，目前成熟的选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝工艺均不适合现有磷石膏干法制硫酸联产水泥装置。而采用湿法制硫酸时，原料气来自现有硫酸装置的净化工序，其中导致脱硝催化剂中毒的污染物被除去，且通过湿法制硫酸自身反应热可将原料气升温至 390℃，符合 SCR 反应温度在 200~450℃的要求，因此湿法制硫酸工艺可解决现有装置脱硝超低排放难题。

  基于上述情况，2022 年 8 月，相关企业开展合作，共同开发分解磷石膏窑气湿法制硫酸技术及产业化项目，2023 年 11 月依托现有磷石膏制硫酸装置协同处理废硫酸，建成 20kt/a 分解磷石膏窑气湿法制硫酸工业装置。该装置可适应多种 SO₂来源，在不同 SO₂浓度情况下稳定运行近 2 年，实现反应余热有效回收与尾气超低排放，2025 年 7 月，该项目通过相关科技成果鉴定，被认为 “技术原料适应性强、能量利用率高，总体技术达到国际先进水平”。

  二、硫酸生产核心工艺：分解磷石膏窑气湿法制硫酸的技术细节

  (一)硫酸生产工艺流程

  依托现有化学分解磷石膏和裂解废硫酸产生的低浓度 SO₂窑气为原料，开发的磷石膏窑气湿法制硫酸 “一转一冷” 新工艺，其 20kt/a 湿法硫酸工业装置主要包括 SCR 脱硝、SO₂催化氧化、硫酸蒸汽冷凝、硫酸降温及调质、装置热量回收、尾气深度处理 6 个工序。该装置工艺气中的水分无需干燥处理，全流程均在过程气含水的条件下进行，尤其是制硫酸工段通过硫酸蒸汽冷凝制备硫酸。

  具体反应原理和过程如下：

  SCR 脱硝：含 SO₂的净化窑气经窑气预热器预热后，进入组合式反应器的第二、第三段间换热器升温，合并后再进入第一段间换热器，利用组合式反应器的反应热升温至 390℃后进入 SCR 反应器，进料中含有一定量的 NOₓ。界区外氨水蒸发出的氨气引入 SCR 反应器前端，部分净化窑气经电加热器加热后补入气氨中预混，用于稀释气氨浓度。该气体与出第一段间接换热器的工艺气混合，通过选择性催化还原(SCR)将燃烧产物中的 NOₓ还原为 N₂，反应式为：2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O + 反应热;6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O + 反应热。

  SO₂催化氧化：脱硝后的净化窑气进入组合式反应器，该反应器为 “三床两换热” 绝热床层结构，工艺气依次通过催化剂床层和段间换热器，在特殊催化剂作用下，SO₂转化为 SO₃，反应式为：SO₂ + 0.5O₂ → SO₃ + 反应热。考虑到反应速率和平衡转化率等因素，该反应分级完成，各级之间设有段间冷却器，通过冷却器移出反应热降低工艺气反应温度，以提高平衡转化率，同时以气气换热形式给最初风机升压后的净化窑气升温，最大程度回收利用反应热。

  硫酸蒸汽冷凝：在高温条件下，部分 SO₃水合反应生成 H₂SO₄蒸汽，随温度降低，水合反应程度加剧。离开工艺气冷却器的热工艺气进入硫酸蒸汽冷凝器，进一步降低温度促使硫酸蒸汽冷凝，热工艺气低于 285℃后进入冷凝器，由下向上流动，通过空气与热工艺气的热量交换将温度降至 90℃，伴随温度降低，硫酸蒸汽逐步冷凝于玻璃换热管上结成液滴，靠重力滴落在冷凝器底部，形成液态酸并提浓。空气由冷却风机提压送至硫酸蒸汽冷凝器，进入管箱顶部，管箱分左右两端，各部分通过内部隔板分割为多段，最终离开硫酸蒸汽冷凝器的空气温度为 200℃，送至热量回收系统，反应式为：SO₃(g) + H₂O → H₂SO₄(g) + 反应热;H₂SO₄(g) → H₂SO₄(l) + 反应热。

  硫酸降温及调质：经硫酸蒸汽冷凝器冷凝分离出的硫酸温度较高，为避免高温硫酸对管道和硫酸储罐造成腐蚀，将硫酸水冷器冷却后的硫酸回流至硫酸蒸汽冷凝器出口管口处，与热硫酸混合急冷降温至 55℃。

  装置热量回收：对上述工艺过程中释放的大量反应热，采用加热净化工艺气的方式回收，实现系统反应热平衡;通过工艺气冷却器进一步回收工艺气热量，生产中压蒸汽;从空气加热器出来的热空气，可用于加热除盐水或除氧水，提高蒸汽产量。

  尾气深度处理：硫酸蒸汽冷凝后的尾气中仍含微量 SO₂等酸性组分，送至现有装置的尾气洗涤单元进行深度处理后，达标排放。

  (二)硫酸装置运行指标

  20kt/a 磷石膏窑气湿法制硫酸工业装置投运近 2 年以来，在 φ(SO₂) 为 3.0%~7.5% 的不同窑气条件下验证，均能稳定运行，主要指标如下：

  SO₂单次转化率≥99.3%;

  吨酸副产蒸汽≥0.288t 和 200℃热空气 8000m³/h;

  尾气实现超低排放，其中 ρ(NOₓ)≤50mg/m³，ρ(SO₂)≤35mg/m³，ρ(颗粒物)≤10mg/m³;

  硫酸产能达到年产 20kt 设计能力，产品质量符合《工业硫酸》(GB/T 534-2014)优等品标准。

  (三)硫酸工艺技术特点

  分解磷石膏窑气湿法制硫酸 “一转一冷” 新工艺，与 “两转两吸” 干法制硫酸工艺相比，具有以下特点：

  适应多源低浓度 SO₂窑气：耐 SO₂浓度波动性能优异，在窑气 SO₂浓度低且波动频繁情况下，湿法制硫酸可实现系统自热平衡，而现有装置异常、窑气 SO₂浓度低时，“两转两吸” 工艺需采用电炉加热稳定运行;

  简化硫酸生产流程：工艺流程短，投用设备少，占地面积小，节省投资，湿法制硫酸省去干法制硫酸中的窑气干燥和吸收环节，不设置干燥塔、一吸塔和二吸塔等装备，简化了工艺流程和设备投入;

  降低硫酸生产能耗：运行能耗更低，降低运营成本，湿法制硫酸可副产低压蒸汽，回收利用热风，节省电耗、循环水消耗，减少操作人员，综合运营成本更低;

  满足硫酸尾气排放要求：容易实现超低排放要求，湿法制硫酸装置净化度高，可配套 SCR 脱硝装置，酸雾控制采用多级精密强制拦截方式，排放尾气中 SO₂、NOₓ、酸雾等容易达到大气污染物排放重点控制区排放要求;

  提升硫酸产品质量：产品质量更好，湿法制硫酸生产的硫酸产品 w (H₂SO₄) 为 97%~98%，不含杂质，清澈透明，达到优等品标准。

  (四)硫酸技术创新点

  开发了磷石膏窑气湿法制酸 “一转一冷” 新工艺，并配套研制了 SO₂湿法催化氧化高效催化剂，结合 “三床两换热” 绝热床层结构，在高水汽分压下，实现了 SO₂单次转化率≥99.3%;

  研制了 SO₂转化器、组合式气气换热器、玻璃管冷凝器、烟气玻璃管预热器等关键设备，通过热 - 质传递的协同增效，实现了热量回收率的提升和流程简化，吨酸可副产蒸汽≥0.288t 和 200℃热空气 8000m³/h;

  开发了氮氧化物选择性还原新技术、控制方法、检测手段，解决了高浓度 SO₂氛围下石膏窑气脱硝催化剂堵塞、选择性低、易结晶等难题，实现了脱硝单元的稳定运行，尾气 ρ(NOₓ)≤50mg/m³。

  三、硫酸项目经济价值：分解磷石膏窑气湿法制硫酸的经济效益分析

  20kt/a 分解磷石膏窑气湿法制硫酸工业装置劳动定员 20 人，其中管理人员 1 人、技术人员 3 人、生产人员 16 人;生产所需主要原辅材料及燃料动力等均按目前市场价格核算;掺烧废硫酸以 90% 的烷基化废硫酸为例，比例按硫酸产能的 40% 核算;副产水泥熟料和低压蒸汽按市场价扣除。

  由上述成本核算可知，20kt/a 分解磷石膏窑气湿法制硫酸工业装置硫酸生产成本为 296.02 元 /t，按目前硫酸市场价 600 元 /t 计，该项目每年可实现销售收入 1200 万元，扣除生产成本后的毛利润为 607.96 万元。

  四、硫酸行业发展展望：分解磷石膏窑气湿法制硫酸技术的意义与前景

  分解磷石膏窑气湿法制硫酸技术与传统 “两转两吸” 干法工艺相比，可适应多种 SO₂来源，在不同 SO₂浓度情况下实现长周期稳定运行，能量利用率高，投资省，成本低，尾气易实现超低排放，是工业石膏资源化利用领域的突破性创新。

  2024年4月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会等七部门联合印发《磷石膏综合利用行动方案》，提出到 2026 年磷石膏综合利用率达到 65%，综合消纳量与产生量实现动态平衡。随着国家环保政策不断收紧，磷石膏利用问题成为制约磷化工行业发展的瓶颈难题。分解磷石膏窑气湿法制硫酸技术，能够为解决我国每年约 0.8 亿 t 磷石膏的资源化、高值化利用提供技术支撑，在硫酸行业及磷化工相关产业中推广应用前景广阔。

  综上所述，分解磷石膏窑气湿法制硫酸技术通过工艺创新、设备研发与能耗优化，不仅提升了硫酸行业生产的效率与质量，降低了生产成本，还有效解决了磷石膏堆存的环境问题，实现了资源循环利用。该技术的产业化实践，为硫酸行业技术升级树立了典范，也为推动磷化工产业绿色可持续发展注入了新动力，未来随着技术的进一步推广，将在助力 “双碳” 目标实现、促进生态产业发展等方面发挥更大作用。