一种稀硫酸蒸浓的工艺流程和设备制造技术

本发明专利技术公开了一种稀硫酸蒸浓的工艺流程和设备，将共沸脱水的方法应用于稀硫酸蒸浓，具体步骤如下：取稀废硫酸，对稀废硫酸进行除渣提纯，得到稀硫酸原料；将稀硫酸原料通入浸没燃烧器中，通过气体燃料对稀硫酸原料进行燃烧脱水，获得含碳浓硫酸；将含碳浓硫酸加入脱碳、脱硝器中进行脱碳、脱硝处理，获得热浓硫酸；通过石墨冷却器对热浓硫酸进行冷却，获得浓硫酸成品，本发明专利技术适用于稀硫酸蒸浓，通过对稀废硫酸经除渣提纯后经过由石英材质、硼硅玻璃、碳化硅材质组成的浸没燃烧器，在浸没燃烧器内经浸没蒸发蒸浓至工业浓度硫酸，实现废弃稀硫酸的二次回收利用。稀硫酸的二次回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种稀硫酸蒸浓的工艺流程和设备


[0001]本专利技术属于
，具体是一种稀硫酸蒸浓的工艺流程和设备。

技术介绍

[0002]氯碱生产在氯气干燥过程中会产生大量的75％以上的含氯气稀硫酸、在三氯乙醛生产过程中因用浓硫酸脱水使有机物碳化产生大量黑臭的85％以上黑色稀硫酸(俗称黑酸)、在绝热法硝基苯生产过程中会产生62％以下的稀硫酸，在硫酸法钛白粉生产过程里企业每年产生百万吨级别20％的稀硫酸等。含氯气稀硫酸经脱氯、三氯乙醛稀硫酸经脱醛后可以作为稀硫酸付产出售，但售价几乎是白送，硝基苯产生的稀硫酸在引进工艺中使用钽换热器蒸至65％循环使用，但设备价格奇贵，不足0.5
㎜
厚的管材、传热面积不足20平米要100多万。硝化、磺化、脱水等工艺用硫酸很多，同时会产生含小于1％的碳化物的淡黑废硫酸，此废硫酸呈现黑色溶液状，这个黑色过滤不掉，且蒸浓后是呈粘稠状的沥青质物体。总之有很多化工生产每天都在排放各种稀硫酸，小厂每年千吨左右，大厂每年会有近十万吨之巨。
[0003]浓硫酸在工业生产中有广泛的用途，硫酸变稀会使硫酸的功能极大的减弱，蒸去水分浓缩废稀硫酸是废硫酸处理的主要方法之一。现有的浓缩反应器有浸没燃烧浓缩器、鼓式浓缩器、(多效)真空浓缩器、锅式浓缩器、喷雾浓缩器等，这些方法中因为热源、传热设备材质、酸的目的浓度等原因各有千秋，以上浓缩酸的设备中最简单、流程最短、操作最直观的还数浸没燃烧浓缩器。因为材质和高温的问题上述能浓缩至93％浓度的硫酸浓缩器设备寿命太短，以至于没有大量应用的实例，只有浓度70％以下的多效蒸发一枝独秀。
[0004]稀硫酸变浓硫酸还有一个方法现在也很通用，它将稀硫酸在高温下直接分解成二氧化硫、三氧化硫再经经典的制酸方法二转二吸来获得浓硫酸，此法对专业大工厂可行但对一般工厂并不适合，因为投资实在太大，动辄数千万元还占地面积大工艺流程长，一般工厂难以接受。
[0005]硫酸很价廉，不可能用昂贵的钽等稀有金属设备来浓缩它。硫酸的特点是在65％以下时腐蚀十分强烈，70％多以下的硫酸用途除硫酸法钛白粉品种外并不广泛，目前硫酸法钛白的稀酸浓缩全部采用多效蒸发，因为能耗高、设备投资大生产出来的酸比购入的新酸还要贵。热硫酸85％以上时由于硫酸的氧化性表现出来对材料的要求更加苛刻，直到93％时它又使铁制设备和硫酸能在常温下可以连续工作。
[0006]稀硫酸可以用共沸脱水的办法进行蒸浓，以二氯乙烷为例，它和硫酸不会反应，它和稀硫酸就能共沸脱水浓缩稀硫酸。硫酸水溶液的水蒸汽分压见下表，水蒸汽分压单位为毫米汞柱。只要有水蒸汽的分压存在它就能和二氯乙烷形成共沸物，隨着酸浓度的增高硫酸水蒸汽分压越小，一定浓度下隨着温度的上升水蒸汽分压越大，互为因素。共沸脱水时边脱水液温边升高，温度越来越高，水越来越难脱直到无水可脱。理论上可脱至无水，实际上隨水量的减小脱至无水时间将无限的加长，经济上不一定合理。
[0007][0008]不同温度、浓度下的硫酸水溶液的水蒸汽分压(毫米汞柱)
[0009][0010]硫酸水溶液100℃时的水蒸汽分压和浓度的关系
[0011][0012][0013]70℃时硫酸水溶液蒸气压和浓度的关系
[0014]可见共沸脱除酸中的水分可在较低温度下进行，但由于腐蚀强烈一般的材料不可能维持运行。
[0015]脱水和蒸发过程中稀硫酸浓度从0％至98％时一直蒸发的是水分，98％时(沸点约为338℃)水和三氧硫共沸，硫酸在约70％以上时水分的蒸发逐渐变得很困难，因此要想使稀硫酸蒸成浓硫酸就必须使硫酸的蒸浓温度尽量接近338℃而不超过338℃。热源温度要足够高才能使设备内硫酸温度达到338℃，此温度下传热设备将承受重大考验。酸温要达到338℃那么热源就要超过338℃，有夹套的传热方式有导热油、熔盐，上这个系统会增加成本，无夹套的热源有火焰和电，电太贵，火焰正合适。面对腐蚀大部分常用金属当硫酸在100℃以上时几乎都不能胜任，搪玻璃材质100℃、高硅铸铁250℃、工业品聚四氟乙烯220℃时勉强还以用，1013mbaro为一个大气压，俗称常压。93mbar约为工业上的绝压0.01MPa。13mbar接近零绝压。
[0016]在结合如图5所示的硫酸的沸点和硫酸浓度的关系图。
[0017]常压硫酸的沸点和硫酸浓度的确切对应关系：
[0018][0019]到300℃及以上时几乎所有廉价防腐材料都不能胜任，唯有石英制品、碳化硅等无机材料能抗住这种温度下的腐蚀。石英、碳化硅、硼硅玻璃对各种热状态下的硫酸有高超的抗蚀性和良好的耐热冲击性但传热性不如金属，碳化硅加工性能也不错，就是夹套加热设备价格偏高。石英保温防腐性能较好但机械强度太差且加工性能太差并不能加工成形态复杂的化工传热设备，所以在使用上有所限止但作为堆砌的炉膛正合适，在小量处理时用上述材料的组合设备也很适用。
[0020]玻璃材质最大的不足是脆性，玻璃设备能因热胀冷缩过快引起破裂，但设备做短和减少温度的剧变能减少这方面的不足，温度不要太高、变温时温差不要太大就能改善此影响，温度不太高时温度剧变的慨率就会减少，设备内最高温度不要超过350℃，入酸温度不要低于100℃，这点温差高硼硅玻璃还是能够承受的，在此基础上还开发了U形浸没燃烧炉。石英材质加工性能不好只能加工成实验室用的设备，工业规模只能由硼硅玻璃来完成，为降低设备成本应尽量采用现有工业设备能生产的装置，现有工业规模生产的玻璃塔节最大为φ600，其受加工能力的限止目前U形炉只能做到5000吨酸/年套左右。U形炉的炉头、加酸管，导焰管等均和砖砌炉是一样的。运行时由高温火焰蒸发的水气、燃烧废气使加热区液体密度变小而上升，加酸区的酸就会流向加热区，100℃的酸加入时酸不断的被热酸通过加酸管预热，出口时流入玻璃填料区分散和热酸相混，避免了骤冷酸的加入。气提引起的流动和加入酸引起的体积增大使液位超过平衡管而流出设备使生产不间断的进行下去。
[0021]碳化硅具有良好的导热系数和抗热冲击的性能，它同样可以作为U形炉的用材，现在没有现成的生产U形炉装备的装置，据了解目前的烧结炉只有做成处理10000吨酸/年套左右的炉具，碳化硅的U形浸没燃烧炉和玻璃炉的U形炉结构和运行方式完全相同。碳化硅是个总称，它有许多不同纯度的制品所以叫碳化硅的产品不一定都能用于硫酸浓缩，一定要用碳化硅纯度高的烧结制品。
[0022]目前市售有间热式的碳化硅硫酸浓缩装置，碳化硅管和花板的密封使用的是四氟软制品，纯四氟乙烯制品是用烧结法做的没法制成软制品，软制品都是F46制品，它不能耐200℃以上的高温。近来有CN113042879专利解决了碳化硅的焊接方法，碳化硅管和花板可以不再使用F46零件连接但是筒体和封头的密封、后续的砝兰口的连接仍然须要F46。即使在绝压0.01MPa下、待蒸浓酸的酸温200℃时热源温度应最少在230
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250℃，封头密封仍然不能百分之百的解决。
[0023]浸没燃烧蒸发工艺一般简称为浸没蒸发。30％液碱缩成45％的工艺由干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀硫酸蒸浓的工艺流程，其特征在于：将共沸脱水的方法应用于稀硫酸蒸浓，具体步骤如下：取稀废硫酸，对稀废硫酸进行除渣提纯，得到稀硫酸原料；经共沸脱水初步提浓后，将稀硫酸原料通入浸没燃烧器中，通过气体燃料对稀硫酸原料进行燃烧脱水，获得含碳浓硫酸；将含碳浓硫酸加入脱碳、脱硝器中进行脱碳、脱硝处理，获得热浓硫酸；通过石墨冷却器对热浓硫酸进行冷却，获得浓硫酸成品。2.如权利要求1所述的一种稀硫酸蒸浓的工艺流程，其特征在于：所述气体燃料采用天燃气或一气化碳或氢气为燃料，采用空气或富氧空气、氧气作为氧化剂。3.如权利要求1
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2中任一所述的一种稀硫酸蒸浓的工艺流程，其特征在于：所述浸没燃烧器包括：炉体组件，构成所述浸没燃烧器的主体结构，其包括炉体(1)和安装在所述炉体(1)上方的炉盖(2)；工作组件，其设置于所述炉体(1)的内部，用于对稀硫酸进行燃烧脱水；其中，所述工作组件包括：两个竖直设置的塔节(15)，两个所述塔节(15)的底部通过U型结构的连通管(19)连接，其中一个所述塔节(15)的顶部安装有进硫酸管(6)，另一个所述塔节(15)内部安装有导焰管(4)，所述导焰管(4)的顶部安装有燃烧机(5)；其中，设置导焰管(4)的塔节(15)顶部设置有用于排出蒸汽的蒸汽出口(14)和用于进行导入气体燃料的导气管(3)；还包括溢酸管(8)，用于溢出浓硫酸，其水平设置，所述溢酸管(8)的一端由外向内贯穿所述炉体(1)，并与设置导焰管(4)的塔节(15)内部连通。4.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少昆，
申请(专利权)人：王少昆，
类型：发明
国别省市：