氯碱行业废硫酸循环再利用技术的应用

氯碱行业废硫酸循环再利用技术的应用

喻杨晨 ,孙桂雷 ,吴伟

新疆化工设计研究院有限责任公司,乌鲁木齐市 830000

摘要：在氯碱企业中，废硫酸循环再利用技术有了很大进展。本文首先分析了稀硫酸浓缩技术发展情况，其次探讨了常规氟塑料磁力泵存在的问题，最后就氯碱行业废硫酸循环再利用技术的应用进行研究，以供参考。

关键词：氯气干燥；硫酸；浓缩；废酸回收；循环利用

引言

氯碱企业一般利用高浓度硫酸的强吸水性来干燥电解槽出来的湿氯气。典型的氯气干燥工艺有串联的填料塔组流程、强化型泡沫塔流程、填料塔与泡罩塔组合流程。不论何种工艺，均采用浓硫酸(质量分数96%～98%)作为干燥剂。各级干燥塔配套的硫酸循环泵将硫酸从干燥塔底泵送至塔顶，经分布器喷淋而下，与自下而上的湿氯气逆流接触，湿氯气中的水蒸气被浓硫酸吸收。最终，氯气中的水分被控制在0．015%(质量分数)以下，吸收了水分的浓硫酸质量分数降至75%～80%后被排出系统。

1稀硫酸浓缩技术发展情况

稀硫酸浓缩技术有很多种，其中较早的锅式浓缩技术因为环境污染大、能耗高，而且高硅铸铁锅在高温工况下与硫酸会发生化学反应，生成Fe2（SO4）3，使浓缩后的成品硫酸颜色发黄，循环使用的硫酸重新返回干燥塔时，Fe2（SO4）3结晶物很容易在填料上结垢，堵塞干燥塔，因此已经逐步淡出市场。国外相关技术还有阶梯蒸发皿法、鲍林法、盘管间歇加热的曼蒂斯法、塔内下流酸逆流热风法、热风吹入酸液的鈤鐡法、液中燃烧法、开米克法、浸没燃烧法等。这些传统方法都或多或少存在一些缺陷，有的不能适用大产能处理；有的是操作系统不能保持稳定生产；有的是不能适用高浓度硫酸浓缩；有的是收率低；有的是能耗高；各种传统方法都无法解决环境公害的问题。国内设备制造企业通过几年研发和试验，逐步形成了具有特色的低温渐进式废硫酸浓缩技术装备，是目前比较先进的硫酸提浓工艺方法。经过不断探索和深入研发，低温渐进式浓缩工艺方法废硫酸再生处理技术已经应用到有机硅、磷化工和氟化工中的废硫酸循环利用领域。其不仅可将氯碱化工中氯气和氯化氢气体干燥废硫酸提浓到96%循环使用，也可将磷化工中含HF和磷酸的70%废硫酸浓缩到96%以上循环利用。

2常规氟塑料磁力泵存在的问题

鉴于机械密封离心泵不可回避的缺陷，少数厂家选取氟塑料磁力泵予以替代。磁力泵是磁力联轴器和泵结合为一体，利用磁力耦合传递扭矩。它主要由泵头、外磁缸(主动转子)、内磁缸(从动转子)、隔离套组成。电动机带动外磁缸旋转，由于磁力耦合作用，内磁缸同步旋转，因内磁缸与叶轮连成一体，叶轮随内磁缸同步旋转，完成抽吸物料。在内磁缸和外磁缸之间有隔离套，抽吸的物料被封闭在隔离套内，因为没有普通离心泵的轴封问题，所以磁力泵是一种无泄漏泵。常规氟塑料磁力泵在使用过程中存在如下问题。①由于常规磁力泵结构设计缺陷，叶轮和轴在长时间使用后容易打滑。②遇高温(物料温度＞75℃)或输送密度大的物料时，内、外磁缸容易退磁。③由于采用不锈钢材质加固套，在交变磁场中会感应出磁涡流，产生涡流损耗，降低了磁力泵的运转效率。④大流量(＞150m3/h)磁力离心泵国内很少有厂家开发。

3氯碱行业废硫酸循环再利用技术的应用

3.1寻找和使用清洁能源

氢能具备明显优势，是优化能源结构、保障国家能源安全的战略选择，氯碱行业氢能未来发展潜力巨大，前景广阔。氯碱企业参与区域氢能基础设施建设，逐步形成集氢能科研、制取、储运、交易、应用一体化的氢能产业体系；立足氢能产业发展各主要环节，建设区域产业联盟，实现“气-车-站-用”同步发展；关注电解制氢技术，在氢能装备、加氢网络、氢能储运等领域完成关键企业布局，使氯碱氢能产业成为新的具成长性战略新兴产业，实现氯碱由“耗能”向“造能”方向转变。

3.2氯干燥用硫酸循环利用新工艺

氯气干燥塔的任务是用浓硫酸脱除氯气中的水分子，达到工艺要求的氯中含水目标值(体积分数小于0．01%)。浓硫酸吸收水蒸气是气膜阻力控制的物理吸收过程，过程速率等于传质系数乘推动力。传质系数的影响因素主要有:气流速度、设备因素。过程推动力等于气相中水蒸气分压和硫酸的平衡水蒸气分压的压差。采用新型组合干燥塔(采用高效规整填料、匹配合适的气液分布器以及板效率更好的条型泡罩塔板)用于氯气干燥装置，可以明显提高氯气和硫酸气液两相在干燥塔内的接触状态，为用真空浓缩工艺得到的质量分数95%的硫酸作为干燥剂干燥氯气，实现硫酸循环利用提供了必要的条件。

3.3废硫酸低温渐进式浓缩工艺流程简述

当废酸内含有固体杂质时，需先经过滤器过滤后再进入浓缩装置，经净化的废硫酸溶液用泵送入废硫酸低温渐进式浓缩工艺装置，通过计量和自动控制系统控制和调节，物料首先进入双效换热器的管程预热到约60℃，双效换热器的壳程加热介质为二级硫酸浓缩蒸发器出口的成品浓硫酸，充分利用了成品酸的余热，然后进入一级硫酸浓缩蒸发器，在负压工况条件下，原料酸溶液在低沸点状态下沸腾，水被蒸发，酸液浓度提高，原料酸逐级溢流通过各级闪蒸釜腔，浓度渐进式增长，浓缩蒸发器的单流程结构设计控制了酸液的流动方向，服务侧采用中高压蒸汽加热，温差得到最大化利用，换热面积被充分利用，在合理的工艺控制下，流出浓缩釜的酸液浓度为设备内最高的部分。流出一级硫酸浓缩蒸发器被初步浓缩的硫酸溶液，控制进入二级硫酸浓缩蒸发器中，在更高的负压工况条件下，进一步渐进蒸发浓缩，最终达到工艺要求，浓度在96%以上的高温硫酸溶液在浓缩蒸发器控制下流出二级硫酸浓缩蒸发器，服务侧的工艺流程与一级蒸发器相同。高温的浓硫酸进入双效换热器的壳程余热回收的同时得到降温，再进入二级硫酸冷却器，在服务侧冷却水的作用下，温度降至40℃以下，输送至浓缩酸中间槽暂存，车间需酸时用浓硫酸输送泵送出界区。一级硫酸浓缩蒸发器产生的含酸水蒸气经急冷塔冷却后进入一级尾气冷凝器，水蒸气大部分被冷凝分离，流入废水收集槽。真空泵机组在为系统提供负压的同时，把夹杂着水蒸气的酸性废气和不凝气体排出系统，进一步送入氯尾气事故塔进行净化处理。二级稀硫酸浓缩蒸发器产生的含酸水蒸气进入稀酸洗涤塔。经过稀酸洗涤冷却后进入二级尾气冷凝器，经水蒸气冷凝器处理后冷凝分离，从高位差处流入低位的废水槽内。同样在真空泵机组的作用下为系统提供负压，尾气处理的方法和工艺路线与一级装置相同。装置主要通过控制硫酸浓缩蒸发器的温度及压力、硫酸的进料流量来控制产品的浓度，连续进料，自动控制流量以及加热蒸汽的用量，主要机泵均1开1备。两级硫酸浓缩蒸发器主要采用1.8MPa饱和蒸汽作为热源，0.8MPa蒸汽主要用于蒸汽喷射泵机组，使系统产生真空。

结语

综上所述，中国氯碱行业的主题是实现低碳绿色发展和高质量发展，行业坚决贯彻国家关于碳达峰、碳中和的相关政策要求，努力实现行业结构的转型升级，浓缩酸至质量浓度为96%送回氯气干燥装置进行循环使用，浓缩过程中产生的少量废气送回氯尾气洗涤塔中用碱吸收制成次氯酸钠进行回收，产生的废水送至污水处理系统进行处理后作生产用水使用。

参考文献

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