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稀硫酸的制备

发布日期:2020/10/24 7:57:30

背景及概述[1]

硫酸是重要的基本化工原料,有“化学工业之母”的美称。经中国硫酸工业协会核实,2010年我国硫酸总产量70330kt[w(H2SO4)=100%计,下同],同比增长17.8%,比2009年经增产10000kt以上,表观消费量达71690kt,预计在“十二五”期间,硫酸的产量和消费量还将保持增长。硫酸在化工、钢铁等行业广泛应用,而许多企业在生产过程中对硫酸的利用率却很低。

例如在冶金及有机化工行业耗用大量的硫酸,但其中很多并未作为产品组成进入最终产品中,而是被稀释或污染成废硫酸;在硫酸法生产钛白粉水解工段,平均每生产1t钛白粉产生w(H2SO4)≈20%的稀硫酸6~8t;在烟气制酸的炉气净化酸洗工段,生产每吨硫酸产生w(H2SO4)≈5%的稀硫酸量达20~100L。

浓缩方法[1-2]

稀硫酸浓缩工艺在技术上是否可行,主要取决于生产工艺对浓硫酸纯度的要求与浓缩时杂质的特性。理论上,只要提供足够的热能蒸发掉稀硫酸中的水分就能够实现稀硫酸浓缩。稀硫酸浓缩的方法主要有两种,一种是把稀硫酸置于蒸发器中,在常压条件下直接用燃料加热蒸发器或用换热器进行加热,如中国申请专利“硫酸法生产钛白粉过程中稀硫酸的浓缩除杂方法”中,常压下,采用加热石墨列管换热器构成的蒸汽浓缩系统来达到加热其中的硫酸的目的;另一种是在减压条件下用换热器加热稀硫酸进行浓缩,如US5,228,885,揭露了一种在减压条件下,用换热器加热稀硫酸进行浓缩的方法和设备。

总之,目前稀硫酸的浓缩都是通过间接加热的方法来实现的。由于高温的硫酸特别是高温的浓硫酸具有强烈的腐蚀性,这对换热器的材质提出了极高的要求,需要价格昂贵的稀有金属如钽、锆以及特殊合金制作换热器;减压提浓过程中使用水环式真空泵,不仅造成了提浓的蒸汽无法回收利用,而且浪费大量的冷凝水;另外,间接加热还需要耐高温浓硫酸的循环泵,这些都提高了稀硫酸浓缩的成本,从而限制了废稀硫酸的回收利用。

1)稀硫酸浓缩的原理

稀硫酸的浓缩就是在加热的情况下将溶液中部分水分脱除的过程。当溶液受热时,如果靠近加热面的水分子获得的动能大于分子间的吸引力,该部分水分子即自液体中逸出而成蒸汽。将蒸汽不断移去,溶液中的硫酸浓度便得到提高。对w(H2SO4)<80%以下的硫酸加热时,溶液中几乎只有水分蒸发逸出,硫酸分子并未逸出,进而可达到浓缩稀硫酸的目的。稀硫酸中水分的蒸发需消耗大量的热,根据热的供给方式的不同,浓缩装置分为两种类型:类是通过热气与酸直接接触传递热量,称为直接加热式;第二类型通过设备壁传热将酸加热,称为间接加热式。

2)稀硫酸浓缩方法包括以下步骤:(1)将稀硫酸注入蒸发器中;(2)向所述蒸发器中通入温度高于稀硫酸沸点的水蒸汽,使水蒸汽与稀硫酸直接接触进行热交换,将稀硫酸中的水蒸发,从而使稀硫酸浓缩。

制备[3]

利用含SO2烟气制稀硫酸的方法,具体包括以下步骤:

(1)含SO2的烟气进入降温除尘装置,温度降低,其中夹带的固体杂质被除去;

(2)步骤(1)中降温除尘后的气体进入超重力吸收装置,与吸收剂双氧水溶液在超重力吸收装置中接触,SO2进入液相,形成包含硫酸的双氧水混合吸收液,脱硫之后的气体进入除沫装置去除夹带的吸收液,从烟囱排出或去往下游工艺,除去的夹带吸收液返回超重力吸收装置;

(3)步骤(2)中脱硫之后的吸收富液进入富液储罐,富液储罐中的富液经过富液输送泵和流量调节阀进行循环吸收,当富液中稀硫酸浓度达到指定浓度后由稀硫酸流量调节阀采出;

(4)步骤(3)中稀硫酸达到指定浓度之后由稀硫酸流量调节阀采出,进入超重力还原装置,超重力还原装置所用的填料负载双氧水还原催化剂,在催化剂的作用下,采出的稀硫酸中残余的双氧水被去除,然后作为产品收集或送往下游工序;

(5)双氧水储罐中储存有一定浓度的双氧水,当脱硫吸收液中检测到双氧水浓度过低时,可以通过双氧水输送泵和双氧水流量调节阀进行吸收剂的及时补充。

主要参考资料

[1] 稀硫酸浓缩的现状与发展

[2] CN200910036932.0一种稀硫酸浓缩方法及系统

[3] CN201910045641.1一种利用含SO2烟气制稀硫酸的装置及方法

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