專(zhuān)利名稱(chēng)：利用余熱蒸餾法制取高濃度發(fā)煙硫酸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基本化工原料，即無(wú)機(jī)酸的制造方法，具體地說(shuō)，涉及一種高濃度發(fā)煙硫酸的制造方法。
背景技術(shù)：
高濃度發(fā)煙硫酸是指游離三氧化硫(SO3)達(dá)到65wt.％的發(fā)煙硫酸，它是一種比普通發(fā)煙硫酸(濃度約20wt.％左右)更有效的磺化劑，主要用于有機(jī)合成工業(yè)，可明顯提高磺化效率，例如用于制造萘酚磺酸、間-硝基苯丁酸、萘磺酸等。此外，這種高濃度發(fā)煙硫酸，在染料中間體的生產(chǎn)和醫(yī)藥工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用。
溫度在45℃時(shí)，65wt.％發(fā)煙硫酸的SO3蒸氣壓高達(dá)72657.9Pa，而在同樣的溫度下，濃度為20wt.％的普通發(fā)煙硫酸的SO3蒸氣壓為345.8Pa，兩者相差200倍以上。在通常硫酸生產(chǎn)的系統(tǒng)中，無(wú)論采用“一轉(zhuǎn)一吸”(一次轉(zhuǎn)化，一次吸收)或“二轉(zhuǎn)二吸”(二次轉(zhuǎn)化，二次吸收)工藝，轉(zhuǎn)化后的SO3分壓總是在7300～9900Pa范圍內(nèi)，與上述的65wt.％發(fā)煙硫酸的SO3蒸氣壓相差甚遠(yuǎn)，因此，利用SO3濃度僅7～9.5wt.％的轉(zhuǎn)化氣不可能制造出濃度達(dá)到65％的高濃度發(fā)煙硫酸。
硫酸廠(chǎng)以往采用的傳統(tǒng)的工藝是采用硫酸系統(tǒng)中生產(chǎn)的25wt.％發(fā)煙硫酸(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“發(fā)煙硫酸”)為原料，經(jīng)流量計(jì)加入到用煤作燃料的加溫平板蒸發(fā)鍋，上述發(fā)煙硫酸中的SO3在高溫(≤650℃)爐氣加熱的作用下被蒸發(fā)出來(lái)，然后送入SO3冷凝器，其熱量由冷卻水帶走，當(dāng)溫度達(dá)到45℃以下時(shí)，氣態(tài)的SO3即轉(zhuǎn)化為液態(tài)的SO3，這種液態(tài)SO3，含量接近100wt.％，可以在混合桶內(nèi)將它與25wt.％發(fā)煙硫酸按比例混合，攪拌后制得65wt.％高濃度發(fā)煙硫酸。
上述工藝雖然簡(jiǎn)單易行，但是缺點(diǎn)明顯1、蒸發(fā)過(guò)程需要另外采用外加的熱源，燃料的消耗較大；2、操作過(guò)程中潛在一定的危險(xiǎn)性，即，在間歇作業(yè)時(shí)，由于氣路管道在間歇時(shí)的降溫，管路內(nèi)的氣態(tài)100wt.％SO3會(huì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，并進(jìn)而轉(zhuǎn)化為固態(tài)，這就會(huì)造成管道堵塞，甚至引起平底鍋爆炸；3、鋼制平板蒸發(fā)鍋與高溫?zé)嵩唇佑|，鍋底腐蝕嚴(yán)重，即使鍋底鋼板材料加厚到30mm，也只有半年的使用壽命；4、由于鍋底嚴(yán)重腐蝕，造成蒸出SO3后留下的低濃度發(fā)煙硫酸中鐵含量增高，降低了它的品質(zhì)等級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服以上所述傳統(tǒng)工藝制造高濃度發(fā)煙硫酸的諸多缺點(diǎn)，提供一種工藝合理、生產(chǎn)安全、能夠充分利用硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)中的余熱，并把氣態(tài)SO3的生產(chǎn)與硫酸系統(tǒng)中普通發(fā)煙硫酸的生產(chǎn)串成一體的高濃度發(fā)煙硫酸的制造方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，它以制酸系統(tǒng)生產(chǎn)的普通發(fā)煙硫酸為原料，其特征是，利用硫酸系統(tǒng)中的硫酸轉(zhuǎn)化氣的余熱，采用逆流換熱方式，在管殼式蒸發(fā)器中蒸餾普通發(fā)煙硫酸，從中蒸發(fā)出氣態(tài)三氧化硫(SO3)，將它送入冷凝器內(nèi)冷卻成液態(tài)三氧化硫，再將該液態(tài)三氧化硫送入混合器，與預(yù)先加入在該混合器內(nèi)的普通發(fā)煙硫酸混合，制得高濃度發(fā)煙硫酸。
具體地說(shuō)，整個(gè)工藝過(guò)程如下由前段硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)煙硫酸(濃度25wt.％～30wt.％)通過(guò)循環(huán)泵送入盤(pán)管式預(yù)熱器與從三氧化硫蒸發(fā)器流出的回酸(蒸出SO3氣體后留下的硫酸)換熱，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后，送入三氧化硫蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器的熱源系利用硫酸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化器四段空氣預(yù)熱器出口轉(zhuǎn)化氣的余熱，該轉(zhuǎn)化氣逆向流過(guò)蒸發(fā)器的同時(shí)，對(duì)從預(yù)熱器送入的發(fā)煙硫酸加熱，蒸發(fā)出三氧化硫氣體，自身也得到一定程度冷卻，并被送回硫酸系統(tǒng)吸收塔，完成一個(gè)循環(huán)。
從三氧化硫蒸發(fā)器蒸出的氣態(tài)100wt.％SO3通過(guò)管道、閥門(mén)系統(tǒng)送入三氧化硫冷凝器，冷凝得到液態(tài)的三氧化硫，將它連續(xù)送入預(yù)先加入一定量普通發(fā)煙硫酸的混合槽內(nèi)，達(dá)到設(shè)定比例后便制得高濃度的65wt.％發(fā)煙硫酸。如果需要生產(chǎn)的是液態(tài)100wt.％三氧化硫，則不必將它與普通發(fā)煙硫酸混合，讓它直接流入液體三氧化硫貯槽即可。
在上述工藝中，作為原料酸宜采用濃度25wt.％～30wt.％的發(fā)煙硫酸，這樣效果較好，因?yàn)殡S著發(fā)煙硫酸的濃度升高，其沸點(diǎn)逐漸降低，同時(shí)三氧化硫分壓逐漸升高，氣態(tài)三氧化硫的收率得以提高。
另外，為了減緩對(duì)設(shè)備腐蝕，發(fā)煙硫酸中游離SO3的濃度不能太低，因?yàn)檫m量游離SO3的存在，有利于提高氧化性，可以減緩對(duì)設(shè)備的腐蝕，為此，要求把蒸出氣態(tài)SO3后流出蒸發(fā)器的發(fā)煙硫酸的濃度控制在15wt.％～20wt.％左右。
上述工藝流程中的蒸發(fā)器，傳通工藝采用的是降膜式蒸發(fā)器，它屬于管殼式換熱器類(lèi)型。按照本發(fā)明要求，作為原料酸的25wt.％～30wt.％發(fā)煙硫酸能夠均勻地分配到蒸發(fā)器內(nèi)的每根鋼管內(nèi)，酸液沿鋼管內(nèi)壁形成氣膜均勻向下流動(dòng)，含有熱量的轉(zhuǎn)化氣從鋼管外部進(jìn)行加熱，如果這時(shí)發(fā)生某根鋼管內(nèi)的進(jìn)酸量少了，造成該管內(nèi)的發(fā)煙硫酸過(guò)渡蒸發(fā)，以致局部地方酸濃度低于15wt.％SO3(游離)，導(dǎo)致鋼管腐蝕。因此，使作為原料酸的發(fā)煙硫酸在蒸發(fā)器內(nèi)均勻分布是至關(guān)重要的，為此對(duì)蒸發(fā)器作了適當(dāng)改造發(fā)煙硫酸在蒸發(fā)器管內(nèi)自下而上流動(dòng)，管外的轉(zhuǎn)化氣通過(guò)逆向流動(dòng)，進(jìn)行加熱，同時(shí)，設(shè)計(jì)安裝了轉(zhuǎn)化氣氣體分布板，借此增大氣體的湍流強(qiáng)度，提高傳熱系數(shù)，蒸發(fā)后殘余的發(fā)煙硫酸靠位差流入盤(pán)式預(yù)熱器內(nèi)。
用于三氧化硫冷凝的冷凝器通常為管殼式結(jié)構(gòu)，可以用空氣冷卻，也可以使用水冷卻，從熱傳導(dǎo)角度考慮，鑒于管內(nèi)部存在相的變化，管外用水冷卻，總的傳熱系數(shù)比用空氣高得多，但對(duì)設(shè)備材質(zhì)的要求較高，萬(wàn)一發(fā)生泄漏，氣態(tài)的三氧化硫與水混合會(huì)引起爆炸，為此，本發(fā)明專(zhuān)門(mén)采用降膜式管殼冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使冷卻水能夠均勻地分配到每根鋼管上，并且頂部敞開(kāi)，處于常壓狀態(tài)，冷卻水沿鋼管內(nèi)壁形成液膜向下流動(dòng)，管外為氣態(tài)的三氧化硫(壓力0.02MPa)逆向行進(jìn)，逐步被冷卻冷凝成液態(tài)三氧化硫，這樣，即使萬(wàn)一殼程因腐蝕而泄漏，部分液態(tài)三氧化硫只能進(jìn)入管程，它與水混合而產(chǎn)生的熱量可由敞開(kāi)處排逸，不致引起爆炸，也有助于及時(shí)采取應(yīng)急措施。
由上述可見(jiàn)，本發(fā)明的效果是十分明顯的，可簡(jiǎn)單歸納如下1、本發(fā)明方法把氣態(tài)三氧化硫的生產(chǎn)與硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)煙硫酸的生產(chǎn)串成一體，將未冷卻的發(fā)煙硫酸直接送入三氧化硫的生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠充分利用前端發(fā)煙硫酸生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)煙硫酸的生成熱。
2、作為原料酸的發(fā)煙硫酸在進(jìn)入蒸發(fā)器前，先通過(guò)預(yù)熱器與從蒸發(fā)器流出的蒸出氣態(tài)SO3后殘留的發(fā)煙硫酸(回酸)換熱，借以回收一部分顯熱，并改善轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入后系統(tǒng)的溫度條件。
3、發(fā)煙硫酸循環(huán)吸收系統(tǒng)與高濃度發(fā)煙硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)共用一臺(tái)泵，節(jié)省了設(shè)備投資和電能。
4、整個(gè)生產(chǎn)工藝合理安全。


圖1是本發(fā)明所述的高濃度發(fā)煙硫酸生產(chǎn)工藝流程示意圖。圖中標(biāo)號(hào)為1——發(fā)煙硫酸預(yù)熱器；2——酸封桶；3——三氧化硫蒸發(fā)器；4——發(fā)煙硫酸塔；5——發(fā)煙硫酸循環(huán)泵；6——發(fā)煙硫酸板式換熱器；7——三氧化硫冷凝器；8——液體三氧化硫儲(chǔ)槽；9——高濃度發(fā)煙硫酸混和桶；10——高濃度發(fā)煙硫酸循環(huán)泵。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于該實(shí)施例。
實(shí)施例參閱圖1，作為原料酸，由硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)的25wt.％～30wt.％發(fā)煙硫酸通過(guò)循環(huán)泵[5]送入盤(pán)管式發(fā)煙硫酸預(yù)熱器[1]，與從三氧化硫蒸發(fā)器[3]流出的蒸出SO3氣體后殘留的溫度約160℃的15wt.％～20wt.％發(fā)煙硫酸(回酸)換熱，將該原料酸預(yù)熱到約100℃，送入三氧化硫蒸發(fā)器[3]，在該處受到逆向流動(dòng)的來(lái)自硫酸系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化器四段空氣預(yù)熱器出口的轉(zhuǎn)化氣的加熱作用，原料酸(25wt.％發(fā)煙硫酸的沸點(diǎn)為140.5℃)中的SO3被蒸餾出來(lái)，得到100wt.％的三氧化硫氣體。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)化氣的溫度從進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的約200℃，冷卻到約130℃，被送回到硫酸系統(tǒng)的吸收塔進(jìn)口。
氣態(tài)的三氧化硫通過(guò)三氧化硫冷凝器[7]冷凝為液態(tài)的三氧化硫，冷凝溫度控制為30～45℃，冷凝為液態(tài)的三氧化硫，流入下方的液體三氧化硫儲(chǔ)槽[8]，達(dá)到一定數(shù)量后，將液體三氧化硫連續(xù)流入預(yù)先加入一定量25wt.％發(fā)煙硫酸的混和桶[9]內(nèi)，并通過(guò)泵[10]循環(huán)與之混合，達(dá)到一定比例后便得到高濃度65wt.％發(fā)煙硫酸。其中的蒸發(fā)器[3]內(nèi)部裝有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)安裝的轉(zhuǎn)化氣氣體分布板，具有明顯的增加氣體湍流強(qiáng)度，提高傳熱系數(shù)的效果，初步估計(jì)使用壽命可達(dá)八年。冷凝器[7]，采用降膜式管殼冷凝器結(jié)構(gòu)，運(yùn)行十分安全，在工廠(chǎng)中經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行未發(fā)生任何故障。
權(quán)利要求
1.一種由普通發(fā)煙硫酸制取高濃度發(fā)煙硫酸的制造方法，其特征是，該方法利用硫酸系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化氣的余熱，采用逆流換熱方式，在管殼式蒸發(fā)器中蒸餾普通發(fā)煙硫酸，從中蒸發(fā)出氣態(tài)三氧化硫，將它送入冷凝器內(nèi)冷卻成液態(tài)三氧化硫，再將該液態(tài)三氧化硫送入混合器，與預(yù)先加入在該混合器內(nèi)的普通發(fā)煙硫酸混合，制得高濃度發(fā)煙硫酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度發(fā)煙硫酸制造方法，其特征是，所述的用于蒸發(fā)出氣態(tài)三氧化硫的普通發(fā)煙硫酸的濃度為25wt.％～30wt.％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度發(fā)煙硫酸制造方法，其特征是，在所述的蒸餾操作中，流出蒸發(fā)器的發(fā)煙硫酸濃度控制為15wt.％～20wt.％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度發(fā)煙硫酸制造方法，其特征是，所述的蒸發(fā)器內(nèi)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)安置了轉(zhuǎn)化氣氣體分布板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度發(fā)煙硫酸制造方法，其特征是，所述的三氧化硫冷凝器采用了降膜式管殼冷凝器設(shè)計(jì)。
全文摘要
一種由普通發(fā)煙硫酸制取高濃度發(fā)煙硫酸的制造方法，其特征是，該方法利用硫酸系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化氣的余熱，采用逆流換熱方式，在管殼式蒸發(fā)器中蒸餾普通發(fā)煙硫酸，從中蒸發(fā)出氣態(tài)三氧化硫，將它送入冷凝器內(nèi)冷卻成液態(tài)三氧化硫，再將該液態(tài)三氧化硫送入混合器，與預(yù)先加入在該混合器內(nèi)的普通發(fā)煙硫酸混合，制得高濃度發(fā)煙硫酸。所述的蒸發(fā)器內(nèi)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)安置了轉(zhuǎn)化氣氣體分布板。所述的三氧化硫冷凝器采用了降膜式管殼冷凝器設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)C01B17/88GK1830760SQ200510024270
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者陳福周, 楊偉民 申請(qǐng)人:上海華誼集團(tuán)上硫化工有限公司