本發(fā)明屬于無機化工領(lǐng)域，涉及一種利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
氯磺酸作為一種重要的化工原料，廣泛運用于制造磺胺藥物、活性染料、洗滌劑、塑料、農(nóng)藥、以及國防工業(yè)原料等。傳統(tǒng)的氯磺酸合成方法是采用HCl、SO3氣相合成法，原料氣Cl2，H2在HCl合成爐中燃燒，合成HCl氣體，經(jīng)冷卻脫水后，與SO3氣體混合，進入氯磺酸合成塔，合成的氣相氯磺酸冷卻成液體后，經(jīng)輔吸塔與HCl進一步反應(yīng)后流入成品罐。傳統(tǒng)的氯磺酸生產(chǎn)工藝中，SO3由焙燒硫磺或硫鐵礦先制取SO2，SO2經(jīng)催化氧化得SO3，因此所生成SO3的質(zhì)量濃度較低，一般只有7％左右，最高不超過9％。此方法因系統(tǒng)中還有大量的SO2氣體以及非反應(yīng)的惰性氣體，造成合成塔、冷凝器及環(huán)保處理設(shè)備硫酸吸收塔、水吸收塔及堿吸收塔的龐大，也造成日常生產(chǎn)中維護復(fù)雜化，不利于環(huán)境，尾氣治理費用較高，同時產(chǎn)品的濃度低影響質(zhì)量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提出一種利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法，能得到優(yōu)等級的氯磺酸，并能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
這種利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法包含以下步驟：
a、40％發(fā)煙硫酸的制取：將硫酸裝置的一轉(zhuǎn)煙氣送入煙酸塔，將煙酸循環(huán)槽內(nèi)的發(fā)煙硫酸(簡稱為“煙酸”)打入煙酸塔循環(huán)吸收一轉(zhuǎn)煙氣中的SO3，使煙酸濃度提高至40％；
b、純品SO3氣體的制?。簩熕嵫h(huán)槽內(nèi)的40％濃度的煙酸送入三氧化硫蒸發(fā)器，通過低壓蒸汽加熱，蒸出高純SO3氣體，送往氯磺酸合成塔，蒸發(fā)后的煙酸回流入煙酸循環(huán)槽；
c、鹽酸脫吸制取純品HCl：31％濃鹽酸經(jīng)雙效換熱器與脫吸塔底的稀鹽酸換熱后泵至脫吸塔頂，經(jīng)分布器灑入塔內(nèi)，脫吸塔底的稀鹽酸經(jīng)過再沸器產(chǎn)生的HCl氣體與灑入的濃鹽酸進行傳質(zhì)交換，脫吸塔頂?shù)玫胶倭克值腍Cl氣體，再經(jīng)兩級冷凝器除水后得到含量大于99％的HCl氣體；
d、粗品氯磺酸的合成：上步得到的HCl氣體進入HCl洗滌塔，經(jīng)98％硫酸洗滌干燥后，進入氯磺酸合成塔，與來自三氧化硫蒸發(fā)器的純品SO3氣體混合，經(jīng)過塔內(nèi)多級折流板充分混合、反應(yīng)生成粗品氯磺酸，經(jīng)兩級冷凝器冷凝后進入氯磺酸成品地槽；
e、氯磺酸的精制：氯磺酸成品地槽內(nèi)的氯磺酸由泵輸送經(jīng)換熱器降溫后進入輔助吸收塔，與少量來自HCl洗滌塔的HCl氣體繼續(xù)反應(yīng)，生成氯磺酸，反應(yīng)后物料回流至氯磺酸成品地槽，如此循環(huán)吸收HCl氣體，直至氯磺酸成品地槽內(nèi)的產(chǎn)品含量合格，輸出成品；
f、尾氣的處理：經(jīng)兩級冷凝器后的未冷凝物料進入旋風(fēng)分離器和除沫器，分離后得到的液體自流進入氯磺酸成品地槽，氣體則進入酸洗塔、水洗塔處理，最后進入硫酸裝置動力波尾氣處理系統(tǒng)進一步處理。
本發(fā)明的利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法與傳統(tǒng)工藝相比，采用蒸發(fā)40％煙酸的方法制備高純度純品三氧化硫原料氣體，用31％濃鹽酸脫吸制備高純度的HCl原料氣體，再將兩股原料氣體混合，經(jīng)過合成塔多級折流板充分接觸反應(yīng)，在氣相合成并精制后得到優(yōu)等級的氯磺酸，因純品SO3氣體內(nèi)不含SO2氣體，尾氣少，有利于保護環(huán)境，純品SO3氣體中也不含其他雜質(zhì)，副反應(yīng)減少，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的市場競爭力，能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且可充分利用前段工業(yè)硫酸工藝已有的硫酸、煙酸生產(chǎn)裝置，尾氣處理后全部返回工業(yè)硫酸生產(chǎn)裝置的尾氣處理系統(tǒng)，減少了排污量。
附圖說明
附圖為利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法的流程圖。
具體實施方式
如圖所示，這種用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法所用的裝置包括煙酸塔1、脫吸塔2、再沸器3、雙效換熱器4、5、三氧化硫蒸發(fā)器6、螺旋板換熱器7、煙酸控制閥8、煙酸循環(huán)槽9、第一個兩級冷凝器11、12、氯磺酸合成塔13、第二個兩級冷凝器14、15、輔助吸收塔16、除沫器17、旋風(fēng)分離器18、成品酸輸出閥19、成品酸換熱器20、氯磺酸成品地槽22、水洗塔24、水洗塔循環(huán)泵23、酸洗塔25和HCl洗滌塔26。
煙酸塔1中部有一個三氧化硫原料氣體進口，煙酸塔的下部的發(fā)煙硫酸出口與煙酸循環(huán)槽9的發(fā)煙硫酸進口相連，煙酸循環(huán)槽的出口與煙酸塔的上部的噴淋頭的進口相連，煙酸循環(huán)槽的出口還通過煙酸控制閥8與螺旋板換熱器7的受熱室進口相連，螺旋板換熱器7的受熱室出口與三氧化硫蒸發(fā)器6的進口相連，三氧化硫蒸發(fā)器6的蒸發(fā)氣體出口與氯磺酸合成塔13下部的第一進口相連，三氧化硫蒸發(fā)器的回流液出口通過螺旋板換熱器7的加熱室與煙酸循環(huán)槽的回流液進口相連。雙效換熱器4、5的第二級換熱器4的管程進口為濃鹽酸進口，雙效換熱器4、5的第二級換熱器4的管程出口與脫吸塔2上部的濃鹽酸進口相連，再沸器3的管程進口與脫吸塔2下端的側(cè)壁上的出液口相連，再沸器3的管程進口與脫吸塔2下部的進氣口相連，脫吸塔2頂部的氣體出口通過第一個兩級冷凝器11、12的管程與HCl洗滌塔26下部的進口相連，HCl洗滌塔26頂部的氣體出口與氯磺酸合成塔13下部的第二進口相連，氯磺酸合成塔13頂部的氣體出口與第二個兩級冷凝器14、15的管程進口相連，第二個兩級冷凝器14、15的管程的液體出口與氯磺酸成品地槽22的第一進口相連，HCl洗滌塔26頂部的氣體出口還與輔助吸收塔16下部的進氣口相連，氯磺酸成品地槽22的出口與成品酸換熱器20的管程進口相連，成品酸換熱器20的管程出口與輔助吸收塔16頂部的噴淋頭進口相連，輔助吸收塔16底部的液體出口與氯磺酸成品地槽22的第二進口相連，成品酸換熱器20的管程出口還與成品酸輸出閥19相接。第二個兩級冷凝器14、15的管程的氣體出口與旋風(fēng)分離器18的進口相連，旋風(fēng)分離器18的液體出口與氯磺酸成品地槽22的第一進口相連，旋風(fēng)分離器18的氣體出口與除沫器17的進口相連，除沫器17的液體出口與氯磺酸成品地槽22的第一進口相連，除沫器17的氣體出口與酸洗塔25的氣體進口相連，酸洗塔25的氣體出口與水洗塔24的氣體進口相連，水洗塔24的氣體出口為尾氣出口。
如圖所示，這種利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法的具體步驟如下：
a、40％發(fā)煙硫酸的制?。簩碜粤蛩嵫b置的SO3煙氣(一轉(zhuǎn)煙氣)送入煙酸塔1，煙酸循環(huán)槽9內(nèi)的煙酸由泵10打入煙酸塔中，吸收一轉(zhuǎn)煙氣中的SO3，將煙酸濃度提高至40％，然后流回?zé)熕嵫h(huán)槽9，煙酸塔內(nèi)剩余的煙氣則返回硫酸裝置，進入煙酸塔的煙酸的量通過一個調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)。
b、純品SO3氣體的制?。寒?dāng)煙酸循環(huán)槽9內(nèi)的煙酸的濃度達到40％后，打開煙酸控制閥8，將煙酸經(jīng)過螺旋板換熱器7加熱后送入三氧化硫蒸發(fā)器6，通過低壓蒸汽加熱，蒸出高純SO3氣體，送往氯磺酸合成塔13，蒸發(fā)后的煙酸經(jīng)過螺旋板換熱器7放熱后回流入煙酸循環(huán)槽9，這樣連續(xù)地制備純品三氧化硫。
c、鹽酸脫吸制取純品HCl：31％濃度的濃鹽酸經(jīng)雙效換熱器4、5與脫吸塔2底出來的一路稀鹽酸換熱，31％濃鹽酸被加熱后泵至脫吸塔2的頂部，經(jīng)分布器灑入塔內(nèi)，同時脫吸塔底出來的的另一路稀鹽酸經(jīng)過再沸器3產(chǎn)生的HCl氣體進入脫吸塔，與灑入的濃鹽酸進行傳質(zhì)交換，提高塔內(nèi)氣相HCl的濃度，在脫吸塔頂?shù)玫胶倭克值腍Cl氣體，再經(jīng)第一個兩級冷凝器11、12除水后得到含量大于99％的HCl氣體。
d、粗品氯磺酸的合成：上步得到的HCl氣體進入HCl洗滌塔26，用98％硫酸洗滌干燥后，進入氯磺酸合成塔13，與來自三氧化硫蒸發(fā)器6的純品SO3氣體混合，經(jīng)過塔內(nèi)多級折流板充分混合、反應(yīng)，生成粗品氯磺酸，再經(jīng)第二個兩級冷凝器14、15冷凝后進入氯磺酸成品地槽22。
e、氯磺酸的精制：氯磺酸成品地槽22內(nèi)的氯磺酸由泵21輸送，經(jīng)過成品酸換熱器20降溫后進入輔助吸收塔16，氯磺酸合成塔中反應(yīng)生成的粗品氯磺酸中的副產(chǎn)物(HS2O5Cl2+、HSO4-)與少量來自HCl洗滌塔26的HCl氣體繼續(xù)反應(yīng)，生成氯磺酸，反應(yīng)后物料回流至氯磺酸成品地槽22，如此循環(huán)吸收HCl氣體，直至氯磺酸成品地槽內(nèi)的產(chǎn)品含量合格，產(chǎn)品含量合格后，打開成品酸輸出閥19，將成品送至罐區(qū)氯磺酸大罐，成品的輸出是連續(xù)進行的，調(diào)節(jié)產(chǎn)酸流量，以保證輸出的產(chǎn)品含量合格。
f、尾氣的處理：經(jīng)第二個兩級冷凝器14、15后的未冷凝物料進入旋風(fēng)分離器18，再經(jīng)過除沫器17，分離后得到的液體自流進入氯磺酸成品地槽22，氣體則進入酸洗塔25，吸收尾氣中的SO3、再進入水洗塔24處理，吸收氣體中的水分，最后輸至硫酸裝置動力波尾氣處理系統(tǒng)進一步處理。HCl洗滌塔26和酸洗塔25用同一硫酸儲槽中的硫酸洗滌，兩個塔的作用互補，使硫酸儲槽中的硫酸濃度變化小，不用經(jīng)常更換，只有濃度低于95％時才需更換。
這種利用純品三氧化硫氣相合成氯磺酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法中，d步粗品氯磺酸的合成可以在130～200℃的溫度下進行，即氯磺酸合成塔13內(nèi)的溫度控制在130～200℃；HCL氣體和純SO3氣體可以按體積比1︰(1.05～1.1)的比例進入合成塔；e步氯磺酸的精制中，溫度可以控制在50±5℃，也就是輔助吸收塔16內(nèi)的溫度控制在50±5℃。
圖中的換熱器4、11、14的出口都可裝設(shè)電導(dǎo)率監(jiān)測裝置，并設(shè)定連鎖，如果脫鹽水任一電導(dǎo)率超50us/cm，則脫鹽水經(jīng)過的氣動閥關(guān)閉，脫吸塔循環(huán)泵、合成塔循環(huán)泵、煙酸循環(huán)泵以及脫鹽水泵將跳停。換熱器底部放水氣動閥將自動打開放水，保護氯磺酸裝置設(shè)備。