專利名稱：硫酸生產(chǎn)的水洗封閉凈化工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硫酸生產(chǎn)工藝，具體來說，涉及以硫鐵礦為原料制造硫酸，爐氣經(jīng)水洗凈化、污水經(jīng)處理在系統(tǒng)內(nèi)封閉循環(huán)的工藝。
公知以硫鐵礦為原料制造硫酸的方法中，硫鐵礦經(jīng)沸騰爐焙燒產(chǎn)生的爐氣，總是先經(jīng)過干式除塵和濕式凈化后再經(jīng)干燥、轉化、吸收制得成品的。其中濕式凈化又有水洗、稀酸洗及熱濃酸洗等凈化方式。水洗凈化流程的優(yōu)點很多，例如對原料適應性廣、流程短、設備結構簡單、投資省、操作方便、凈化指標好、生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，適宜于中、小型硫酸廠推廣應用;其缺點是產(chǎn)生的污水量大，每產(chǎn)一噸酸約需排放10～15m3污水，雖經(jīng)處理可達到排放標準，但污水處理設施不完善，不可避免地對環(huán)境造成一定程度的污染。為此，國內(nèi)一些科研、設計及生產(chǎn)單位都在探索實現(xiàn)污水經(jīng)處理在系統(tǒng)內(nèi)封閉循環(huán)的途徑，但污水的封閉循環(huán)又帶來凈化設備(尤其是第一級和第二級凈化設備)的堵塞問題，影響系統(tǒng)正常運行。其原因在于污水中含有的氟化鈣晶體和硫酸鈣晶體在凈化設備關鍵部位(如文氏管的喉徑)沉積、結垢，為降低循環(huán)水中鈣鹽的過飽和度，又不得不添加清水或堿液，這不僅破壞了系統(tǒng)的水平衡，被迫排放污水，還造成SO2損失增大，這意味著不能真正實現(xiàn)水洗凈化封閉循環(huán)。另外，目前大多數(shù)采用水洗凈化的硫酸企業(yè)，由于污水中SO2溶解損失和經(jīng)中和排放，硫利用率低于采用酸洗的企業(yè)，尤其是采用一轉一吸流程硫酸廠更為顯著。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服水洗凈化上述缺點，真正實現(xiàn)污水經(jīng)處理在系統(tǒng)內(nèi)封閉循環(huán)，不排放污水，系統(tǒng)能長周期穩(wěn)定運行，同時能夠回收尾氣中SO2，提高硫利用率的工藝。
為達到這一目的，本發(fā)明的工藝包括以下特征
(1)水洗的第一級凈化設備采用沖擊式洗滌器，起降溫、除塵、增濕的作用;第二級凈化設備采用泡沫洗滌塔，進一步降溫、除塵;第三級凈化設備采用文式管洗滌器或電除霧器，起除去酸霧的作用。采用這些凈化設備可以確保水中的鈣鹽不會造成設備結垢、堵塞。(2)水洗后的污水經(jīng)脫吸塔脫除大部分SO2后，經(jīng)過中和、沉降、過濾等一整套污水處理系統(tǒng)，將污水中懸浮物與水分離除去。(3)為保證凈化系統(tǒng)的熱平衡，循環(huán)水需經(jīng)過冷卻再返回凈化系統(tǒng)。
在本發(fā)明的工藝中，高溫爐氣由沖擊管端口環(huán)隙以40～80米/秒的高速沖入水中，形成強烈的濺沫層，氣、液兩相在其中充分進行傳熱與傳質(zhì)過程，水中鈣鹽不可能在端口內(nèi)結垢;沖擊式洗滌器液氣比為1∶400，泡沫塔液氣比為1∶300～1∶400均大大高于文式管洗滌器的液氣比，這可以大大降低CaF2的過飽和度，削弱晶體析出的速率。水洗后的污水經(jīng)脫除SO2后，用預先配制的石灰乳液中和污水里的酸，并使Ca2+與砷、氟結合生成砷酸鈣、氟化鈣沉淀下來;然后用豎流式沉降槽將其中固體雜質(zhì)沉降下來成為污泥，再用真空圓盤過濾機將污泥進行真空脫水，使污泥含水量由80～85%降至45%以下，以便運出系統(tǒng)。
豎梳式沉降池的澄清液少部分用去配制石灰乳，大部分用作循環(huán)水。這些循環(huán)水采用兩級冷卻，即先在空冷塔中用空氣冷卻，然后在尾冷塔中用尾氣冷卻，尾冷塔中液氣比為1∶250～1∶300，水溫冷至35℃以下返回凈化系統(tǒng)。
為維持系統(tǒng)水平衡，可由旋流板增濕器適當補充新鮮水。
發(fā)明人注意到，爐氣經(jīng)干式除塵后的含塵量越低，對于水洗封閉凈化越有利，排出的污泥量越少;但是，為保持污水中Fe/As比不小于10，爐氣中的含塵量也不可太低。因此，爐氣的干式除塵，除重力除塵外，采用二級旋風除塵，爐氣中含塵量略低于15克/標米3為宜。
本發(fā)明的工藝流程可簡述如下
高溫爐氣經(jīng)干式除塵后，依次進入沖擊式洗滌器、泡沫塔和文式管洗滌器、復擋除沫器和旋流板除沫器(若用電除霧器代文氏管洗滌器、則不需復擋及旋流板除沫器)，爐氣中礦塵、SO3與酸霧、砷、氟等雜質(zhì)被洗滌水除去，同時被冷卻至38℃以下，然后進入干吸工序。
由污水處理工序來的循環(huán)水先噴入尾冷塔被由干吸工序來的硫酸尾氣冷卻至35℃并回收尾氣中SO2(為提高SO2回收的吸收率，尾氣最好先經(jīng)旋流板增濕器進行增濕后再進入尾冷塔)進入循環(huán)水中間槽，在此被分為兩股，一股循環(huán)水用液下泵打入文氏管洗滌器，洗滌后經(jīng)復擋除沫器分離下來，流入泡沫塔上層篩板，(若采用電除霧器，則無此一股循環(huán)水)。另一股循環(huán)水則自動流入泡沫塔上層篩板。兩股水在此混合依次作為泡沫洗滌塔、沖擊式洗滌器的洗滌水。經(jīng)洗氣后的酸性污水從沖擊器流出進入脫吸塔，利用負壓抽入的空氣將溶解在污水中的SO2脫吸，脫吸氣回至泡沫塔與爐氣混合。脫吸后的酸性污水流至污水處理系統(tǒng)。
污水處理系統(tǒng)石灰乳的配制系利用豎流式沉降槽來的清液將定量加入的石灰消化，并用壓縮空氣鼓泡攪拌配成含CaO5%的石灰乳，凈化工序來的酸性污水在中和反應池內(nèi)借壓縮空氣鼓泡攪拌，被定量均勻加入的石灰乳一次中和至PH6～8后，用污水泵抽至豎流式沉降槽進行沉降分離，澄清液大部分經(jīng)空冷塔用空氣冷卻至38℃以下，流入循環(huán)水池，再用循環(huán)水泵送返凈化工序循環(huán)使用。豎流式沉降槽底部泥漿流至真空園盤過濾機進行真空脫水，使污泥含水量由80～85%降至45%以下，再用人工鏟上小車推送去礦渣臨時堆場，然后被綜合利用，真空脫出的水與溢流污泥一起返回中和池。
本發(fā)明的工藝有效地解決了各級凈化設備因氟化鈣、硫酸鈣結垢堵塞嚴重的問題，能確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行;能確保凈化工序和污水處理不外排任何污水，真正實現(xiàn)封閉凈化要求，能確保指標符合要求，凈化收率大于98.5%;污水處理設施完善，處理后的循環(huán)水中含砷＜0.5毫克/升，含氟＜15毫克/升，含懸浮物＜200毫克/升;污泥濾餅含水＜50%。另外，本工藝還能有效地回收尾氣中SO2，使一轉一吸裝置尾氣SO2排放濃度降低至0.05%左右，尾氣SO2回收率達到85%左右，硫利用率等技術經(jīng)濟指標接近二轉二吸裝置。在系統(tǒng)開車期間，還可解決尾氣SO2濃度超標排放的問題。同時，由于改變了氟在污水中存在形態(tài)，可減輕設備的腐蝕，也簡化了污水處理設施和操作，降低了投資和操作費用。
以年產(chǎn)2萬噸硫酸的規(guī)模為例，采用稀酸洗凈化兩轉兩吸流程的總投資、折舊費、操作費、維修費及凈化成本分別為324.55萬元、17.85元/噸、20.87元/噸、10.71元/噸和49.43元/噸;采用水洗封閉凈化一轉一吸流程的上述費用則分別為224.48萬元/噸、12.35元/噸、19.42元/噸、7.41元/噸和39.18元/噸，均比前一種流程低。本發(fā)明可用于現(xiàn)有水洗凈化硫酸企業(yè)的技術改造，也可用于新建硫酸企業(yè)。
附

圖1為水洗封凈化工藝的凈化流程示意圖。其中1為沖泡洗滌器，2為文氏管洗滌器，3為復擋除沫器，4為旋流板除沫器，5為旋流板增濕器，6為尾氣吸收塔，7為尾氣煙囪，8為循環(huán)水中間槽，9為液下泵，10為脫吸塔，11為污水槽，12為液封槽。
附圖2為水洗封閉凈化工藝的污水處理系統(tǒng)流程示意圖。圖中1為石灰乳配制槽，2為中和反應池，3為污水泵，4為鼓風機，5為豎流式沉降槽，6為鼓風機，7為空氣冷卻塔，8為循環(huán)水池，9為循環(huán)水泵，10為真空圓盤過濾機，11為真空排水罐，12為真空泵，13為壓縮機。
實施例1一套年產(chǎn)1萬噸100%硫酸生產(chǎn)裝置，其水洗封閉凈化工藝流程如附圖1、2所示。其工藝設備主要參數(shù)為沖擊式洗滌器，沖擊管口氣流速度為40米/秒，沖擊管間隙為40.5毫米，液氣比為1∶400;泡沫塔空塔氣速2.18米/秒，中上層板小孔氣速12米/秒，下層板小孔氣速10米/秒，液氣比1∶400;文式管洗滌器喉頸內(nèi)徑165×210毫米，喉管氣速79.1米/秒，液氣比0.75∶1000;復擋除沫器進口氣速29.9米/秒，筒體氣速2.75米/秒;旋流板除沫器仰角α＝45°，徑向角β＝17.16′，穿孔氣速21.36米/秒;脫吸塔為填料塔，內(nèi)裝填φ50瓷矩鞍環(huán)，淋灑密度19.57米3/米2時;尾冷塔為湍球塔，塔內(nèi)湍球層2段，每段裝填φ38高壓聚乙烯球300毫米，空塔氣速3.01米/秒，液氣比1∶455。中和反應池總容積84.5米3，污水停留時間120分鐘，PH值控制6～8，池內(nèi)用壓縮空氣攪拌;豎流式沉降槽，容積128.5米3，污水停留時間12小時，污水上升速度0.105毫米/秒，排出清水PH6～8;真空園盤過濾機采用PG18-4型，過濾強度25kg(干渣)/米2·時;空氣冷卻塔采用玻璃鋼冷卻塔，出口水溫不高于36℃。主要工藝指標，爐氣溫度沖擊管進口350℃，泡沫塔出口40℃，干燥塔進口38℃;阻力沖擊管100毫米水柱，泡沫塔200毫米水柱，文氏管600毫米水柱，復擋除沫器100毫米水柱，旋流板除沫器50毫米水柱;水溫;沖泡洗滌器出口污水50℃，脫吸塔出口污水48℃，豎流式沉降槽出口溢流水40℃，空氣冷卻塔出口循環(huán)水35℃，循環(huán)水池水35℃，尾冷塔出口循環(huán)水28℃;凈化后主要工藝指標;污水總酸度低于2克/升，SO2脫吸率大于90%，凈化率大于97%，尾氣SO2排放濃度低于0.25%，SO2鼓風機出口爐氣含酸霧低于0.03克/標米3，含水低于0.1克/標米3，含塵量低于0.005克/標米3;污水處理系統(tǒng)出口循環(huán)水中含砷低于0.5毫克/升，含氟低于15毫克/升，含懸浮物低于200毫克/升，PH6～8;污泥濾餅含水低于50%，產(chǎn)率60千克(干基)/噸。
實施例2一套年產(chǎn)2萬噸100%硫酸的生產(chǎn)裝置，其水洗封閉凈化工藝亦如圖1、2所示，其工藝設備主要參數(shù)為沖擊管口氣流速度50米/秒，沖擊管間隙為57毫米，液氣比為1∶400;泡沫塔空塔氣速2.64米/秒，中、上層板小孔氣速13.4米/秒，下層板小孔氣速11.2米/秒，液氣比1∶360;文氏管洗滌器喉頸內(nèi)徑230×300毫米，喉管氣速71.2米/秒，液氣比0.75∶1000，復擋除沫器進口氣速23.7米/秒，筒體氣速2.5米/秒;旋流板除沫器仰角α＝45℃，徑向角β＝17.22′，穿孔氣速16.01米/秒;脫吸塔為湍球塔，塔內(nèi)湍動層2段，每段裝填φ38高壓聚乙烯球300毫米，空塔氣速2.04米/秒，淋灑密度64.5米3/米2·時，旋流板增濕器仰角α＝45℃，徑向角β＝17.22′，穿孔氣速11.55米/秒;尾吸塔為湍球塔，塔內(nèi)湍球層2段，每段裝填φ38高壓聚乙烯球350毫米，空塔氣速2.83米/秒，液氣比1∶265;污水處理系統(tǒng)設備同實施例1，但操作控制略有不同，污水在中和池停留時間60分鐘，在豎流式沉降槽停留時間6小時，污水上升流速0.210毫米/秒。主要工藝指標，爐氣溫度除與實施例1同者外，尾吸塔進口24.5℃，出口35℃;阻力沖擊管120毫米水柱，泡沫塔200毫米水柱，文氏管400毫米水柱，復擋除沫器27毫米水柱，旋流板除沫器50毫米水柱，旋流板增濕器36毫米水柱，尾吸塔190毫米水柱;水溫沖泡洗滌器出口、脫吸塔出口污水48℃，豎流式沉降槽出口溢流水42℃，空冷塔出口循環(huán)水38℃，循環(huán)水池38℃，尾吸塔出口循環(huán)水34℃;凈化后主要工藝指標污水總酸度低于2克/升，SO2脫吸率大于90%，凈化率大于97%，尾氣SO2排放濃度0.05%左右，SO2鼓風機出口爐氣含酸霧低于0.03克/標米3、含水低于0.10克/標米3、含塵為痕亦量、含砷低于1毫克/標米3、含氟低于5毫克/標米3;污水處理系統(tǒng)出口循環(huán)水含砷低于0.5毫克/升，含氟低于15毫克/升，含懸浮物低于200毫克/升，PH6～8;污泥濾餅含水低于50%，產(chǎn)率60千克(干基)/噸酸。
權利要求
1.一種以硫鐵礦為原料制造硫酸、爐氣經(jīng)水洗凈化、污水經(jīng)處理在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的工藝，其特征包括(1)水洗的第一級凈化設備采用沖擊式洗滌器，第二級凈化設備采用泡沫洗滌塔，第三級設備采用文式管洗滌器或電除霧器；(2)水洗后的污水經(jīng)脫吸塔脫吸后，經(jīng)過中和、沉降、過濾等一整套處理系統(tǒng)，將污水中懸浮物分離除去。(3)循環(huán)水經(jīng)過冷卻再返回凈化系統(tǒng)。
2.按照權利要求1所述的工藝，其特征在于沖擊式洗滌器的液氣比為1∶400，沖擊管端口氣速40～80米/秒;泡沫洗滌塔的液氣比為1∶300～1∶400，空塔氣速1.8～2.6米/秒，小孔氣速10～14米/秒。
3.按照權利要求1所述的工藝，其特征在于水洗后的污水，經(jīng)脫吸塔脫吸后，先后用預先配制的堿液中和，用豎流式沉降槽將其中固體雜質(zhì)沉降下來，再用真空園盤過濾機將污泥進行真空脫水。
4.按照權利要求3所述的工藝，其特征在于所用的堿液常用石灰乳液。
5.按照權利要求1所述的工藝，其特征在于污水經(jīng)澄清后的清液作為循環(huán)水，先在空氣冷卻塔中鼓風冷卻(冬季不鼓風)，再在尾氣冷卻塔中用尾氣冷卻，待水溫冷至35℃以下返回凈化系統(tǒng)。
全文摘要
硫酸生產(chǎn)的水洗封閉凈化工藝，屬于以硫鐵礦為原料制造硫酸、爐氣用水洗凈化、污水經(jīng)處理在系統(tǒng)內(nèi)封閉循環(huán)工藝，目的是提供能采用水洗凈化而不排放污水、并能回收尾氣中SO
文檔編號B01D21/02GK1052831SQ8910967
公開日1991年7月10日 申請日期1989年12月27日 優(yōu)先權日1989年12月27日
發(fā)明者姜繼宗, 雷益清 申請人:貴州省化工設計院