CN101134565A - 氯磺酸制备新工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
一种氯磺酸制备新工艺及其设备，包括下述步骤：高纯度氯化氢及过量三氧化硫气体经预处理，进入合成塔合成；以合成制得的液相生成物经循环喷淋吸收合成塔内的气相反应物，在液相中进行合成；且吸收气相反应物反应生成的小液滴，得到液态氯磺酸粗品；液态氯磺酸粗品进入精制塔与氯化氢气体进一步反应制得成品；未反应气体经吸收，达标排放。优点是：产品的转换率极高，冷却器体积小，使得整个装置体积减小至传统的一半，合成塔直径小，结构紧凑，增加混合气体在合成塔内滞留时间，反应更充分，本发明经盐酸脱吸处理的氯化氢气体，其纯度达99.5％以上，尾气的吸收率均达99％以上，且反应后不存在不凝性气体，尾气排放量基本为零，制得成品纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及化工产品制备领域，为一种氯磺酸制备新工艺及其设备，尤其是一种利用合成塔循环喷淋吸收，从而制得高纯度氯磺酸的氯磺酸制备工艺，具有极高的转换率，基本达到尾气零排放。
背景技术
氯磺酸的合成原料为氯化氢气体和三氧化硫气体，对于国内氯磺酸的生产厂家而言，氯磺酸的合成工艺一直以来都没有多大的变化。专利号ZL97112819.7公开了一种被普遍采用的高气浓法制备氯磺酸的方案，其中提供了纯三氧化硫气体的制备，将低浓度三氧化硫原料气体冷却后送入烟酸吸收塔，经吸收后得到游离三氧化硫浓度为20～30％的发烟硫酸，然后将发烟硫酸送入蒸发器解吸。
专利号ZL02138609.9公开了一种低浓度三氧化硫合成高浓度氯磺酸工艺，指出混合气体经冷却分离器的高温段和低温段，获得不凝性气体和液体为氯磺酸粗品，该氯磺酸粗品与氯化氢气体进一步反应获得成品，而不凝性气体通过解析出氯化氢循环利用。
但是，现有的氯磺酸合成工艺仍然具备以下缺点：1、三氧化硫与氯化氢混合气体在较高温度下进行气相反应，制得的产物为气体氯磺酸，该气体产物经冷排管等外部换热器冷凝获得液体氯磺酸，尾气中有未被充分吸收的气体氯磺酸、氢等不凝性气体，存在安全隐患；2、由于存在不凝性气体，尾气处理工艺复杂，势必造成能耗及原材料的增加，做不到尾气的基本零排放；3、混合气体在合成塔内的滞留时间短，影响产品转换率；4、外部换热器存在占地面积大、易腐蚀等缺陷，设备占地面积大，冷却气态氯磺酸使用的是用水冷却的冷凝器，体积大，使合成塔整体结构不紧凑，占地面积大；5、合成塔内的合成反应温度高，专利号ZL97112819.7中的反应温度为140～160℃，而专利号ZL02138609.9中指明温度在150～230℃，反应温度高势必能源消耗大且腐蚀性强，不利于降低成本和稳定生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用液相生成物循环喷淋吸收气相反应物，在液相中进行合成；且吸收气相反应物反应生成的小液滴，进行直接换热、吸收、洗涤，产品转换率高，装置体积紧凑的氯磺酸制备新工艺。本发明另一目的是提供一种该氯磺酸制备新工艺的设备。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种氯磺酸制备新工艺，以高纯度氯化氢气体及高纯度三氧化硫气体为原料，包括下述步骤：
(1)高纯度氯化氢及过量三氧化硫气体经预处理，进入合成塔合成；
(2)以合成制得的液相生成物经循环喷淋吸收合成塔内的气相反应物，在液相中进行合成，两原料是在目标产物氯磺酸的常压及沸点以下合成的，合成的生成物为液态，另外部分气相反应物被该生成物经循环喷淋吸收，直接在液相中传质、传热和反应，且吸收气相反应物反应生成的小液滴，得到液态氯磺酸粗品；
(3)步骤(2)中的液态氯磺酸粗品进入精制塔与步骤(1)中的氯化氢气体进一步反应制得成品；
(4)未反应气体经吸收，达标排放。
过剩的三氧化硫气体进入酸洗塔通过循环浓硫酸吸收，来自酸洗塔的微量氯化氢气体通过尾气吸收塔循环用水吸收，尾气的吸收率均可达99％以上，反应后不存在不凝性气体，吸收完的尾气排放量基本为零。
三氧化硫过量目的是使氯化氢能够充分反应，本发明不限于三氧化硫气体的过量程度，氯化氢及三氧化硫气体按体积比可达1∶1.01～2.0，进一步为1∶1.01～1.5，由于氯化氢与三氧化硫为摩尔比1∶1反应，故三氧化硫过量太多不利于节约成本，所述的高纯度氯化氢及三氧化硫气体优选按体积比1∶1.01～1.20进行合成。
所述的高纯度氯化氢及三氧化硫气体进一步优选按体积比1∶1.05～1.15进行合成，最佳体积比为1∶1.1。
在上述方案的基础上，步骤(1)中氯化氢气体的预处理包括经盐酸脱吸、在洗涤器中用浓硫酸去除水份、除雾进入精制塔。经盐酸脱吸的氯化氢气体纯度达到99.5％以上，露点为-30～-70℃，氯化氢气体经盐酸脱吸是本发明原料相对于传统技术所不同之处。经预处理的氯化氢气体，温度控制在50～120℃进入合成塔，优选70～100℃。
所述的氯化氢气体由进入精制塔的液态氯磺酸粗品经换热，提高温度，降低了能源消耗。
在上述方案的基础上，步骤(1)中三氧化硫气体的预处理包括除雾去除水份。经预处理的三氧化硫气体纯度在99％以上，温度控制在70～130℃进入合成塔，优选80～110℃。
再在上述方案的基础上，步骤(1)中氯化氢气体与三氧化硫气体，合成温度控制在70～120℃。
合成温度优选90～115℃，进一步优选95～110℃。
一种上述氯磺酸制备新工艺的设备，所述的合成塔其壳体下部设有进气口和出液口，顶部设有出气口，合成塔内自下而上依次设有中层填料、中部分液器、上层填料和上部分液器，其中，向下方填料喷淋液体的中部分液器及上部分液器通过循环泵与底部的出液口联通循环供液。合成塔的特点在于设置了填料层，填料的存在使得混合气体在塔内混合分布更为均匀，且滞留时间长，使得原料气体合成充分。
所述合成塔的出液口通过一级冷却器与中部分液器联通供液，又通过二级冷却器与上部分液器联通供液。冷却器用于冷却出液口获得的液相生成物，通过循环泵循环喷淋，从而冷却吸收、洗涤尚存于合成塔内的气相反应物以及反应物小液滴。
所述的中层填料温度为80～120℃，优选温度为95～110℃，中层填料的温度由混合气体反应温度决定。
所述的上层填料温度为30～70℃，优选温度为45～60℃，由于上层填料主要是用来进一步对反应物小液滴进行洗涤，故温度设置较低。
所述的合成塔上分布设有多数个温度指示装置。所述的温度指示装置至少设置在合成塔的中上部，该温度指示装置的具体形式为在合成塔壳体上设有多数个温度计接口，用于设置温度指示计，由于制备过程中合成温度很重要，故设置温度指示装置从而根据显示对塔内温度进行调整。
本发明在合成塔内合成混合气体的原理是：利用合成塔下部获取的液相生成物，通过循环泵从中层填料上方喷淋下来，冷却吸收混合气体的气相反应物，这是一级吸收；继续利用合成塔下部获取的液相生成物，通过循环泵从上层填料上方喷淋下来，洗涤反应吸收后的气体中还夹带着的反应物小液滴，这是二级洗涤。该一级吸收和二级洗涤共同作用，使得合成塔内的混合气体充分反应，另外合成塔内添加填料层使混合气体滞留时间较长，进一步促进了反应的充分进行。从而使得获得的液态氯磺酸粗品转化率极高，未反应气体比率低，后处理工艺简便，尾气洁净。
本发明的有益效果是：
1、利用液相生成物循环喷淋冷却吸收气相反应物，且循环喷淋洗涤吸收气相反应物反应生成的小液滴，二次喷淋使得最终产品的转换率极高，将近100％；
2、废除传统的用水冷却气相反应物的冷却器，或者冷却风机，改用冷却液相生成物的冷却器，该冷却器体积小，使得整个装置体积减小至传统的一半；
3、合成塔直径小，结构紧凑，为传统合成塔体积的3/4；
4、合成塔内设置填料层，填料层设置有上、中两层，使混合气体混合分布更为均匀并且增加了混合气体的滞留时间，使反应更充分；
5、本发明经盐酸脱吸处理的氯化氢气体，其纯度可达99.5％以上，更有利于合成；
6、尾气的吸收率均可达99％以上，且反应后不存在不凝性气体，吸收完的尾气排放量基本为零；
7、制得成品纯度高，达到国家一级品要求，纯度＞97％。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明合成塔的结构示意图。
附图中标号说明
1—出液口 2—进气口 3—壳体
4—中层填料 5—中部分液器 51—进液口
6一上层填料 7—上部分液器 71—进液口
8—温度计接口 9—出气口
具体实施方式
一种氯磺酸制备新工艺，以高纯度氯化氢气体及高纯度三氧化硫气体为原料，包括下述步骤：
(1)高纯度(99％以上)的氯化氢经盐酸脱吸、在洗涤器中用浓硫酸去除水份、除雾，进入精制塔，温度控制在80～90℃进入合成塔；高纯度(99％以上)三氧化硫气体经除雾去除水份，温度控制在90～100℃进入合成塔，氯化氢气体与三氧化硫气体按体积比1∶1.1合成，反应温度为95～110℃；
(2)以合成制得的液相生成物经循环喷淋吸收合成塔内的气相反应物，在液相中进行合成；且吸收气相反应物反应生成的小液滴，得到液态氯磺酸粗品；
(3)步骤(2)中的液态氯磺酸粗品进入精制塔与步骤(1)中的氯化氢气体进一步反应制得成品；
(4)未反应气体经吸收，达标排放，基本达到零排放。步骤(1)中的氯化氢气体由进入精制塔的液态氯磺酸粗品经换热，提高温度。
以下请参阅图1为本发明的工艺流程图所示对本发明的制备作进一步说明。经盐酸脱吸的高纯度氯化氢气体进入洗涤器中用浓硫酸去除水份，经除雾进入精制塔，经与液态氯磺酸粗品换热升温后进入合成塔；而除雾后的高纯度三氧化硫气体进入合成塔与氯化氢气体发应。反应所得的液相生成物自合成塔底部经循环泵循环供液，经一合成塔冷却器冷却，再进入合成塔进行喷淋，冷却吸收气相反应物；液相生成物继续经循环泵循环供液，经一洗涤器冷却器冷却，进入合成塔进行喷淋，洗涤反应物小液滴。
合成获得的液态氯磺酸粗品再次经过合成塔冷却器后进入精制塔，将其带有的热量交换给原料氯化氢气体，使其升温，并与精制塔内的氯化氢气体进一步反应，经成品酸冷却器冷却获得成品氯磺酸。
合成塔排出的尾气进入酸洗塔，过剩的三氧化硫气体通过循环浓硫酸吸收，吸收液经酸洗塔冷却器冷却循环进入酸洗塔再吸收，最后进入废酸贮槽。来自酸洗塔的微量氯化氢气体通过尾气吸收塔循环用水吸收，吸收完的尾气直接排入大气。
请进一步参阅图2为本发明合成塔的结构示意图所示，步骤(2)中的合成塔，合成塔壳体3下部设有供混合气体进入的进气口2和反应物的出液口1，顶部设有供尾气排出的出气口9，合成塔内自下而上依次设有温度为95～110℃的中层填料4、中部分液器5、温度为45～60℃的上层填料6和上部分液器7，中部分液器5上设有进液口51，上部分液器7上设有进液口71，其中，向中层填料4喷淋液体的中部分液器5通过循环泵与底部的出液口1联通循环供液，向上层填料6喷淋液体的上部分液器7通过循环泵与底部的出液口1联通循环供液。
所述的出液口1通过一级冷却器(合成塔冷却器)与中部分液器5联通供液，又通过二级冷却器(洗涤器冷却器)与上部分液器7联通供液。
所述的合成塔壳体3的中上部设有多数个温度指示装置，其具体形式为在壳体3上设置多数个温度计插接口8，用于设置温度指示计。
Claims (10)
1.一种氯磺酸制备新工艺，以高纯度氯化氢气体及高纯度三氧化硫气体为原料，包括下述步骤：
(1)高纯度氯化氢及过量三氧化硫气体经预处理，进入合成塔合成；
(2)以合成制得的液相生成物经循环喷淋吸收合成塔内的气相反应物，在液相中进行合成；且吸收气相反应物反应生成的小液滴，得到液态氯磺酸粗品；
(3)步骤(2)中的液态氯磺酸粗品进入精制塔与步骤(1)中的氯化氢气体进一步反应制得成品；
(4)未反应气体经吸收，达标排放。
2.根据权利要求1所述的氯磺酸制备新工艺，其特征在于：所述的高纯度氯化氢及三氧化硫气体优选按体积比1∶1.01～1.20进行合成。
3.根据权利要求1所述的氯磺酸制备新工艺，其特征在于：步骤(1)中氯化氢气体的预处理包括经盐酸脱吸、在洗涤器中用浓硫酸去除水份、除雾进入精制塔。
4.根据权利要求3所述的氯磺酸制备新工艺，其特征在于：所述的氯化氢气体由进入精制塔的液态氯磺酸粗品经换热，提高温度。
5.根据权利要求1所述的氯磺酸制备新工艺，其特征在于：步骤(1)中三氧化硫气体的预处理包括除雾去除水份。
6.根据权利要求3或4或5所述的氯磺酸制备新工艺，其特征在于：步骤(1)中氯化氢气体与三氧化硫气体，合成温度控制在70～120℃。
7.根据权利要求6所述的氯磺酸制备新工艺，其特征在于：合成温度优选90～115℃。
8.一种氯磺酸制备新工艺设备的合成塔，其特征在于：所述的合成塔，其壳体下部设有进气口和出液口，顶部设有出气口，合成塔内自下而上依次设有中层填料、中部分液器、上层填料和上部分液器，其中，向下方填料喷淋液体的中部分液器及上部分液器通过循环泵与底部的出液口联通循环供液。
9.根据权利要8所述的氯磺酸制备新工艺设备的合成塔，其特征在于：所述合成塔的出液口通过一级冷却器与中部分液器联通供液，又通过二级冷却器与上部分液器联通供液。
10.根据权利要求8所述的氯磺酸制备新工艺设备的合成塔，其特征在于：所述的中层填料温度为80～120℃，所述的上层填料温度为30～70℃。
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