CN104689769A - 废酸处理制硫酸铵的集成设备及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种废酸处理制硫酸铵的集成设备及其操作方法，集成设备为一塔式反应器；从塔底到塔顶依次设置有塔釜缓冲段，反应段，油水分离段，采油段和除沫段；塔顶部有排气口(13)，塔釜有采出口(14)。在塔釜缓冲段、反应段和油水分离段均设置有同轴的内套筒。氨气由塔釜氨气管线(1)进入，与输水管线(8)进水和废硫酸管线(6)发生反应，硫酸铵溶液和聚合油分别由塔釜采出口(14)和聚合油采出口(10)采出。集成废酸稀释，反应及油水分离三种设备功能为一体，解决传统制备工艺占地面积大，操作复杂等缺点，进一步降低生产操作成本，并制备出纯度较高，品相较好的硫酸铵溶液以得到符合国家标准的硫酸铵晶体。

Description

废酸处理制硫酸铵的集成设备及其操作方法

技术领域

本发明涉及烷基化废酸制备硫酸铵工艺的新型设备及方法，具有对废酸稀释、反应、浮选除油等进行集成的优点，特别适用于气液反应并提纯工艺的集成。

背景技术

随着国民经济的发展，市场对高辛烷汽油的需求量加大，这使得烷基化油具有广阔的市场潜力。然而每生产1t烷基化油就要产生80～100kg浓度为90％的废硫酸，该废酸是一种粘度较大的胶状液体，其色泽呈黑红色，性质不稳定，散发特殊性臭味，很难处理，给生态环境带来严重污染。其成分除硫酸外，还含有10％的有机物(聚合油)和水分，聚合油成分复杂，回收利用十分困难。因此，利用废硫酸制备硫酸铵并分离其中的聚合油等有机物可以提高硫酸利用率以及有机物的回收利用率。

生产硫酸铵化肥的工艺较为成熟，由于废硫酸中物质组成复杂并且具有一定的危险性，传统工艺往往将生产过程分为多步骤操作，将废酸稀释、反应、有机物分离过程分别进行以制备硫酸铵溶液，进而将其结晶作为产品。上述过程分别需要多个设备进行生产:废酸稀释过程需要稀释反应器；反应过程需要釜式反应器，有机物分离过程采用斜板除油器或静置分离设备(沉降槽)，因此该过程涉及多个设备，由此导致了占地面积大，耗资较大，操作复杂以及所制备硫酸铵纯度较低，颜色发黄，无法达到合格标准等缺陷。因此，本发明提出一种基于气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构(CN102716699A)的集成塔式设备，将废酸稀释、反应以及分离过程合而为一，解决了该工艺过程占地面积大，操作复杂的缺陷，降低生产操作成本，并生产出较高质量的硫酸铵产品以及对聚合油有机物有效地回收利用。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型废酸处理制硫酸铵的集成设备及其操作方法，集成废酸稀释，反应及油水分离三种设备功能为一体，解决传统制备工艺占地面积大，操作复杂等缺点，进一步降低生产操作成本，并制备出纯度较高，品相较好的硫酸铵溶液以得到符合国家标准的硫酸铵晶体。

本发明技术方案如下：

一种废酸处理制硫酸铵的集成设备，为一塔式反应器；从塔底到塔顶依次设置有塔釜缓 冲段，反应段，油水分离段，采油段和除沫段；塔顶部有排气口(13)，塔釜有采出口(14)。

在塔釜缓冲段、反应段和油水分离段均设置有同轴的内套筒。

所述塔釜缓冲段(15)由一个或多个塔节组成，集气装置(3)安装于两塔节之间，为一上细下粗圆台桶结构，上台为气相出口，下台为气相收集口，出口通入内套筒内部，集气口在不同段连接塔主体(4)并与塔体间存有缝隙。

所述反应段(16)在塔釜缓冲段(15)上部，包括多个塔节，两塔节间设置有废硫酸分布器(7)和集气装置(3)；集气装置(3)置于废硫酸分布器(7)上部；废硫酸管线(6)与分布器(7)相连；输水管线(8)连接在塔主体(4)上。

所述分离段(17)在反应段(16)上部，分离段上设置有界面计(19)和液位计(18)接口。

所述采油段(9)与油水分离段(17)相连，内部设置有聚油填料，侧壁设置有聚合油采出口(10)及液位计接口(18)。与反应段及分离段相比，为一扩径圆筒结构，为一圆筒结构，

所述除沫段(11)置于采油段(9)上部，与采油段同轴同径，内部设置有聚油填料(12)及界面计接口(19)。

所述集成设备操作方法如下：

氨气由塔釜氨气管线(1)进入，与输水管线(8)进水和废硫酸管线(6)发生反应，硫酸铵溶液和聚合油分别由塔釜采出口(14)和聚合油采出口(10)采出。

氨气进料过量以保证塔釜缓冲段(15)为碱性条件，并保证设备内产生循环流动结构；以塔釜硫酸铵溶液浓度为根据调节废酸及水进料量；根据液位计(19)和界面计(18)调节聚合油采出口(10)塔釜采出口(14)采出量。

通过输水管线(8)向设备内通入水至设备二分之一高度处，并打开氨气管线(1)通入氨气至过量，保证塔釜缓冲段(15)为碱性条件；

通过废硫酸管线(6)按比例通入三股废酸，并对塔釜硫酸铵溶液进行浓度测定，以此为根据调节废酸进料量和进水量；

待塔釜硫酸铵浓度满足要求时，按比例通入水，废酸和氨气，满足设备内循环流动状态；

根据液位计(19)以及界面计(18)调节聚合油采出口(10)塔釜采出口(14)采出量。

本发明涉及的集成塔设备内，气(氨气)液(废硫酸)两相逆流接触发生反应，通过气相引导的循环流动方式对液相进行汽提，轻(聚合油等有机物)重(硫酸铵溶液)组分分别从塔顶塔底采出。

所涉及设备内，氨气由塔釜进入，经过塔釜缓冲段进入反应段，与在塔内经过稀释的废 硫酸反应。气体在内套筒内自下而上流动，带动轻组分(聚合油)上升，进入油水分离段，反应生成的硫酸铵经由集气装置与塔主体的缝隙向下流动，并有部分轻组分含量较高的液相被气相从集气装置与内套筒间隙带走上升，由此产生液相循环流动结构。

经过塔釜缓冲段，反应段，油水分离段多级的反应循环汽提过程后，塔底经集气装置与塔主体间流下满足要求的硫酸铵溶液，塔顶由气相引导循环流汽提的轻组分(聚合油)进入采油段采出，液沫由除沫段除去，过量的氨气以及反应过程产生的水蒸气由塔顶排气口排出。经由此设备反应提纯过后的硫酸铵溶液可以达到很高的纯度，塔顶采出的聚合油可以回收利用。

本发明所具备的优点：

1.对烷基化废硫酸制备硫酸铵工艺进行简化，利用一个设备集成了废硫酸的稀释，反应以及分离聚合油等多个过程，大大节省了工艺占地面积，缩减生产成本，并且降低了由于多设备导致的操作成本；

2.全塔采用循环流方式，加强液相的混合程度，增长了废硫酸与氨气的反应时间，使反应以及放热更加均匀，提高废硫酸及氨气的利用率，利用率提高达30％；并对聚合油与硫酸铵起到了很好的分离效果，聚合油回收率提高，回收率提高达15％。

附图说明

图1为本发明正视图。

其中：1-氨气管线；2-气体分布器；3-集气装置；4-塔主体；5-内套筒；6-废硫酸管线；7-废硫酸分布器；8-输水管线；9-采油段；10-聚合油采出口；11-除沫段；12-聚油填料；13-塔顶排气口；14-塔釜采出口；15-塔釜缓冲段；16-反应段；17-分离段；18-油水界面液位计接口；19-全塔液位计接口。

具体实施方式

下面结合附图说明以及具体操作流程进行详细说明：

在本发明所涉及的集成塔式设备：为一基于气升式多级交错循环流动塔及循环流动结构(CN102716699A)的塔式反应器。除塔釜进气排液部分，全塔主体结构分为五部分：从塔底到塔顶依次有塔釜缓冲段，反应段，油水分离段，采油段和除沫段。如图1所示，表示如下:

氨气管线(1)连接至塔底气相分布装置(2)；塔釜缓冲段，反应段，油水分离段均为含内套筒形式，内套筒(5)置于塔主体(4)中部与塔主体同轴；塔釜缓冲部分(15)由一个 或多个塔节组成(附图1为一个塔节)，集气装置(3)安装于两塔节之间，为一上细下粗无顶圆锥结构，上部为气相出口，下部为气相收集口，出口通入内套筒(5)内部，集气口在不同段连接塔主体(4)并与塔体间存有缝隙；反应段(16)在塔釜缓冲段(15)上部，两塔节间有废硫酸分布器(7)及集气装置(3)；集气装置(3)置于废硫酸分布器(7)上部；废硫酸管线(6)与分布器(7)相连；输水管线(8)连接在塔主体(4)上；分离段(17)在反应段(16)上部，为含内套筒(5)结构，配有界面计(19)及液位计(18)接口；采油段(9)与油水分离段(17)相连，与反应段及分离段相比，为一扩径圆筒结构，内部有聚油填料，侧壁连有聚合油采出口(10)及液位计接口(18)；除沫段(11)置于采油段(9)上部，为一圆筒结构，与采油段同轴通径，内部配有聚油填料(12)及界面计接口(19)；全塔顶部有排气口(13)，塔釜有采出口(14)。

操作流程为： 

氨气由氨气管线(1)输送至塔底气相分布装置(2)，分散成均匀分布的小气泡，经由集气装置(3)在内套筒(5)内由塔底向塔顶运动；其中内套筒(5)固定在塔主体(4)内部；废硫酸经由管线(6)输送至废硫酸分布器(7)分布到塔内，被由输水管线(8)输入的水稀释，与氨气在塔内接触反应；氨气及热效应所产水蒸气在内套筒(5)内自下而上运动，与废硫酸反应同时，带动塔内混合液轻组分(聚合油)向上运动，所生成含聚合油的硫酸铵溶液经由集气装置(3)与塔主体(4)间的缝隙向下流动，并有部分带有轻组分的溶液经由内套筒(5)与集气装置(3)间的缝隙被氨气以及因反应热较高产生的水蒸气带动向上运动，由此实现了液相在各级之间的循环流动；

经由多塔节的反应以及循环分离操作后，轻组分(聚合油)进入采油段(9)，通过聚油填料(12)从聚合油采出口(10)采出；液沫经过聚油填料(12)由除沫段(11)处理；过量的氨气以及反应过程产生的水蒸气由塔顶排气口(13)排出，塔釜硫酸铵由(14)从塔底排出进入后续结晶等工段；(18)(19)为液位计接口，分别测量塔内油水界面以及塔内液相液位，塔釜采出量以及进水量通过此标准进行反馈控制；同时，通过塔釜硫酸溶液浓度调剂各进料量。

塔釜缓冲部分(15)为碱性条件(可包含多个塔节，附图所示为一个)，无废硫酸进料，以保证塔底所出硫酸铵纯度；塔中部(16)为反应段(包含多个塔节，附图为示意图)，各塔节间有集气装置(3)，废硫酸进料管线(6)及其分布器(7)；塔上部(17)为分离段(可包含多个塔节，附图所示为一个)，无废硫酸进料，以满足塔顶轻组分(聚合油)纯度，便于回收利用，并提高硫酸铵溶液产量。

代表例:

以废硫酸年处理量为2000t为例进行说明。

废硫酸与氨气进料量摩尔比为1:3，即氨气过量。由输水管线(8)向塔内输入水，氨气由氨气管线(1)通过分布器(2)输入塔内，废硫酸由管线(6)输入通过分布器(7)向塔内均匀分布。反应后的溶液在气相与内套筒(4)的作用下产生循环流动结构，经汽提后的聚合油进入塔顶采油段(9)从采出口(10)采出回收利用，回收率超过90％，产生的液沫由除沫段(11)去除；过量的氨气以及水蒸气从塔顶排气口(13)排出对氨气回收，塔釜为精炼后的硫酸铵溶液，由集气装置(3)和塔主体缝隙流下，从塔釜采出口(14)采出进行结晶。采用国标方法对所得晶体进行氮含量标定，显示产品氮含量达到21％，属于国家一等品标准。与一般全混流反应器相比，提高废硫酸及氨气的利用率达30％，并对聚合油与硫酸铵起到了很好的分离效果，聚合油回收率提高15％。

以上所述实例仅是充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.废酸处理制硫酸铵的集成设备，为一个塔式反应器；其特征是从塔底到塔顶依次设置有塔釜缓冲段(15)，反应段(16)，油水分离段(17)，采油段(9)和除沫段(11)；塔顶部有排气口(13)，塔釜有采出口(14)。

2.如权利要求1所述的设备，其特征是塔釜缓冲段、反应段和油水分离段均设置有同轴的内套筒。

3.如权利要求1所述的设备，其特征是所述塔釜缓冲段(15)由一个或多个塔节组成，集气装置(3)安装于两塔节之间，为一上细下粗圆台桶结构，上台为气相出口，下台为气相收集口，出口通入内套筒内部，集气口在不同段连接塔主体(4)并与塔体间存有缝隙。

4.如权利要求1所述的设备，其特征是所述反应段(16)在塔釜缓冲段(15)上部，包括多个塔节，两塔节间设置有废硫酸分布器(7)和集气装置(3)；集气装置(3)置于废硫酸分布器(7)上部；废硫酸管线(6)与分布器(7)相连；输水管线(8)连接在塔主体(4)上。

5.如权利要求1所述的设备，其特征是所述分离段(17)在反应段(16)上部，分离段上设置有界面计(19)和液位计(18)接口。

6.如权利要求1所述的设备，其特征是所述采油段(9)与油水分离段(17)相连，内部设置有聚油填料，侧壁设置有聚合油采出口(10)及液位计接口(18)。与反应段及分离段相比，为一扩径圆筒结构，为一圆筒结构，

7.如权利要求1所述的设备，其特征是所述除沫段(11)置于采油段(9)上部，与采油段同轴通径，内部设置有聚油填料(12)及界面计接口(19)。

8.权利要求1废酸处理制硫酸铵的集成设备的操作方法，其特征为氨气由塔釜氨气管线(1)进入，与输水管线(8)进水和废硫酸管线(6)发生反应，硫酸铵溶液和聚合油分别由塔釜采出口(14)和聚合油采出口(10)采出。

9.如权利要求8所述操作方法，其特征是氨气进料过量以保证塔釜缓冲段(15)为碱性条件，并保证设备内产生循环流动结构；以塔釜硫酸铵溶液浓度为根据调节废酸及水进料量；根据液位计(19)和界面计(18)调节聚合油采出口(10)塔釜采出口(14)采出量。