CN104828787B

CN104828787B - 一种混合酸的分离、浓缩工艺方法

Info

Publication number: CN104828787B
Application number: CN201510165088.7A
Authority: CN
Inventors: 黄健; 王俊兰; 陈萍; 张月圆
Original assignee: Nantong Chenguang Graphite Equipment Co Ltd
Current assignee: Nantong Chenguang Graphite Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: CN104828787A

Abstract

本发明公开了一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，通过采用三效蒸发工艺实施低浓度硫酸的前期浓缩处理，然后再通过单效蒸馏，实现硫酸浓度的再提高，从而达到最低能耗运行目标，以实现低浓度硫酸的资源化再利用，由于低浓度硫酸中含有氟硅酸、氢氟酸，因此硫酸蒸馏浓缩过程，其馏出冷凝液就是含有氟硅酸、氢氟酸的酸性液体，此即实现了硫酸与氟硅酸、氢氟酸的分离，为其实现资源化再利用创造了条件。也就是说本发明实现了低浓度硫酸浓缩运行成本的最佳方案，同时实现了稀硫酸与氢氟酸的资源化再利用。

Description

一种混合酸的分离、浓缩工艺方法

技术领域

本发明涉及烟气处理残留低浓度硫酸的回收方法，具体涉及的是一种混合酸的分离、浓缩工艺方法。

背景技术

在稀土行业，烟气处理过程中，产生大量的20%稀硫酸，并含有4%氢氟酸、氟硅酸，在以往过程中通过简便化处理即化学法：在回收酸中稀硫酸添加碱性物质，通过化学反应达到中和排放，即使如此，对于废渣的处理也不允许自行处置，还必须运送专门处理机构或再利用。目前废酸的处理工艺是：废酸(回收)（含有稀硫酸、氢氟酸、氟硅酸）+电石泥（主要成分为Ca(OH)2）= 硫酸钙、氟化钙等不溶于水的盐+水，中和处理后的废渣，通过板框压滤机进行压滤达到固液分离的目的，废渣拉运送到自建废渣处理库储存，这也绝大多数企业针对于回收酸现有的排放处理方案。

根据针对于回收酸现使用的处理方案-化学法实际处理情况统计，回收酸的实际处理成本（按月进行计算）由以下几个方面构成：

现行的废酸处理成本

如果按照每年11个月的生产时间运行计算，用于回收酸中和处理费用为：

46.692万元/月*11月/年 = 513.612万元/年。

如果按照扩大产量(四条生产线计算，则每年用于回收酸处理费用将达到：

513.612万元÷6.25T×10.0T=821.779万元。

此种烟气处理办法浪费了大量的人力、物力、财力，生产成本巨大，产生了严重的经济浪费。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，是通过物理方法即蒸馏浓缩，将稀硫酸浓缩到70%左右，然后返回到生产系统继续使用，此方案将稀硫酸进行蒸发浓缩，实现资源的回收再利用，节约能源；在系统实施过程中，采用多效蒸发，节约能效；而系统产生的废水达到的国家排放标准，控制其对环境的污染，从而真正做到了“节能减排”，在系统中多余的废氢氟酸，可以送到氟化学产品企业作为原料，延伸产业链，进一步发展氟化工产品。

技术方案：本发明所述的一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，所述混合酸中包括20%的低浓度硫酸，4~5%的氟硅酸、氢氟酸，其工艺方法包括以下步骤：

步骤1）：将所述混合酸进行过滤去污；

步骤2）：将所述混合酸在换热器中进行预热，预热时部分低浓度硫酸被蒸发，得到氢氟酸及氟硅酸蒸汽；

步骤3）：将混合酸在三效蒸发器中进行闪蒸，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽、低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液；

步骤4）：所述步骤3）得到的低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液进入二效蒸发器，在温度≧115℃下续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤5）：所述步骤4）得到的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液进入一效蒸发器，在温度≧160℃下进行续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，以及50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤6）：所述步骤5）得到的50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液送进单效蒸发系统，蒸发温度≧140℃，真空0.08Mpa，得到浓硫酸；

步骤7）：所述步骤2）、步骤3）、步骤4）、步骤5）、步骤6）得到的氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽经冷凝、吸收，得到混合酸处理溶液。

作为优化，步骤2）所述换热器采用YKZ型圆块孔式石墨换热器，在换热器中的预热温度是75-85℃。

作为优化，步骤3）所述三效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE；闪蒸温度为50-70℃。

作为优化，步骤4）所述二效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE。

作为优化，步骤5）所述续蒸、浓缩的温度为160-180℃。

作为优化，步骤6）所述蒸发温度为140-150℃，浓硫酸的浓度为65%-70%。

作为优化，步骤7）所述混合酸处理溶液中的氢氟酸、硝酸的混合液浓度为混合酸处理溶液重量的9%-12%。

本发明低浓度硫酸的蒸馏浓缩方法的原理是：

在一个标准大气压、气温为15℃的条件下，氟硅酸的沸点是105℃，氢氟酸的沸点是120℃，硫酸的沸点是338℃，而氟硅酸和氢氟酸易于挥发，在温度升高，压力下降甚至负压的条件下，挥发性酸沸点下降的速度远大于不易挥发的硫酸，而且其挥发度也大大提高。

鉴于废酸回收通常都具有蒸发强度大、能源消耗高的特点，根据本项目设定工艺要求，结合硫酸具有的高沸点特点，本工艺设计分为两阶段：即低浓度区间20%→50%阶段与高浓度区间50%→65%蒸发强度为阶段；

低浓度区间采用三效蒸馏，因本项目回收酸具有成份复杂、易结垢特征，因此项目系统主体装备(主要是四台加热器)全部设定为一开一备，一旦在用装置出现故障，即可做到在线切换，并切实保持生产系统不致中断，从而确保本工艺系统真正做到“持续稳定、不间断”运行；设置自动化的在线清洗污垢功能，以化学清洗取代机械清洗，以降低在用设备因污垢因素而频繁拆解现象，从而达到最大限度降低设备机械损伤率目的。

有益效果：本发明的有益效果是:

1、节能措施

鉴于硫酸初始浓度很低(20%左右)，因此设计采用两阶段处理方案，即低浓度区间33%→50%)采用三效蒸馏，而高浓度段(50%→70%)区间，则采用单效蒸馏，仅此可节省蒸汽消耗40%左右；低浓度阶段蒸发强度为75%左右，采用三效蒸发的蒸汽消耗，仅为本阶段单效蒸发消耗的30%左右，而高浓度段采用单效蒸发，如此设计是因为高浓段硫酸具有更高的沸点。本项目符合国家产业政策和技术政策，符合区域发展规划，符合行业准入条件。采用的设备及工艺为国际先进水平。采取的节能措施合理有效。

2、节水措施

在回收废酸处理过程中，本项目拟以分级蒸馏工艺，突出体现在针对硫酸不同浓度区间具有不一样的沸点特性，通过三效蒸发与单效蒸发，从而达到降低能耗即降低工艺运行成本，实现回收废酸的再利用。此外，在稀酸浓缩过程中蒸馏出来的冷凝水，即回收的氢氟酸与氟硅酸混合物，还可以输送到生产系统继续使用。

附图说明

图1为本发明的主要工艺流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

实施例1

如图1所示的一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，所述混合酸中包括20%的低浓度硫酸，4~5%的氟硅酸、氢氟酸，其工艺方法包括以下步骤：

步骤1）：将所述混合酸进行过滤去污；

步骤2）：将所述混合酸在换热器中进行预热，预热时部分低浓度硫酸被蒸发，得到氢氟酸及氟硅酸蒸汽；所述换热器采用YKZ型圆块孔式石墨换热器，在换热器中的预热温度是75℃；

步骤3）：将混合酸在三效蒸发器中进行闪蒸，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽、低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液；所述三效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE；闪蒸温度为50℃；

步骤4）：所述步骤3）得到的低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液进入二效蒸发器，在温度≧115℃下续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；所述二效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE；

步骤5）：所述步骤4）得到的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液进入一效蒸发器，在温度160℃下进行续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，以及50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤6）：所述步骤5）得到的50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液送进单效蒸发系统，蒸发温度140℃，真空0.08Mpa，得到浓硫酸，浓硫酸的浓度为65%；

步骤7）：所述步骤2）、步骤3）、步骤4）、步骤5）、步骤6）得到的氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽经冷凝、吸收，得到混合酸处理溶液；所述混合酸处理溶液中的氢氟酸、硝酸的混合液浓度为混合酸处理溶液重量的9%。

实施例2

一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，所述混合酸中包括20%的低浓度硫酸，4~5%的氟硅酸、氢氟酸，其工艺方法包括以下步骤：

步骤1）：将所述混合酸进行过滤去污；

步骤2）：将所述混合酸在换热器中进行预热，预热时部分低浓度硫酸被蒸发，得到氢氟酸及氟硅酸蒸汽；所述换热器采用YKZ型圆块孔式石墨换热器，在换热器中的预热温度是85℃；

步骤3）：将混合酸在三效蒸发器中进行闪蒸，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽、低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液；所述三效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE；闪蒸温度为70℃；

步骤5）：所述步骤4）得到的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液进入一效蒸发器，在温度180℃下进行续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，以及50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤6）：所述步骤5）得到的50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液送进单效蒸发系统，蒸发温度150℃，真空0.08Mpa，得到浓硫酸，浓硫酸的浓度为70%；

步骤7）：所述步骤2）、步骤3）、步骤4）、步骤5）、步骤6）得到的氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽经冷凝、吸收，得到混合酸处理溶液；所述混合酸处理溶液中的氢氟酸、硝酸的混合液浓度为混合酸处理溶液重量的12%。

实施例3

步骤1）：将所述混合酸进行过滤去污；

步骤2）：将所述混合酸在换热器中进行预热，预热时部分低浓度硫酸被蒸发，得到氢氟酸及氟硅酸蒸汽；所述换热器采用YKZ型圆块孔式石墨换热器，在换热器中的预热温度是75-85℃；

步骤3）：将混合酸在三效蒸发器中进行闪蒸，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽、低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液；所述三效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE；闪蒸温度为60℃；

步骤5）：所述步骤4）得到的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液进入一效蒸发器，在温度170℃下进行续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，以及50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤6）：所述步骤5）得到的50%的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液送进单效蒸发系统，蒸发温度145℃，真空0.08Mpa，得到浓硫酸，浓硫酸的浓度为67%；

步骤7）：所述步骤2）、步骤3）、步骤4）、步骤5）、步骤6）得到的氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽经冷凝、吸收，得到混合酸处理溶液；所述混合酸处理溶液中的氢氟酸、硝酸的混合液浓度为混合酸处理溶液重量的10%。

Claims

1.一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，其特征在于：所述混合酸中包括20％的低浓度硫酸，4～5％的氟硅酸、氢氟酸，其工艺方法包括以下步骤：

步骤1)：将所述混合酸进行过滤去污；

步骤2)：将所述混合酸在换热器中进行预热，预热时部分低浓度硫酸被蒸发，得到氢氟酸及氟硅酸蒸汽；

步骤3)：将混合酸在三效蒸发器中进行闪蒸，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液；

步骤4)：所述步骤3)得到的低浓度硫酸与氢氟酸、硝酸的混合液进入二效蒸发器，在温度≧115℃下续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤5)：所述步骤4)得到的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液进入一效蒸发器，在温度160-180℃下进行续蒸、浓缩，得到氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽，以及50％的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液；

步骤6)：所述步骤5)得到的50％的硫酸、氢氟酸和氟硅酸的混合液送进单效蒸发系统，蒸发温度140-150℃，真空0.08Mpa，得到浓硫酸，浓硫酸的浓度为65％-70％；

步骤7)：所述步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤5)、步骤6)得到的氢氟酸和氟硅酸混合蒸汽经冷凝、吸收，得到混合酸处理溶液。

2.根据权利要求1所述的一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，其特征在于：步骤2)所述换热器采用YKZ型圆块孔式石墨换热器，在换热器中的预热温度是75-85℃。

3.根据权利要求1所述的一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，其特征在于：步骤3)所述三效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE；闪蒸温度为50-70℃。

4.根据权利要求1所述的一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，其特征在于：步骤4)所述二效蒸发器采用双向防腐蒸发器，管程为聚四氟乙烯浸渍石墨，壳程为钢衬ETFE。

5.根据权利要求1所述的一种混合酸的分离、浓缩工艺方法，其特征在于：步骤7)所述混合酸处理溶液中的氢氟酸、硝酸的混合液浓度为混合酸处理溶液重量的9％-12％。