CN105217654A - 一种烷基化废硫酸资源化处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烷基化废硫酸资源化处理装置及方法，由反应浮选塔、结晶器、换热器、母液循环泵、凝结水泵以及其间的连接管路构成；反应浮选塔的进料分别为烷基化废硫酸和氨气；塔底生成的高温高压硫酸铵母液进入结晶器内部；反应浮选塔生成的低压蒸汽在塔顶采出并进入结晶器的外部夹套；烷基化废硫酸中的聚合油类在反应浮选一体化设备中浮选采出聚合油；在结晶器中结晶后的常压饱和硫酸铵母液经母液循环泵返回反应浮选塔；产生的晶体采出作为产品硫酸铵晶体；结晶器中产生的常压蒸汽经换热器冷凝后经凝结水泵返回至反应浮选塔；结晶器外部夹套中产生的冷凝水经凝结水泵返回至反应浮选塔。本发明节省了方法流程和操作时间，是一种绿色环保方法。

Description

一种烷基化废硫酸资源化处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种烷基化废硫酸资源化处理装置及方法，具体来说，是一种通过将烷基化废硫酸与氨气反应，通过反应浮选，降压蒸发结晶等方法，生产硫酸铵化肥并副产烷基化油的方法。该技术属于石油化工行业废弃物资源化利用的领域。

背景技术

烷基化油(异辛烷)是重要的汽油添加组分，国内主要采用硫酸法生产。该方法每生产一吨烷基化油，会产生100公斤左右的废硫酸，据估算我国每年有100万吨以上的烷基化废硫酸需要处理。这种废硫酸呈深黑色，含约85％硫酸、5％聚合油类、5％硫酸酯类、5％水，有恶臭气味，且随着存放时间的增加，油类在浓硫酸环境中不断聚合或氧化，使得处理非常困难，对环境造成严重污染威胁。目前烷基化废硫酸还没有一种比较好的处理技术。

烷基化废硫酸目前比较成熟的处理方法为热裂解再生法，该法投资大，操作费用高，另外，处于研究开发阶段的有透析扩散法，氧化法，萃取法等，这些方法因为技术难度大，处理费用高，产生二次污染等原因未能推广。

废硫酸与氨气中和反应制备硫酸铵化肥的方法在上世纪80年代有所探索，从理论上讲，氨气中和法是实现烷基化废硫酸资源化利用的正确思路。传统的处理方法需先将浓硫酸稀释为稀硫酸，稀硫酸腐蚀性比较严重；稀硫酸冷却后再通入氨水进行中和反应，反应中强放热需要大量冷却水处理；反应后的物料需要长时间沉降以实现油水的分离；冷却除油后的铵盐溶液需过滤以除去其它杂质；最后蒸发结晶得到硫酸铵化肥，由于该过程酸碱中和后生成的硫酸铵溶液浓度很低，导致蒸发结晶过程耗能巨大。由于上述种种缺点的存在，氨气中和法目前仍未能推广应用。为克服上述缺点，本专利提出了一种新型烷基化废硫酸资源化处理方法及装置。

发明内容

本发明提出了一种烷基化废硫酸资源化处理装置及方法，该方法采用集成化设计，解决了烷基化废硫酸处理传统方法中能耗大，间歇操作，热量浪费严重，聚合油难回收，硫酸铵结晶品相差等问题，在解决了环保问题的同时，实现了烷基化废硫酸的资源化，具有良好的经济和社会效益。

本发明是通过以下技术实现的:

一种烷基化废硫酸资源化处理装置，由反应浮选塔、结晶器、换热器、母液循环泵、凝结水泵以及其间的连接管路构成；反应浮选塔的塔底液体出口与结晶器下部液相进口连接；结晶器塔底溶液出口通过母液循环泵与反应浮选塔上部溶液进口相连；反应浮选塔的塔顶气体出口与结晶器的外夹套上部气相进口相连，结晶器外夹套下部液体出口与凝结水泵进口相连；结晶器塔顶气相出口与换热器进口相连，换热器出口与凝结水泵相连；凝结水泵出口与反应浮选塔上部的液相进口相连。

本发明的进行烷基化废硫酸资源化处理方法，反应浮选塔的进料分别为烷基化废硫酸和氨气；反应浮选塔塔底生成的高温高压硫酸铵母液进入结晶器内部；反应浮选塔生成的低压蒸汽在塔顶采出并进入结晶器的外部夹套；烷基化废硫酸中的聚合油类在反应浮选一体化设备中浮选采出聚合油；在结晶器中结晶后的常压饱和硫酸铵母液经母液循环泵返回反应浮选塔；结晶器中产生的晶体采出作为产品硫酸铵晶体；结晶器中产生的常压蒸汽经换热器冷凝后经凝结水泵返回至反应浮选塔；结晶器外部夹套中产生的冷凝水经凝结水泵返回至反应浮选塔。

上述反应浮选塔A操作压力为0.15～0.3Mpa，其温度为相应溶液在该压力下溶液的饱和蒸汽压，温度范围为110～160℃。由于塔内液相及气相的自身重力及流动阻力，塔顶压力略高于塔底压力。

上述结晶器B的操作压力为0.08～0.15Mpa，其温度为相应溶液在该压力下溶液的饱和蒸汽压，温度范围为80～110℃。由于塔内液相及气相的自身重力及流动阻力，塔顶压力略高于塔底压力。

上述高温高压硫酸铵母液3，其压力与温度与反应浮选塔A的塔底压力及温度相同。

上述低压蒸汽5，其压力与温度与反应浮选塔A的塔顶压力及温度相同。

上述常压饱和硫酸铵母液4，其压力与温度与结晶器B塔底的压力及温度相同。

上述常压蒸汽8，其压力与温度与结晶器B顶部压力及温度相同。

所述压力为绝对压力。

在反应浮选工段中，循环饱和硫酸铵母液以及蒸汽冷凝水由反应浮选塔顶部进入反应浮选塔，烷基化废硫酸在反应浮选塔上部不同高度处经分布器进入反应浮选塔。氨气由反应浮选塔底部进入反应浮选塔。在反应浮选塔内，氨气自下而上运动的过程中，与浓硫酸接触反应生成硫酸铵，生成的硫酸铵溶解在硫酸铵母液中。废硫酸中的聚合油类在反应后析出，在氨气的浮选作用下，聚合油向反应浮选塔上部富集并采出。本反应为强放热反应，控制反应浮选塔内为一定程度的正压，反应热以蒸汽的形式在塔顶排出，循环硫酸铵母液在反应浮选塔底部采出。

在降压结晶工段，由反应浮选塔而来的高温高压的硫酸铵循环母液在结晶器中降压，由于降压作用水蒸汽从溶液出蒸出，硫酸铵循环母液的温度及含水率同时降低，从而使硫酸铵晶体从溶液中析出。结晶后的硫酸铵溶液返回至反应浮选部分。由反应浮选工段而来的蒸汽可以用来对结晶器中的循环母液进行加热，促进循环母液蒸汽的析出，从而增加结晶量。降压结晶工段因降压产生的常压蒸汽经过冷凝返回至反应浮选工段中。

对比于传统方法，本发明的优点在于：

1.本方法不用先将浓硫酸稀释并冷却，因此节省了方法流程和操作时间，同时避免了高温稀硫酸对装置的强腐蚀性。

2.本方法将浓硫酸与氨气直接在母液存在的条件下在反应浮选塔中进行反应，所有反应热都用来生成蒸汽，该蒸汽可用于后续结晶阶段的加热，实现了热量的充分利用。

3.本方法在同一个反应浮选塔中，同时实现了硫酸与氨反应生成硫酸铵，废硫酸中的聚合油的浮选分离，做到了装置的集成化。

4.本方法采用高温高压循环母液直接降压蒸发结晶的方法，除循环泵外，无需任何外加蒸汽能源，节能效果显著。

5.本方法的进料只有废硫酸和氨气，出料为硫酸铵晶体和聚合油。整个过程中是无需外加水，蒸汽等其他原料，不产生废水，是一种绿色环保方法。

附图说明

图1-装置流程图；

其中：A-反应浮选塔；B-结晶器；C-换热器；D-母液循环泵；E-凝结水泵；1-烷基化废硫酸；2-氨气；3-高温高压硫酸铵母液；4-常压饱和硫酸铵母液；5-低压蒸汽；6-聚合油；7-硫酸铵晶体；8-常压蒸汽；9-常压蒸汽冷凝水；10-低压蒸汽冷凝水。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明：

如图1所示：本发明的一种烷基化废硫酸资源化处理装置：

由反应浮选塔A、结晶器B、换热器C、母液循环泵D、凝结水泵E以及其间的连接管路构成，反应浮选塔A的塔底液体出口通过高温高压硫酸铵母液管线3与结晶器B下部液相进口连接，进入结晶器B下部的液体内；结晶器B塔底溶液出口通过常压饱和硫酸铵母液管线4以及母液循环泵D与反应浮选塔A上部溶液进口相连，进入反应浮选塔A上部液相中；反应浮选塔A的塔顶气体出口通过低压蒸汽管线5与结晶器B的外夹套上部气相进口相连，结晶器B外夹套下部液体出口通过低压蒸汽冷凝水管线10与凝结水泵E进口相连；结晶器B塔顶气相出口通过常压蒸汽管线8与换热器C进口相连，换热器C出口通过常压蒸汽冷凝水管线9与凝结水泵E相连；凝结水泵E出口与反应浮选塔A上部的液相进口相连，进入反应浮选塔A上部液相中。

一种烷基化废硫酸资源化处理方法，其主要目的是将烷基化废硫酸中的硫酸与氨反应，结晶生成硫酸铵化肥，同时将废硫酸中的聚合油分离出来。这主要是通过以下方法实现的：

在反应浮选工段内，烷基化废硫酸1在反应浮选塔A上部进入，氨气2在反应浮选塔A底部进入，由结晶器B返回的常压饱和硫酸铵母液4、常压蒸汽冷凝水9和低压蒸汽冷凝水10由反应浮选塔A顶部进入。在反应浮选塔A内部，氨气2在上升过程中与废硫酸1中的硫酸接触反应，生成硫酸铵，生成的硫酸铵溶解在硫酸铵溶液内。废硫酸1内的聚合油在反应后析出形成油滴，油滴在氨气1的浮选作用下向反应浮选塔A顶部富集，并采出聚合油。由于反应为强放热反应，反应热以低压蒸汽的形式在反应浮选塔A塔顶采出。

在降压结晶工段内，来自反应浮选塔A的高温高压硫酸铵母液进入结晶器B，结晶器B的压力低于反应浮选塔A的压力，由于降压作用，高温高压循环母液3内的水蒸发，由于蒸发降温的作用和溶液中含水率的降低，硫酸铵晶体析出，析出的硫酸铵晶体在塔底采出。来自反应浮选塔A的低压蒸汽5可以在结晶器B的换热夹套中对内部溶液进行加热，促进溶液蒸发结晶，换热蒸汽冷凝后生成低压蒸汽冷凝水10。常压蒸汽8采出后经换热器C冷凝生成常压蒸汽冷凝水9。常压蒸汽冷凝水与低压蒸汽冷凝水10混合后经凝结水泵E返回反应浮选塔A中。结晶器B中晶体采出后的常压饱和硫酸铵母液4经母液循环泵D返回至反应浮选塔A中。

上述烷基化废硫酸资源化处理方法，进入方法的物料为废硫酸和氨气，离开方法的产品为硫酸铵晶体和聚合油，基本无需补水，也不产生废水。

上述烷基化废硫酸资源化处理方法，无需外加蒸汽，实现了内部的能量综合利用。

上述的反应浮选工段通过反应浮选塔A集成了反应与浮选分离的功能。

上述的反应浮选塔A，其在实现反应和浮选功能的同时副产低压蒸汽，该蒸汽可用于促进结晶器B的蒸发结晶。

上述的反应浮选塔A的压力高于结晶器B的压力。

上述的结晶器B，其结晶原理是通过将高温高压的硫酸铵母液直接进行降压蒸发，不需要外加蒸汽及压缩机等进行结晶。

代表例：

以年处理约2.5万吨废硫酸，年生产时间8000h的工厂为例。烷基化废硫酸1的进料量约为3140kg/h，氨气2进料量约为980kg/h，反应浮选塔A的操作压力为0.4Mpa(绝对压力)，操作温度约为153℃。高温高压硫酸铵母液3的浓度约为54.1％，流量约为34360kg/h，高温低压蒸汽5的流量约为530kg/h，分离出去的聚合油6的流量约为190kg/h。高温高压硫酸铵母液3进入结晶器B，结晶器B的操作压力为0.11Mpa(绝对压力)，温度为110℃。由结晶器B采出的常压蒸汽及经冷凝器C冷凝后的常压蒸汽冷凝水的流量约为1880kg/h。低压蒸汽冷凝水10的流量约为530kg/h。硫酸铵结晶7的流量约为3990kg/h。常压饱和硫酸铵母液4的浓度为51.2％，流量约为28490kg/h。年产硫酸铵晶体约3.2万吨，其氮含量为20.8％以上，达到国标氮肥合格品标准。

以此方法进行，整个过程中无需任何蒸汽或压缩能耗，全部能耗仅为两台泵的供电，大大节约了能源，所生成的硫酸铵由于在前期进行了浮选除油，产品色度好，品相高，含氮量高。

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 (6)

1.一种烷基化废硫酸资源化处理装置，由反应浮选塔、结晶器、换热器、母液循环泵、凝结水泵以及其间的连接管路构成；其特征是反应浮选塔的塔底液体出口与结晶器下部液相进口连接；结晶器塔底溶液出口通过母液循环泵与反应浮选塔上部溶液进口相连；反应浮选塔的塔顶气体出口与结晶器的外夹套上部气相进口相连，结晶器外夹套下部液体出口与凝结水泵进口相连；结晶器塔顶气相出口与换热器进口相连，换热器出口与凝结水泵相连；凝结水泵出口与反应浮选塔上部的液相进口相连。

2.利用权利要求1的装置进行烷基化废硫酸资源化处理方法，其特征是反应浮选塔的进料分别为烷基化废硫酸和氨气；反应浮选塔塔底生成的高温高压硫酸铵母液进入结晶器内部；反应浮选塔生成的低压蒸汽在塔顶采出并进入结晶器的外部夹套；烷基化废硫酸中的聚合油类在反应浮选一体化设备中浮选采出聚合油；在结晶器中结晶后的常压饱和硫酸铵母液经母液循环泵返回反应浮选塔；结晶器中产生的晶体采出作为产品硫酸铵晶体；结晶器中产生的常压蒸汽经换热器冷凝后经凝结水泵返回至反应浮选塔；结晶器外部夹套中产生的冷凝水经凝结水泵返回至反应浮选塔。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是反应浮选塔压力为0.15～0.3Mpa，其温度为相应溶液在该压力下溶液的饱和蒸汽压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是温度范围为110～160℃。

5.如权利要求2所述的方法，其特征是结晶器的压力为0.08～0.15Mpa，其温度为相应溶液在该压力下溶液的饱和蒸汽压。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是温度范围为80～110℃。