CN1052831A - 硫酸生产的水洗封闭净化工艺 - Google Patents

Abstract

硫酸生产的水洗封闭净化工艺，属于以硫铁矿为 原料制造硫酸、炉气用水洗净化、污水经处理在系统 内封闭循环工艺，目的是提供能采用水洗净化而不排 放污水、并能回收尾气中SO₂的工艺。发明采用冲 —泡—文或冲—泡—电水洗净化流程，污水经中和、 沉降、过滤除去固体杂质，并经冷却后返回净化系统 以实现封闭循环。本发明有效地解决了污水循环造 成净化设备堵塞问题，确保系统稳定运行，真正实现 封闭循环、无二次污染，并能提高硫利用率。

Description

本发明涉及硫酸生产工艺，具体来说，涉及以硫铁矿为原料制造硫酸，炉气经水洗净化、污水经处理在系统内封闭循环的工艺。

公知以硫铁矿为原料制造硫酸的方法中，硫铁矿经沸腾炉焙烧产生的炉气，总是先经过干式除尘和湿式净化后再经干燥、转化、吸收制得成品的。其中湿式净化又有水洗、稀酸洗及热浓酸洗等净化方式。水洗净化流程的优点很多，例如对原料适应性广、流程短、设备结构简单、投资省、操作方便、净化指标好、生产稳定可靠，适宜于中、小型硫酸厂推广应用;其缺点是产生的污水量大，每产一吨酸约需排放10～15m³污水，虽经处理可达到排放标准，但污水处理设施不完善，不可避免地对环境造成一定程度的污染。为此，国内一些科研、设计及生产单位都在探索实现污水经处理在系统内封闭循环的途径，但污水的封闭循环又带来净化设备（尤其是第一级和第二级净化设备）的堵塞问题，影响系统正常运行。其原因在于污水中含有的氟化钙晶体和硫酸钙晶体在净化设备关键部位（如文氏管的喉径）沉积、结垢，为降低循环水中钙盐的过饱和度，又不得不添加清水或碱液，这不仅破坏了系统的水平衡，被迫排放污水，还造成SO₂损失增大，这意味着不能真正实现水洗净化封闭循环。另外，目前大多数采用水洗净化的硫酸企业，由于污水中SO₂溶解损失和经中和排放，硫利用率低于采用酸洗的企业，尤其是采用一转一吸流程硫酸厂更为显著。

本发明的目的在于提供一种能够克服水洗净化上述缺点，真正实现污水经处理在系统内封闭循环，不排放污水，系统能长周期稳定运行，同时能够回收尾气中SO₂，提高硫利用率的工艺。

为达到这一目的，本发明的工艺包括以下特征：

（1）水洗的第一级净化设备采用冲击式洗涤器，起降温、除尘、增湿的作用;第二级净化设备采用泡沫洗涤塔，进一步降温、除尘;第三级净化设备采用文式管洗涤器或电除雾器，起除去酸雾的作用。采用这些净化设备可以确保水中的钙盐不会造成设备结垢、堵塞。（2）水洗后的污水经脱吸塔脱除大部分SO₂后，经过中和、沉降、过滤等一整套污水处理系统，将污水中悬浮物与水分离除去。（3）为保证净化系统的热平衡，循环水需经过冷却再返回净化系统。

在本发明的工艺中，高温炉气由冲击管端口环隙以40～80米/秒的高速冲入水中，形成强烈的溅沫层，气、液两相在其中充分进行传热与传质过程，水中钙盐不可能在端口内结垢;冲击式洗涤器液气比为1∶400，泡沫塔液气比为1∶300～1∶400均大大高于文式管洗涤器的液气比，这可以大大降低CaF₂的过饱和度，削弱晶体析出的速率。水洗后的污水经脱除SO₂后，用预先配制的石灰乳液中和污水里的酸，并使Ca²⁺与砷、氟结合生成砷酸钙、氟化钙沉淀下来;然后用竖流式沉降槽将其中固体杂质沉降下来成为污泥，再用真空圆盘过滤机将污泥进行真空脱水，使污泥含水量由80～85%降至45%以下，以便运出系统。

竖梳式沉降池的澄清液少部分用去配制石灰乳，大部分用作循环水。这些循环水采用两级冷却，即先在空冷塔中用空气冷却，然后在尾冷塔中用尾气冷却，尾冷塔中液气比为1∶250～1∶300，水温冷至35℃以下返回净化系统。

为维持系统水平衡，可由旋流板增湿器适当补充新鲜水。

发明人注意到，炉气经干式除尘后的含尘量越低，对于水洗封闭净化越有利，排出的污泥量越少;但是，为保持污水中Fe/As比不小于10，炉气中的含尘量也不可太低。因此，炉气的干式除尘，除重力除尘外，采用二级旋风除尘，炉气中含尘量略低于15克/标米³为宜。

本发明的工艺流程可简述如下：

高温炉气经干式除尘后，依次进入冲击式洗涤器、泡沫塔和文式管洗涤器、复挡除沫器和旋流板除沫器（若用电除雾器代文氏管洗涤器、则不需复挡及旋流板除沫器），炉气中矿尘、SO₃与酸雾、砷、氟等杂质被洗涤水除去，同时被冷却至38℃以下，然后进入干吸工序。

由污水处理工序来的循环水先喷入尾冷塔被由干吸工序来的硫酸尾气冷却至35℃并回收尾气中SO₂（为提高SO₂回收的吸收率，尾气最好先经旋流板增湿器进行增湿后再进入尾冷塔）进入循环水中间槽，在此被分为两股，一股循环水用液下泵打入文氏管洗涤器，洗涤后经复挡除沫器分离下来，流入泡沫塔上层筛板，（若采用电除雾器，则无此一股循环水）。另一股循环水则自动流入泡沫塔上层筛板。两股水在此混合依次作为泡沫洗涤塔、冲击式洗涤器的洗涤水。经洗气后的酸性污水从冲击器流出进入脱吸塔，利用负压抽入的空气将溶解在污水中的SO₂脱吸，脱吸气回至泡沫塔与炉气混合。脱吸后的酸性污水流至污水处理系统。

污水处理系统石灰乳的配制系利用竖流式沉降槽来的清液将定量加入的石灰消化，并用压缩空气鼓泡搅拌配成含CaO5%的石灰乳，净化工序来的酸性污水在中和反应池内借压缩空气鼓泡搅拌，被定量均匀加入的石灰乳一次中和至PH6～8后，用污水泵抽至竖流式沉降槽进行沉降分离，澄清液大部分经空冷塔用空气冷却至38℃以下，流入循环水池，再用循环水泵送返净化工序循环使用。竖流式沉降槽底部泥浆流至真空园盘过滤机进行真空脱水，使污泥含水量由80～85%降至45%以下，再用人工铲上小车推送去矿渣临时堆场，然后被综合利用，真空脱出的水与溢流污泥一起返回中和池。

本发明的工艺有效地解决了各级净化设备因氟化钙、硫酸钙结垢堵塞严重的问题，能确保系统长期稳定运行;能确保净化工序和污水处理不外排任何污水，真正实现封闭净化要求，能确保指标符合要求，净化收率大于98.5%;污水处理设施完善，处理后的循环水中含砷＜0.5毫克/升，含氟＜15毫克/升，含悬浮物＜200毫克/升;污泥滤饼含水＜50%。另外，本工艺还能有效地回收尾气中SO₂，使一转一吸装置尾气SO₂排放浓度降低至0.05%左右，尾气SO₂回收率达到85%左右，硫利用率等技术经济指标接近二转二吸装置。在系统开车期间，还可解决尾气SO₂浓度超标排放的问题。同时，由于改变了氟在污水中存在形态，可减轻设备的腐蚀，也简化了污水处理设施和操作，降低了投资和操作费用。

以年产2万吨硫酸的规模为例，采用稀酸洗净化两转两吸流程的总投资、折旧费、操作费、维修费及净化成本分别为324.55万元、17.85元/吨、20.87元/吨、10.71元/吨和49.43元/吨;采用水洗封闭净化一转一吸流程的上述费用则分别为224.48万元/吨、12.35元/吨、19.42元/吨、7.41元/吨和39.18元/吨，均比前一种流程低。本发明可用于现有水洗净化硫酸企业的技术改造，也可用于新建硫酸企业。

附图1为水洗封净化工艺的净化流程示意图。其中1为冲泡洗涤器，2为文氏管洗涤器，3为复挡除沫器，4为旋流板除沫器，5为旋流板增湿器，6为尾气吸收塔，7为尾气烟囱，8为循环水中间槽，9为液下泵，10为脱吸塔，11为污水槽，12为液封槽。

附图2为水洗封闭净化工艺的污水处理系统流程示意图。图中1为石灰乳配制槽，2为中和反应池，3为污水泵，4为鼓风机，5为竖流式沉降槽，6为鼓风机，7为空气冷却塔，8为循环水池，9为循环水泵，10为真空圆盘过滤机，11为真空排水罐，12为真空泵，13为压缩机。

实施例1：

一套年产1万吨100%硫酸生产装置，其水洗封闭净化工艺流程如附图1、2所示。其工艺设备主要参数为：冲击式洗涤器，冲击管口气流速度为40米/秒，冲击管间隙为40.5毫米，液气比为1∶400;泡沫塔空塔气速2.18米/秒，中上层板小孔气速12米/秒，下层板小孔气速10米/秒，液气比1∶400;文式管洗涤器喉颈内径165×210毫米，喉管气速79.1米/秒，液气比0.75∶1000;复挡除沫器进口气速29.9米/秒，筒体气速2.75米/秒;旋流板除沫器仰角α＝45°，径向角β＝17.16′，穿孔气速21.36米/秒;脱吸塔为填料塔，内装填φ50瓷矩鞍环，淋洒密度19.57米³/米²时;尾冷塔为湍球塔，塔内湍球层2段，每段装填φ38高压聚乙烯球300毫米，空塔气速3.01米/秒，液气比1∶455。中和反应池总容积84.5米³，污水停留时间120分钟，PH值控制6～8，池内用压缩空气搅拌;竖流式沉降槽，容积128.5米³，污水停留时间12小时，污水上升速度0.105毫米/秒，排出清水PH6～8;真空园盘过滤机采用PG18-4型，过滤强度25kg（干渣）/米²·时;空气冷却塔采用玻璃钢冷却塔，出口水温不高于36℃。主要工艺指标，炉气温度：冲击管进口350℃，泡沫塔出口40℃，干燥塔进口38℃;阻力：冲击管100毫米水柱，泡沫塔200毫米水柱，文氏管600毫米水柱，复挡除沫器100毫米水柱，旋流板除沫器50毫米水柱;水温;冲泡洗涤器出口污水50℃，脱吸塔出口污水48℃，竖流式沉降槽出口溢流水40℃，空气冷却塔出口循环水35℃，循环水池水35℃，尾冷塔出口循环水28℃;净化后主要工艺指标;污水总酸度低于2克/升，SO₂脱吸率大于90%，净化率大于97%，尾气SO₂排放浓度低于0.25%，SO₂鼓风机出口炉气含酸雾低于0.03克/标米³，含水低于0.1克/标米³，含尘量低于0.005克/标米³;污水处理系统出口循环水中含砷低于0.5毫克/升，含氟低于15毫克/升，含悬浮物低于200毫克/升，PH6～8;污泥滤饼含水低于50%，产率60千克（干基）/吨。

实施例2：

一套年产2万吨100%硫酸的生产装置，其水洗封闭净化工艺亦如图1、2所示，其工艺设备主要参数为：冲击管口气流速度50米/秒，冲击管间隙为57毫米，液气比为1∶400;泡沫塔空塔气速2.64米/秒，中、上层板小孔气速13.4米/秒，下层板小孔气速11.2米/秒，液气比1∶360;文氏管洗涤器喉颈内径230×300毫米，喉管气速71.2米/秒，液气比0.75∶1000，复挡除沫器进口气速23.7米/秒，筒体气速2.5米/秒;旋流板除沫器仰角α＝45℃，径向角β＝17.22′，穿孔气速16.01米/秒;脱吸塔为湍球塔，塔内湍动层2段，每段装填φ38高压聚乙烯球300毫米，空塔气速2.04米/秒，淋洒密度64.5米³/米²·时，旋流板增湿器仰角α＝45℃，径向角β＝17.22′，穿孔气速11.55米/秒;尾吸塔为湍球塔，塔内湍球层2段，每段装填φ38高压聚乙烯球350毫米，空塔气速2.83米/秒，液气比1∶265;污水处理系统设备同实施例1，但操作控制略有不同，污水在中和池停留时间60分钟，在竖流式沉降槽停留时间6小时，污水上升流速0.210毫米/秒。主要工艺指标，炉气温度除与实施例1同者外，尾吸塔进口24.5℃，出口35℃;阻力：冲击管120毫米水柱，泡沫塔200毫米水柱，文氏管400毫米水柱，复挡除沫器27毫米水柱，旋流板除沫器50毫米水柱，旋流板增湿器36毫米水柱，尾吸塔190毫米水柱;水温：冲泡洗涤器出口、脱吸塔出口污水48℃，竖流式沉降槽出口溢流水42℃，空冷塔出口循环水38℃，循环水池38℃，尾吸塔出口循环水34℃;净化后主要工艺指标：污水总酸度低于2克/升，SO₂脱吸率大于90%，净化率大于97%，尾气SO₂排放浓度0.05%左右，SO₂鼓风机出口炉气含酸雾低于0.03克/标米³、含水低于0.10克/标米³、含尘为痕亦量、含砷低于1毫克/标米³、含氟低于5毫克/标米³;污水处理系统出口循环水含砷低于0.5毫克/升，含氟低于15毫克/升，含悬浮物低于200毫克/升，PH6～8;污泥滤饼含水低于50%，产率60千克（干基）/吨酸。

Claims (5)

1、一种以硫铁矿为原料制造硫酸、炉气经水洗净化、污水经处理在系统内循环的工艺，其特征包括：(1)水洗的第一级净化设备采用冲击式洗涤器，第二级净化设备采用泡沫洗涤塔，第三级设备采用文式管洗涤器或电除雾器；(2)水洗后的污水经脱吸塔脱吸后，经过中和、沉降、过滤等一整套处理系统，将污水中悬浮物分离除去。(3)循环水经过冷却再返回净化系统。

2、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于冲击式洗涤器的液气比为1∶400，冲击管端口气速40～80米/秒;泡沫洗涤塔的液气比为1∶300～1∶400，空塔气速1.8～2.6米/秒，小孔气速10～14米/秒。

3、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于水洗后的污水，经脱吸塔脱吸后，先后用预先配制的碱液中和，用竖流式沉降槽将其中固体杂质沉降下来，再用真空园盘过滤机将污泥进行真空脱水。

4、按照权利要求3所述的工艺，其特征在于所用的碱液常用石灰乳液。

5、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于污水经澄清后的清液作为循环水，先在空气冷却塔中鼓风冷却（冬季不鼓风），再在尾气冷却塔中用尾气冷却，待水温冷至35℃以下返回净化系统。

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