CN107774112A - 一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法 - Google Patents

一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，采用一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟装置，具体步骤为：步骤1，给洗涤液循环腔中加入喷淋酸；步骤2，计算水玻璃稀释槽中水玻璃的添加量，并添加水玻璃；步骤3，给整个装置通电，在泵的作用下喷淋酸一部分经过动力波冷却塔排污，一部分经过酸冷器进行喷淋酸的冷却，然后在喷淋管中与水玻璃稀释槽中的流出的水玻璃进行汇合一起进入喷淋装置进行向下喷淋，同时烟气进入到烟气进入腔向上运动，在填料处与喷淋酸及水玻璃的混合物充分接触，后通过捕沫装置降低酸雾及雾沫夹带后气体进入电除雾器，同时，通过补水口进行补水进入洗涤液循环腔，如此循环。本发明能有效降低酸中的氟含量。

Description

一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法
技术领域
本发明属于烟气净化方法技术领域，涉及一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法。
背景技术
由于氟在焙烧过程中难以去除，行业内对氟的危害预防也集中在净化系统，通过加大稀酸排放量、采用耐氟腐蚀材料等办法，来去除和预防氟，减少对净化设备的腐蚀，而把氟对后续如干吸工段浓酸泵、瓷质填料、纤维除雾器，转化工段钒触媒，高硅不锈钢材质等含硅设备及材料的腐蚀未能重点防范，甚至有研究认为在干吸工段，用97-98％硫酸洗涤气体时，气相中的氟化氢脱除的比较完全，氟化氢被固定为氟磺酸HSO3F，实际并非如此，氢氟酸与发烟硫酸才能反应得到氟磺酸HSO3F，与浓硫酸、稀硫酸均不反应。
硫酸装置因气相氟化物超标对干吸设施腐蚀十分严重，如干吸泵腐蚀穿孔，一吸二吸纤维除雾器腐蚀，造成触媒粉化活性降低，甚至干燥塔瓷环塌陷；因此必须在净化工段对其进行降氟处理，以保障后续设备正常运行。
目前在硫酸净化工段普遍采用的除氟方法有水洗法、含硅材料吸收法及增加除氟塔或多级洗涤装置方法。
①水洗法
进入净化工段的氟基本上以HF形态存在，HF极易溶于水或低浓度稀酸，酸浓越低吸收越好，气液平衡中解吸的HF越少，因此通过加大洗涤酸排放量和采用多级洗涤的方法，可使吸收进一步进行，从而达到除氟的目的。此方法缺点是废水处理量大，且浪费水资源。
②硅材料吸收法
HF易与硅质材料发生反应生成氟硅酸及氟硅酸盐，从而达到除氟目的。部分厂家将瓷环或玻璃纤维固定于洗涤酸中，使其与稀酸中HF反应来除氟，因不易操作且反应速率缓慢效果不佳；也有厂家尝试将洗涤酸在体外通过药剂(硫酸铝、氧化镁、石灰乳、玻璃纤维等)沉淀降氟，将除氟后的稀酸回流使用，工艺复杂及运行费用高。水玻璃也属于含硅物质，因来源方便、价格便宜，目前大部分硫酸厂家采用在洗涤酸中添加水玻璃除氟方法进行，效果相对较好。但对高氟稀酸来说，即使添加过量水玻璃因存在氟的解吸，氟仍会向后续设备转移。
③增加除氟塔或多级洗涤装置法
该方法配合添加水玻璃除氟效果最佳，因大部分厂家在设计初期未考虑到因原料含氟变化导致进入净化工段气相氟含量大幅增加造成严重腐蚀，在增加洗涤装置或除氟塔，考虑投资费用高且占地面积大，一般增设可能性不大。目前，较为先进的就是美国孟莫克设计制酸净化工序多采用动力波-冷却塔-动力波流程，除氟效果好。
发明内容
本发明的目的是提供一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，能有效降低酸中的氟含量。
本发明所采用的技术方案是，一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，采用一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟装置，除氟装置包括冷却塔，冷却塔内由下至上依次设置有洗涤液循环腔、烟气进入腔、填料、喷淋装置、捕沫装置、冷却塔出口，冷却塔出口处设置有电除雾器，烟气进入腔一侧设置有烟气进入口，洗涤液循环腔远离烟气进入口的一侧连接有泵，泵通过管道并行连接有动力波冷却塔和酸冷器，酸冷器连接有喷淋管，喷淋管另一端连接喷淋装置，冷却塔位于填料下方的侧壁上还设有补水口，该除氟装置还包括水玻璃稀释槽，通过管道与喷淋管连通；采用该除氟装置进行除氟方法的方法具体按照以下步骤实施：
步骤1，给洗涤液循环腔中加入喷淋酸；
步骤2，计算水玻璃稀释槽中水玻璃的添加量，然后依据计算给水玻璃稀释槽添加水玻璃；
步骤3，给整个装置通电，在泵的作用下喷淋酸一部分经过动力波冷却塔排污，一部分经过酸冷器进行喷淋酸的冷却，然后在喷淋管中与水玻璃稀释槽中的流出的水玻璃进行汇合一起进入喷淋装置进行向下喷淋，与此同时烟气经烟气进入口到烟气进入腔向上运动，在填料处烟气与喷淋酸及水玻璃的混合物充分接触反应，然后通过捕沫装置降低酸雾及雾沫夹带后气体进入电除雾器，同时，通过补水口进行补水，补水进入洗涤液循环腔，然后，补水与喷淋酸混合物在泵的作用下抽吸，如此循环。
补水口设置在烟气进入腔的侧壁上。
捕沫装置为PPR或玻璃钢材质的捕沫板。
水玻璃稀释槽位于电除雾器上方。
捕沫板采用玻璃钢粘糊吊挂在冷却塔出口处。
捕沫板包括板框，板框内设置有多个并列的百叶。
管道上设置有流量调节阀。
步骤2中计算水玻璃稀释槽中水玻璃的添加量的方法具体为：
步骤2.1，通过对制酸系统净化入口，即电除雾器出口的气体含氟量测定，记录炉气中氟浓度的最大值CF，单位为mg/m3；
步骤2.2，测定系统炉气流量Q，单位为m3/h；
步骤2.3，根据步骤2.1和步骤2.2测定的炉气中氟浓度的最大值CF和系统炉气流量Q，计算每天进入制酸系统的氟含量，即每天进入制酸系统的氟含量＝Q×CF×24；
步骤2.4，根据步骤2.3计算的每天进入制酸系统的氟含量计算水玻璃每天的理论加入量，即：
其中：n为水玻璃的模数，取值为2.4；62+60n为水玻璃分子量，20为HF分子量；6×n为氟和水玻璃的摩尔比；
步骤2.5，根据步骤2.4计算的水玻璃每天的理论加入量计算水玻璃每天实际添加量，即：
水玻璃每天实际添加量＝水玻璃每天的理论加入量÷0.27×1.5。
步骤2中给水玻璃稀释槽添加水玻璃后，根据添加量调节流量调节阀。
本发明的有益效果是：
(1)在末级烟气洗涤设备冷却塔出口增设捕沫装置，以减少进入电除雾器的酸沫及水分，提高电除雾器除雾效率，降低氟通过雾沫夹带进入后续工序。
(2)在烟气净化洗涤系统“动力波冷却塔—冷却塔—电除雾器”，建立冷却塔烟气洗涤酸含氟梯度浓度，将补水放在冷却塔，由冷却塔向前级洗涤设备动力波冷却塔串酸，保证前级洗涤设备洗涤酸量，同时可大幅降低冷却填料洗涤酸浓度及酸中氟含量。
(3)在冷却塔洗涤酸进塔处添加过量水玻璃进行固氟，水玻璃添加量根据烟气含氟量计算；通过串酸水玻璃进入冷却塔。
(4)通过动力波冷却塔直接排污至污水站，降低动力波冷却塔洗涤酸浓度，达到除氟目的。
附图说明
图1是本发明一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法中除氟装置的结构示意图；
图2是本发明一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法中喷淋装置的结构示意图。
图中，1.冷却塔，2.洗涤液循环腔，3.烟气进入腔，4.填料，5.喷淋装置，6.捕沫装置，7.冷却塔出口，8.电除雾器，9.烟气进入口，10.泵，11.动力波冷却塔，12.酸冷器，13.喷淋管，14.水玻璃稀释槽，15.补水口；
6-1.板框，6-2.百叶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，采用一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟装置，如图1所示，除氟装置包括冷却塔1，冷却塔1内由下至上依次设置有洗涤液循环腔2、烟气进入腔3、填料4、喷淋装置5、捕沫装置6、冷却塔出口7，冷却塔出口7处设置有电除雾器8，烟气进入腔3一侧设置有烟气进入口9，洗涤液循环腔2远离烟气进入口9的一侧连接有泵10，泵10通过管道并行连接有动力波冷却塔11和酸冷器12，酸冷器12连接有喷淋管13，喷淋管13另一端连接喷淋装置5，冷却塔1位于填料4下方的侧壁上还设有补水口15，该除氟装置还包括水玻璃稀释槽14，通过管道与喷淋管13连通；采用该除氟装置进行除氟方法的方法具体按照以下步骤实施：
步骤1，给洗涤液循环腔2中加入喷淋酸；
步骤2，计算水玻璃稀释槽14中水玻璃的添加量，然后依据计算给水玻璃稀释槽14添加水玻璃；
步骤3，给整个装置通电，在泵10的作用下喷淋酸一部分经过动力波冷却塔11排污，一部分经过酸冷器12进行喷淋酸的冷却，然后在喷淋管13中与水玻璃稀释槽14中的流出的水玻璃进行汇合一起进入喷淋装置5进行向下喷淋，与此同时烟气经烟气进入口9到烟气进入腔3向上运动，在填料处烟气与喷淋酸及水玻璃的混合物充分接触反应，然后通过捕沫装置6降低酸雾及雾沫夹带后气体进入电除雾器8，同时，通过补水口15进行补水，补水进入洗涤液循环腔2，然后，补水与喷淋酸混合物在泵10的作用下抽吸，如此循环。即就是净化流程为：动力波洗涤塔-冷却塔-电除雾器。
补水口15设置在烟气进入腔3的侧壁上。
捕沫装置6为PPR或玻璃钢材质的捕沫板。
水玻璃稀释槽14位于电除雾器8上方。
捕沫板采用玻璃钢粘糊吊挂在冷却塔出口7处。
如图2所示，捕沫板包括板框6-1，板框内设置有多个并列的百叶6-2。
管道上设置有流量调节阀。
步骤2中计算水玻璃稀释槽14中水玻璃的添加量的方法具体为：
步骤2.1，通过对制酸系统净化入口，即电除雾器出口的气体含氟量测定，记录炉气中氟浓度的最大值CF，单位为mg/m3；
步骤2.2，测定系统炉气流量Q，单位为m3/h；
步骤2.3，根据步骤2.1和步骤2.2测定的炉气中氟浓度的最大值CF和系统炉气流量Q，计算每天进入制酸系统的氟含量，即每天进入制酸系统的氟含量＝Q×CF×24；
步骤2.4，根据步骤2.3计算的每天进入制酸系统的氟含量计算水玻璃每天的理论加入量，即：
其中：n为水玻璃的模数，取值为2.4；62+60n为水玻璃分子量，20为HF分子量；6×n为氟和水玻璃的摩尔比；
步骤2.5，根据步骤2.4计算的水玻璃每天的理论加入量计算水玻璃每天实际添加量，即：
水玻璃每天实际添加量＝水玻璃每天的理论加入量÷0.27×1.5。
步骤2中给水玻璃稀释槽14添加水玻璃后，根据添加量调节流量调节阀。
本发明设计中，将水玻璃加入净化工段冷却塔既要考虑除氟效果，又要结合塔自身的现有结构，由于净化除氟试验与应用是在现有生产系统上进行改造，不可能对设备进行大的变化，所以选择位置尤为重要，冷却塔为玻璃钢结构，在玻璃钢上开孔难度较大，不利于塔体防腐，因此在塔身开孔不现实，只能在其本体外接管线或法兰上考虑。为保证水玻璃与喷淋液混合后能充分与气体接触反应，便于检修，位置合理，故将水玻璃加入位置选择在喷淋液进冷却塔进口管道处。水玻璃从稀释槽通过管线自流入冷却塔内喷淋液进口管内与喷淋酸混合进入冷却塔，喷淋酸自上往下，气体从下往上，通过填料均匀分布见图同进入冷却塔内的烟气充分接触反应，然后气体进入电除雾，捕沫板(PPR或玻璃钢材质)采用玻璃钢粘糊吊挂在冷却塔出口处。
据研究表明，气相中HF基本溶解于酸雾当中，因此，要降低气相中HF含量，必须降低酸雾指标。所以，本发明要在末级洗涤设备出口增设捕沫装置，以减少气相带入电除雾酸沫及水分，提高电除雾除雾效率，降低氟通过气体后续工序传递。
实施例：
以金堆城钼业股份有限公司硫酸厂20万吨/年硫铁矿配钼冶炼烟气制酸装置单系统使用本方法除氟为例：
①金钼股份硫酸厂工艺简介
金钼股份硫酸厂两条年产20万吨硫酸生产系统，采用工艺及设备装置相同，制酸工段均为净化-干吸-转化流程，其中净化工段采用SO2浓度为1-3％的钼焙烧烟气配SO2浓度为12％左右的焚烧硫精矿炉气，混合成SO2浓度为7％的气体生产硫酸，钼焙烧烟气和焙烧硫精矿炉气有各自的洗涤装置，均为动力波-冷却塔稀酸洗涤流程，在电除雾进口混合进入电除雾。
②水玻璃添加量计算方式
通过对制酸系统净化入口(即电除雾器出口)气体含氟量测定，炉气含氟量范围在14.78-84.94mg/m3，平均在60mg/m3附近。
每天进入20万吨制酸系统的氟含量＝Q×CF×24
其中Q为系统炉气流量，单位为m3/h，气量约为60000m3/h；
CF为炉气中氟浓度，单位为mg/m3；
因此可知每天炉气带入20万吨制酸系统的氟总量按最大值计算为：
60000×84.94×24＝1.2231×107mg＝122.31Kg
其中：n为水玻璃的模数，一般为2.4；62+60n为水玻璃分子量，20为HF分子量；6×n为氟和水玻璃的摩尔比，因此每天水玻璃添加量应为：
考虑到实际使用水玻璃为水玻璃水溶液，有效成分仅为27％左右，且添加水玻璃比例应为理论添加量的1.5倍左右，所以实际水玻璃添加量(87.49/0.27)×1.5＝486.05Kg，可见，在炉气中氟化物含量波动的情况下，要使其中的氟化物完全去除，每天需要的水玻璃加入量至少为500Kg。
③水玻璃配置及添加位置
为防止水玻璃堵塞管道，通过计量槽与配置槽将水玻璃与水按1:9比例配置为10％的浓度，调节阀门控制稳定连续流入冷却塔喷淋液进塔口与喷淋液混匀进入冷却塔与气液相HF反应。
④补水位置及串酸方式
选择在冷却塔内补水，含水玻璃稀酸由冷却塔串入动力波，保证动力波液位，同时动力波喷淋液中也带入水玻璃可与气液相中HF反应。
⑤排污方式、排污量及稀酸酸浓
根据两条系统多次工业试验研究，水玻璃日添加量500Kg左右，通过脱气塔排出动力波稀酸至污水站，日排污量控制在100m3左右，动力波酸浓控制在2-4％，冷却塔酸浓小于1％。

Claims (9)

1.一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，采用一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟装置，所述除氟装置包括冷却塔(1)，所述冷却塔(1)内由下至上依次设置有洗涤液循环腔(2)、烟气进入腔(3)、填料(4)、喷淋装置(5)、捕沫装置(6)、冷却塔出口(7)，所述冷却塔出口(7)处设置有电除雾器(8)，所述烟气进入腔(3)一侧设置有烟气进入口(9)，所述洗涤液循环腔(2)远离烟气进入口(9)的一侧连接有泵(10)，所述泵(10)通过管道并行连接有动力波冷却塔(11)和酸冷器(12)，所述酸冷器(12)连接有喷淋管(13)，所述喷淋管(13)另一端连接所述喷淋装置(5)，所述冷却塔(1)位于填料(4)下方的侧壁上还设有补水口(15)，该除氟装置还包括水玻璃稀释槽(14)，所述通过管道与所述喷淋管(13)连通；采用该除氟装置进行除氟方法的方法具体按照以下步骤实施：
步骤1，给所述洗涤液循环腔(2)中加入喷淋酸；
步骤2，计算所述水玻璃稀释槽(14)中水玻璃的添加量，然后依据计算给水玻璃稀释槽(14)添加水玻璃；
步骤3，给整个装置通电，在泵(10)的作用下喷淋酸一部分经过动力波冷却塔(11)排污，一部分经过酸冷器(12)进行喷淋酸的冷却，然后在喷淋管(13)中与水玻璃稀释槽(14)中的流出的水玻璃进行汇合一起进入喷淋装置(5)进行向下喷淋，与此同时烟气经烟气进入口(9)到烟气进入腔(3)向上运动，在填料处烟气与喷淋酸及水玻璃的混合物充分接触反应，然后通过捕沫装置(6)降低酸雾及雾沫夹带后气体进入电除雾器(8)，同时，通过补水口(15)进行补水，补水进入洗涤液循环腔(2)，然后，补水与喷淋酸混合物在泵(10)的作用下抽吸，如此循环。
2.根据权利要求1所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述补水口(15)设置在烟气进入腔(3)的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述捕沫装置(6)为PPR或玻璃钢材质的捕沫板。
4.根据权利要求1所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述水玻璃稀释槽(14)位于所述电除雾器(8)上方。
5.根据权利要求4所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述捕沫板采用玻璃钢粘糊吊挂在冷却塔出口(7)处。
6.根据权利要求4或5所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述捕沫板包括板框(6-1)，所述板框内设置有多个并列的百叶(6-2)。
7.根据权利要求1所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述管道上设置有流量调节阀。
8.根据权利要求7所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，所述步骤2中计算所述水玻璃稀释槽(14)中水玻璃的添加量的方法具体为：
步骤2.1，通过对制酸系统净化入口，即电除雾器出口的气体含氟量测定，记录炉气中氟浓度的最大值CF，单位为mg/m3；
步骤2.2，测定系统炉气流量Q，单位为m3/h；
步骤2.3，根据步骤2.1和步骤2.2测定的炉气中氟浓度的最大值CF和系统炉气流量Q，计算每天进入制酸系统的氟含量，即每天进入制酸系统的氟含量＝Q×CF×24；
步骤2.4，根据步骤2.3计算的每天进入制酸系统的氟含量计算水玻璃每天的理论加入量，即：
其中：n为水玻璃的模数，取值为2.4；62+60n为水玻璃分子量，20为HF分子量；6×n为氟和水玻璃的摩尔比；
步骤2.5，根据步骤2.4计算的水玻璃每天的理论加入量计算水玻璃每天实际添加量，即：
水玻璃每天实际添加量＝(水玻璃每天的理论加入量÷0.27)×1.5。
9.根据权利要求7所述的一种高氟硫铁矿生产硫酸的除氟方法，其特征在于，步骤2中给水玻璃稀释槽(14)添加水玻璃后，根据添加量调节流量调节阀。
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