CN109078351B - 一种脱氟氯塔以及采用该塔脱除硫酸中氟氯的工艺及装置 - Google Patents

一种脱氟氯塔以及采用该塔脱除硫酸中氟氯的工艺及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脱氟氯塔以及采用该塔脱除硫酸中氟氯的工艺及装置，所述脱氟氯塔包括塔壁所述脱氟氯塔的塔壁包括内侧的氟塑料层和外侧的钢基材层，氟塑料层与钢基材层之间设有空气夹层，空气夹层与氟塑料层之间设有金属孔板，氟塑料层与金属孔板粘接；采用上述脱氟氯塔，塔内和空气夹层内均抽真空，空气夹层内的真空度超过塔内真空度；在塔内，含氟或氯硫酸与低压饱和蒸汽接触受热和遇水蒸发，使得氟或氯从硫酸中分离，氟、氯随蒸汽出塔以达到净化目的。本发明采用低压饱和蒸汽直接加热汽提，充分利用了蒸汽的热量和硫酸的稀释热，在真空条件下，降低里汽提塔顶蒸汽温度，运行成本低；脱氟、氯效率高，为硫酸的资源化再利用创造了条件。

Description

一种脱氟氯塔以及采用该塔脱除硫酸中氟氯的工艺及装置
技术领域
本发明属于硫酸净化技术领域，具体地说是涉及一种脱氟氯塔以及采用该塔脱除硫酸中氟氯的工艺及装置。
背景技术
硫酸在化工行业应用广泛，在许多生产过程中，硫酸的利用率很低，大量的硫酸随含酸废水排放，对生态环境造成了危害。硫酸若不加以回收利用，造成资源浪费。近年来，我国对废酸的处理要求严格，相关政策标准的不断出台和完善为危废行业发展铺平了道路，指明了方向，推动了我国危废行业快速发展。
氟和氯以氢氟酸和盐酸的形式存在于硫酸中，其存在严重影响了硫酸的循环利用。目前工业中常用的脱除氟化氢的方法有石灰中和法、加入沉淀剂、电化学法以及蒸汽或空气吹脱法等。《污水综合排放标准》要求氟化物要低于20ppm，一级和二级标准要求低于10ppm，上述工艺均不能达到此要求。
中国专利CN205347085U公开了“一种从污酸中同步回收硫酸与氟氯的装置”，通过电渗析与降膜蒸发、降膜吸收配套使用的方法实现氟氯与硫酸分离，并且得到浓缩酸，该方法对硫酸中的氟氯去除率最高达95.6％和94.7％，该工艺复杂，并且不能完全去除氟氯。中国专利CN105502307A，公开了一种“污酸浓缩脱氟氯的方法及专用装置”，通过多效蒸发方式浓缩，得到浓度为25～40％的污酸，再采用蒸汽通过再沸器+脱氟氯塔除去氟化氢和氯化氢，脱除率在95％以上，该工艺对污酸有浓度限制，也不能完全去除氟氯。中国专利CN106186135A公开了一种“含氯废硫酸脱氯装置”，采用压缩空气通过填料分离塔和分离釜除去酸中游离氯，但该体系中氯以氯气形式存在于硫酸中，并不适用以氯化氢形式存在的硫酸体系。
从硫酸分离出氟化氢和氯化氢，关键是创造出氟化氢和氯化氢在硫酸中低溶解度的环境(相平衡条件)，影响氟化氢和氯化氢在硫酸中溶解度环境条件的主要是压力、温度，压力越低溶解度越低，温度越高溶解度越低。塔器是一种强化传质的设备，在脱硫酸中，当需要的分离效率达到99％以上时，如果不创造出塔内合适的相平衡条件，那么满足分离效率的塔的实际板数会超出工程实际可以实现数量，或者根本满足分离效率的要求。所以高真空叠加高温(相对的)的分离环境条件是工程上较理想的条件，但是现有的脱氟氯塔较为理想的结构一般是氟塑料衬里塔壁结构，但该结构在高温(≥120℃)和真空条件叠加条件下工作是不可靠的，在此条件下衬里氟塑料层与基材层(钢)界面受温差应力和真空应力叠加作用，超出氟塑材料本体抗拉强度，这样会导致衬层脱粘失效，导致衬层泄露整体结构失效。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种脱氟氯塔以及采用该脱氟氯塔脱除硫酸中氟氯的工艺及装置。
一种脱氟氯塔，包括塔壁所述脱氟氯塔的塔壁包括内侧的氟塑料层和外侧的钢基材层，所述氟塑料层与钢基材层之间设有空气夹层，所述空气夹层与氟塑料层之间设有金属孔板，氟塑料层与金属孔板粘接。
作为优选，所述氟塑料为PFA塑料或PTFE塑料，所述金属孔板为多孔钢板。
一种脱除硫酸中氟氯的工艺，采用上述脱氟氯塔，塔内和空气夹层内均抽真空，空气夹层内的真空度超过塔内真空度；在塔内，含氟或氯硫酸与低压饱和蒸汽接触受热和遇水蒸发，使得氟或氯从硫酸中分离，氟、氯随蒸汽出塔以达到净化目的，塔底得到含氟、氯小于1ppm的净化硫酸，氟氯脱除率高达99.99％以上。
作为优选，用于汽提的低压饱和蒸汽压力为0.1～0.6MPa(G)，塔内操作压力为5～30KPa(A)，塔内操作温度为70～150℃。
作为优选，所述氟塑料为PFA塑料或PTFE塑料，所述金属孔板为多孔钢板。
一种脱除硫酸中氟氯的装置，所述装置包括上述脱氟氯塔，所述脱氟氯塔下部与蒸汽供应装置相连通，脱氟氯塔上部与原料槽相连通，所述脱氟氯塔顶部与冷凝器顶部相连通，冷凝器底部与中间槽顶部相连通，中间槽底部通过出料泵与回收装置相连通；所述脱氟氯塔底部与脱氟氯硫酸储槽相连通。
作为优选，所述脱氟氯塔上部与真空机组相连通。采用真空条件下，蒸汽直接汽提，脱氟(氯化氢)效率高。
作为优选，所述脱氟氯塔内由下而上顺次设有第一填料层和第二填料层，所述第二填料层上方设有分布器，所述分布器与原料槽相连通。
作为优选，所述第一填料层、第二填料层采用的填料为孔板波纹规整填料。
作为优选，所述脱氟氯塔与蒸汽供应装置之间设有蒸汽阀门。
本发明在原基材层与氟塑料层中间设计一个空气夹层，该空气夹层是由一层金属孔板和氟塑料粘合后与原基材层组合而成的，工作时把该夹层内空气抽除达到超过塔内真空度，由于现在衬里氟塑料是与金属孔板粘合的，夹层内的真空度又大于塔内真空度，所以能达到平衡塔内真空对衬里层的作用力，这样衬里层几乎只受到温差应力的作用，而不会受到真空条件叠加作用，保证了该塔在真空、高温条件的工作可靠性。
本发明的有益效果在于：
1、脱氟氯塔采用具有夹层的双层塔壁结构，有效平衡了塔内真空对衬里层的作用力，保证了该塔在真空、高温条件的工作可靠性；
2、采用真空条件下，蒸汽直接汽提，脱氟、氯效率高，可达99.99％以上，硫酸中含氟、氯可降至1ppm以下，为硫酸的资源化再利用创造了条件；；
3、采用低压饱和蒸汽直接加热汽提，充分利用了蒸汽的热量和硫酸的稀释热，在真空条件下，降低塔顶蒸汽温度，运行成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明脱氟氯塔的塔壁结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
实施例1
参照图1，图2，一种脱除硫酸中氟氯的装置，所述装置包括脱氟氯塔1、冷凝器2和中间槽3，所述脱氟氯塔1下部与蒸汽供应装置4相连通，所述脱氟氯塔与蒸汽供应装置之间设有蒸汽阀门16；脱氟氯塔1上部与原料槽5相连通，所述脱氟氯塔1顶部与冷凝器2顶部相连通，脱氟氯塔1底部与脱氟氯硫酸储槽6相连通；所述冷凝器2底部与中间槽3顶部相连通，所述中间槽3底部通过出料泵7与回收装置8相连通。
所述脱氟氯塔1的塔壁包括内侧的氟塑料层9和外侧的钢基材层10，所述氟塑料层9与钢基材层10之间设有空气夹层11，所述空气夹层11与氟塑料层9之间设有金属孔板12，氟塑料层9与金属孔板12粘接。所述金属孔板为多孔钢板，所述氟塑料为PFA塑料。
所述脱氟氯塔上部与真空机组17相连通，采用真空条件下，蒸汽直接汽提，脱氟(氯化氢)效率高。
所述脱氟氯塔内由下而上顺次设有第一填料层13和第二填料层14，所述第二填料层上方设有分布器15，所述分布器15与原料槽5相连通。所述第一填料层、第二填料层采用的填料为孔板波纹规整填料。
原料硫酸浓度为60wt％～98wt％，氟含量2％以下
上述装置用于脱除硫酸中氟氯的工艺，具体为：首先将脱氟氯塔内和空气夹层内均抽真空，空气夹层内的真空度超过脱氟氯塔内真空度；开启蒸汽阀门16，待脱氟氯塔1暖塔后含氟或氯硫酸计量进塔，在塔内，含氟或氯硫酸与蒸汽接触受热和遇水蒸发，使得氟或氯从硫酸中分离，上层填料经回流液冷能下进行常温洗涤，氟、氯随蒸汽出塔以达到净化目的，塔底得到含氟、氯小于1ppm的净化硫酸，氟氯脱除率高达99.99％以上。
其中，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.1～0.6MPa(G)，塔内操作压力为5～30KPa(A)，塔内操作温度为70～150℃。
在原基材层与氟塑料层中间设计一个空气夹层，该空气夹层是由一层金属孔板和氟塑料粘合后与原基材层组合而成的，工作时把该夹层内空气抽除达到超过塔内真空度，由于现在衬里氟塑料是与金属孔板粘合的，夹层内的真空度又大于塔内真空度，所以能达到平衡塔内真空对衬里层的作用力，这样衬里层几乎只受到温差应力的作用，而不会受到真空条件叠加作用，保证了该塔在真空、高温条件的工作可靠性。
实施例2
某样品为75wt％硫酸，含2％HF，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.3MPa(G)，塔内压力为8KPa(A)，塔顶温度84℃，塔底温度122℃，塔顶出HF和水，塔底HF含量为痕量。
实施例3
某样品为90wt％硫酸，含2％HF，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.5MPa(G)，塔内压力为15KPa(A)，塔顶温度90℃，塔底温度150℃，塔顶出HF和水，塔底HF含量为痕量。
实施例4
某样品为80wt％硫酸，含1.5％HF，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.6MPa(G)，塔内压力为20KPa(A)，塔顶温度86℃，塔底温度133℃，塔顶出HF和水，塔底HF含量为痕量。
实施例5
某样品为70wt％硫酸，含1％HF，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.2MPa(G)，塔内压力为6KPa(A)，塔顶温度80℃，塔底温度120℃，塔顶出HF和水，塔底HF含量为痕量。
实施例6
某样品为75wt％硫酸，含2％HCl，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.4MPa(G)，塔内压力为10KPa(A)，塔顶温度80℃，塔底温度125℃，塔顶出HCl和水，塔底HCl含量为痕量。
实施例7
某样品为85wt％硫酸，含1.5％HCl，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.5MPa(G)，塔内压力为12KPa(A)，塔顶温度75℃，塔底温度120℃，塔顶出HCl和水，塔底HCl含量为痕量。
实施例8
某样品为80wt％硫酸，含2％HCl，采用实施例1所述装置，通入蒸汽进行吹脱，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.2MPa(G)，塔内压力为7KPa(A)，塔顶温度80℃，塔底温度120℃，塔顶出HCl和水，塔底HCl含量为痕量。

Claims (7)

1.一种脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：首先将脱氟氯塔内和空气夹层内均抽真空，空气夹层内的真空度超过脱氟氯塔内真空度；开启蒸汽阀门，待脱氟氯塔暖塔后含氟或氯硫酸计量进塔，在塔内，含氟或氯硫酸与蒸汽接触受热和遇水蒸发，使得氟或氯从硫酸中分离，上层填料经回流液冷能下进行常温洗涤，氟、氯随蒸汽出塔以达到净化目的，塔底得到含氟、氯小于1ppm的净化硫酸，氟氯脱除率高达99.99％以上；
其中，用于汽提的饱和蒸汽压力为0.1～0.6MPa(G)，塔内操作压力为5～30KPa(A)，塔内操作温度为70～150℃；
所述脱氟氯塔的塔壁包括内侧的氟塑料层和外侧的钢基材层，所述氟塑料层与钢基材层之间设有空气夹层，所述空气夹层与氟塑料层之间设有金属孔板，氟塑料层与金属孔板粘接。
2.根据权利要求1所述脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：所述氟塑料为PFA塑料或PTFE塑料，所述金属孔板为多孔钢板。
3.根据权利要求1所述脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：所述脱氟氯塔下部与蒸汽供应装置相连通，脱氟氯塔上部与原料槽相连通，所述脱氟氯塔顶部与冷凝器顶部相连通，冷凝器底部与中间槽顶部相连通，中间槽底部通过出料泵与回收装置相连通；所述脱氟氯塔底部与脱氟氯硫酸储槽相连通。
4.根据权利要求3所述脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：所述脱氟氯塔上部与真空机组相连通。
5.根据权利要求3所述脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：所述脱氟氯塔内由下而上顺次设有第一填料层和第二填料层，所述第二填料层上方设有分布器，所述分布器与原料槽相连通。
6.根据权利要求5所述脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：所述第一填料层、第二填料层采用的填料为孔板波纹规整填料。
7.根据权利要求3所述脱除硫酸中氟氯的工艺，其特征在于：所述脱氟氯塔与蒸汽供应装置之间设有蒸汽阀门。
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