XDSS合金设备在浓硫酸脱色提质中的应用.pdf

4 工业、生产2023年第9期硫酸是十分重要的化工原料，根据硫酸生产原料的不同，可分为有色冶炼烟气制酸、硫磺制酸、磷石膏制酸等。冶炼烟气制酸烟气成分复杂，矿尘含量高，导致实际生产的浓硫酸品质不高。近年来国内一家有色设计院为国内某硫酸生产企业设计了一套200kt/a硫酸脱色装置，旨在利用H2O2的强氧化性对冶炼烟气制取的浓硫酸进行脱色提质处理，以获得高品质浓硫酸。整套装置设计温度110，设计压力1106Pa；其中与浓硫酸直接接触的设备、管道及阀门使用宣达自主研发的XDSS特种合金制造，耐浓硫酸腐蚀性能优良，现已投产使用效果良好。1 脱色提质原理纯净的浓硫酸是一种无色无味、黏稠的油状液体。据有关资料查证，硫酸色度差主要是由于有机化合物（碳氢化合物、焦油）在煅烧中的挥发，这些碳氢化合物通过气体净化系统时被收集在酸中，继而分解成碳粒致使酸呈茶色至黑色1。因此，工业浓硫酸呈茶色甚至黑色主要是里面含有有机物所致，根据化学常识可以利用氧化还原反应的方法进行脱色处理，常用的有过氧化氢法、过氧化钠法、臭氧法以及高锰酸钾法。经查阅文献得知，硫酸脱色与氧化剂的用量、时间有关系，还与温度有一定的关系。脱色时间越长，反应越彻底；温度越高，反应更快，效果更明显1。目前硫酸脱色大多选用双氧水溶液，反应原理：H2SO4+H2O2H20+H2SO5，反应生成的H2SO5具有很强的氧化性，可以去除浓硫酸中的杂质有机物。浓硫酸中夹杂的二氧化硫气体还可以继续和双氧水反应生产需要的硫酸产品，反应式SO2+H2O2H2SO4，从而达到脱色的效果。2 工艺流程浓硫酸脱色工序主要是（H2SO4）98%与脱色剂（H2O2）35%的充分反应，直接关系到浓硫酸脱色的效果。200kt/a硫酸脱色提质改造项目是在原有的硫酸生产系统上改建而来，属于主装置产酸后的脱色提质环节。工艺流程见图1。3 主要设备选型200kt/a浓硫酸脱色提质装置主要设备清单见表1。XDSS合金设备在浓硫酸脱色提质中的应用崔彦龙 王强 宣达实业集团有限公司 浙江 永嘉 325105 摘要：目前国内冶炼烟气制取的浓硫酸品质普遍不高，主要表现为浓硫酸杂质含量多、色泽差。以国内某硫酸生产企业200kt/a浓硫酸脱色提质改造项目为例，介绍了硫酸脱色提质的原理、工艺流程、各种关键设备的结构、材料选择等，重点详细阐述了宣达XDSS合金设备在浓硫酸脱色提质装置中的实际应用，为同行企业在类似装置中设备选材提供参考。关键词：浓硫酸 脱色 工艺流程 XDSS合金 应用A p p l i c a t i o n o f X D S S a l l o y e q u i p me n t i n d e c o l o r i z a t i o n a n d q u a l i t y i mp r o v e me n t o f c o n c e n t r a t e d s u l p h u r i c a c i dC u i Y a n l o n g，Wa n g Q i a n g Xuanda Industrial Group Co.，Ltd.，Yongjia 325105Abstract：At present，the quality of concentrated sulphuric acid made by flue gas smelting is generally not good in domestic.Taking a 200kt/a concentrated sulphuric acid decolorization and upgrading project as an example in domestic，introduced the principle，process procedure，structure of various key equipment，material selection，etc.of sulphuric acid decolorization and quality improvement.Focus on the details of the practical application of XUANDA XDSS alloy equipment in concentrated sulphuric acid decolorization and quality improvement，providing reference for equipment material selection in similar unit for peer companies.Keywords：concentrated sulphuric acid；decolorization；process procedure；XDS Salloy；application 5 2023年第9期工业、生产表1 主要设备清单项目规格型号及数量双氧水储槽4200，V=40m3，S31603，1台双氧水高位槽2200，V=8m3，S31603，1台脱色反应釜3058，V=64m3，碳钢+XDSS组合件，1台搅拌器80，N=11kW，XDSS合金，4台地下槽4000，V=26m3，碳钢+XDSS组合件，2台集液罐600，V=0.2m3，S31603，1台浓酸槽2000，V=6m3，碳钢+XDSS组合件，2台洗涤塔1200，XDSS合金，1台双氧水输送泵Q=14.4m3/h，H=25m3，S31603，2台地下槽泵Q=21m3/h，H=29m3，XDB，3台浓酸泵Q=21m3/h，H=29m3，XDB，1台酸冷却器A=17.32，XDSS，1台 表1中，V体积，N电机功率，Q流量，H扬程，A换热面积。4 XDSS 合金设备的应用装置工艺介质为（H2SO4）92%98.5%，（H2O2）35%溶液，工业水，以及含SO2混合空气。设计温度110，设计压力1.0Mpa。考虑到系统介质的腐蚀性，其中洗涤塔、搅拌器、地下槽泵和浓酸泵，耐酸阀门、管道、等关键设备均采用宣达XDSS合金制造，确保了系统设备运行的稳定性及使用寿命。4.1 XDSS 合金材料介绍XDSS合金是宣达集团自主研发的特种高硅奥氏体不锈钢材料，具有良好的力学性能、耐高温硫酸腐蚀性能以及优良的机械加工性能，是目前制造浓硫酸设备的优良材料之一2-3。耐高温浓硫酸XDSS合金材料性能数据见表2和表3。表2 耐高温浓硫酸XDSS合金力学性能数据 项目拉伸强度b/MPa屈服强度0.02/MPa伸长率，%硬度/HBWXDSS500.00250.0030217表3 耐高温浓硫酸XDSS合金腐蚀性能数据试验温度/试验时间/h（H2SO4）93%腐蚀率/（mma-1）（H2SO4）98%腐蚀率/（mma-1）601680.000830.00035802400.001050.00052100720.00450.002120730.008730.00228150740.0260.00252001000.6360.0634.2 洗涤塔洗涤塔为填料塔，是浓硫酸脱色提质中一个重要设备，作用是吸收二吸塔残余的SO3烟气，提高浓硫酸的浓度和产量，同时使烟气的排放更环保。该套装置使用的洗涤塔直径1200，总高约5.6m；介质为92.5%-98.5%浓硫酸及SO3烟气，最高使用温度115。塔内反应介质腐蚀性强，温度高，采用XDSS合金材料制造。洗涤塔采用两级进酸两级填料结构，保证了SO3的吸收率。塔体烟气进口设计与水平方向斜向上成30，有利于SO3烟气流动稳定性。塔内XDSS管式分酸器设计分酸点为42点/，分酸孔径通过流体伯努利方程理论计算结合软件流体模拟设计确定4，出酸量均匀稳定，不易堵孔。篦子板采用XDSS合金板材焊接制作，强度高，质量轻，安装方便。XDSS合金篦子板开孔率达到85%以上，布气均匀，可使有效填料高度减少1/3，塔内阻力大大降低，系统更节能。4.3 脱色反应釜脱色反应釜是硫酸脱色提质系统中的核心设备，它为浓硫酸脱色反应提供了场所和条件。该装置反应釜直径3300，长12m，卧式结构。采用XDSS整体合金制造价格昂贵，为了获得较低的全生命周期成本（LCC）从而产生极大的经济效益，图1 工艺流程 6 工业、生产2023年第9期反应釜采用碳钢贴衬XDSS板技术制造。目前防腐金属材料类型有整体合金（Solid metal）、贴衬板或贴壁纸（Wallpa-per）、轧制复合（oll-bonded）和爆炸复合（Explo-sion-bonded）5。XDSS合金具有优良的耐蚀性和焊接性能，反应釜采用贴衬板工艺进行防腐处理经济性最强。贴衬板制作工艺主要由固定焊和密封焊两部分组成。结构上反应釜内部分为4个互通的搅拌室，每个搅拌室由XDSS钢板隔开，上部气体互通。反应釜上部设有搅拌口、人孔口以及混酸器安装口，底部设有排污口。4.4 搅拌器搅拌器是脱色反应过程必不可少的重要设备。脱色反应过程往浓硫酸中注入H2O2是一个放热反应，通过搅拌一方面可以及时散热维持稳定的反应温度；另一方面通过搅拌还可以使介质充分混合，提高脱色反应效率。搅拌器电机功率11kW，输出转速为107r/min。搅拌器选用宣达XDB特种合金制造，耐腐蚀和耐磨损性优良。结构设计为双层三斜叶开启涡轮式，桨叶设置为上下2层互成60夹角，可使粘度较高的浓硫酸匀速向下翻动混合均匀，避免搅拌死角。叶片呈45倾角设计，便于轴向和径向分流，提高排出性能。4.5 混酸器混酸器是脱色反应工段上一个重要结构组件，关系到整个脱色反应介质浓度平衡。混酸器安装在脱色反应釜顶部，用来混合浓硫酸、双氧水及工业水，并将三者注入脱色反应釜。此3种介质的混合是一个工况变化非常复杂的过程，释放大量热量的同时会产生酸雾，酸水接触部位的酸浓会瞬间降低变成稀酸，所以要求混酸器既要耐高温又要耐腐蚀。针对这种极端恶劣的工况，XDSS合金彻底解决了选材难题。4.6 浓酸泵该套装置液下浓酸泵流量为21m3/h，扬程为29m。泵轴采用自主研发的高强度、高耐蚀性的镍-铬-钼-铜合金球铁XDB-3，不包四氟可直接使用。叶轮采用自主研发的高铬并用钼铜氮合金化的第二代双相不锈钢XDB-1，具有优良的耐腐蚀、磨蚀性能，可在高温、含固量高，腐蚀-磨蚀十分苛刻的工况下使用。浓酸泵液下深度为3.2m，取消了吸入管，大大地提高了泵的抗气蚀能力，泵的关键零部件全部采用铝模精铸，采用新型水利模型设计，泵的效率由原来的80%提高到88%，同时大大节省了配套电机的功率，使用性能可与美国品牌相媲美。5 结束语我国有色行业制酸已成体系，冶炼烟气制酸在今后若干年将依然占有相当大的份额。随着经济的发展及工业多元化，对硫酸的品质要求不断提高。此套200kt/a浓硫酸脱色提质改造装置成功投运不仅验证了脱色提质工艺的可行性，也体现了宣达XDSS合金设备在脱色提质装置中优良的耐独性，为装置的稳定运行奠定了良好的基础。参考文献1 韩继明.硫酸生产中提高产品硫酸质量的方法与途径研究 J.硫磷设计与粉体工程，2019（5）：28-32.2 严与辉，张智博，崔彦龙，等.XDS 新型防涡流装置在硫酸装置中的应用及设计特点 J.硫酸工业，2017（5）：53-56.3 刘焕安，叶际宣.高温浓硫酸用 XDS 不锈钢板材的研究 J.硫酸工业，2004（1）：21-27.4 严与辉，张智博，崔彦龙，等.XDS 新型带稳流装置管槽式分酸器的应用 J.硫酸工业，2019（2）：24-28.5 欧阳明辉，刘焕安，叶际宣.燃煤电厂烟气脱硫湿烟囱特种不锈钢防腐内衬 J.华电技术，2014（5）：66-70.作者简介崔彦龙，男，宣达实业集团有限公司工程师，现从事化工非标设备设计及硫酸生产特种设备的研发和管理工作。