高溫濃硫酸稀釋器的製作方法

2023-04-29 11:14:31 1

專利名稱：高溫濃硫酸稀釋器的製作方法
技術領域：
本實用新型為硫酸生產中對低溫位的吸收熱回收中一種裝置，特別是公開在該段中高溫濃硫酸稀釋器。
二背景技術：
硫酸行業發展至今，其生產工藝、生產技術已達成熟和完善。隨著全球能源日趨緊張的形勢，充分利用生產過程中的餘熱，是工業化生產中的重要部分。而硫酸生產過程中從單質硫被氧化成SO2，再氧化為SO3，然後被水吸收成為硫酸，這三步主要反應均是放熱反應。根據反應後的溫度分別劃為高溫位、中溫位和低溫位餘熱。目前國外利用回收技術把這三部分的餘熱回收已達到工業化程度，使餘熱回收率達到95％以上。而國內目前對高中溫餘熱回收在技術、材料和設備上均達工業化程度，技術水平和國際同行接近，回收率約為總餘熱的60～70％，但對低溫位的吸收熱的回收，國內目前尚是空白，國內硫酸行業對這部分餘熱回收的理論和機理均有認識，關鍵問題是材料和設備尚跟不上回收工藝技術的要求。
早在上世紀的八十年代，美國孟山都環境化學公司就已開發成功硫酸生產中的低溫位餘熱回收技術，稱其為HRS熱量回收系統，並獲得這項技術的專利權。在這個系統中也有一臺高溫濃硫酸的稀釋器，其結構為「」形，下面二端分別進酸和進水。然後混合後進入垂直部分，進一步混合併吸收水，使酸濃得到稀釋。眾所周知，少量的水和濃硫酸接觸，水會迅速發熱、汽化而產生爆炸現象，受到設備結構的限制，已至在用美國孟山都環境化學公司的高溫濃硫酸稀釋器，在加入水的時候，會產生很大的振動和噪音，由於加入的水分散性不好，液滴大，汽化後不能很快和濃酸混合被吸收，而需要有一定的時間才能達到稀釋酸的均勻相，從而造成設備較大，同時為防止設備因振動、搖晃而造成設備的疲勞損壞，儘管採用很多外加的固定架和支撐來穩固稀釋器，但只能治表不能治根，成為生產經營者必須隨時關心的重點。
三
發明內容
本發明主要是針對濃硫酸稀釋裝置的結構和材料方面作了合理的設計，以達到最小程度的設備振動，並在極短的時間內達到最大程度的水酸混合。眾所周知，在向濃硫酸中加入水的情況下，特別是向溫度高達攝氏200℃的濃硫酸中加水，水會迅速受熱汽化，體積瞬間膨脹1500多倍，產生爆炸現象(可以產生比向滾油鍋裡加入水滴而產生爆濺現象更加激烈的情況)，同時在激烈汽化過程中，水被濃硫酸吸收，吸收水後的濃硫酸的濃度下降，這樣造成局部區域酸的濃度不均勻，為解決向200℃的濃硫酸中加水得到均相的稀硫酸，同時要避免其激烈的反應，被加入的水能否瞬間被粉碎成微滴是關鍵的第一步。水的液滴越小，與濃酸接觸時其反應能量越小，從而造成設備振動也越小；液滴越小，和濃酸接觸面越大，越迅速被酸吸收。第二步是吸收了水的稀酸和尚未吸收過水的濃酸一定要混合得好，並且要求在很短的時間內完成，這是因為稀酸和濃酸對材料的腐蝕機理和性質是完全不同的，混合不好，對設備選材會帶來很大的困難。本發明是這樣實現的一種應用於硫酸生產中對低溫位的吸收熱回收系統的高溫濃硫酸稀釋器，包括進酸結構和加水結構，其特徵在於所述進酸結構為一個與高溫硫酸直接接觸的是文氏管內件，文氏管內件的外徑為圓直筒形。內徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上設有進水小孔，高溫硫酸從文氏管內徑經過。本發明採用文氏管形式來達到粉碎水滴和使非均勻的酸混合變成均相酸的方法來達到減輕減小濃酸稀釋時的激烈反應。同時在文氏管的結構和造材上也具有獨特的設計構思和合理應用高新材料，發明內容有以下幾點(1)高溫濃硫酸稀釋器採用文氏管形式，充分利用文氏管在粉碎、吸收和混合方面的特點。
(2)用於文氏管的材料必須要經得住在200℃高溫的條件下，加水時產生的激烈反應及耐各種濃度硫酸腐蝕。採用高等級Al2O3特種陶瓷，利用其耐溫、耐腐蝕及強度高的特點來滿足上述的特殊工況條件。
(3)在加水結構上採用獨特的設計方法，在文氏管喉管段外側用聚四氟乙稀環形凹槽和喉管共同形成環形水腔，同時採用聚四氟乙稀密封環和填料來密封加水環形槽。
(4)高溫濃硫酸稀釋器的外殼採用特殊合金鋼和聚四氟乙稀內襯，來保證整個稀釋器的強度和防止洩露。
本實用新型的有益效果是中國是世界產酸大國，硫酸產量目前是世界第一。硫酸生產有大量熱能產生，硫酸工業的先進性不僅體現在工藝技術上，餘熱回收率是體現其先進性的另一面。當前國際上硫酸生產過程中的餘熱回收率可以做到95％以上，而國內目前在硫酸生產的技術面上和國外基本同步，但在餘熱回收技術面上只能維持在65％左右，也就是說每生產一噸硫酸，少回收1Mpa壓力的蒸汽0.4噸。以一個30萬噸/年規模的生產裝置計，每年就有12萬噸1Mpa壓力的蒸汽可回收。以每噸蒸汽100元計，每年可產生經濟效益是1200萬元。
本稀釋器是硫酸工業生產中低溫回收的一個關鍵設備，它能控制和調節整個系統硫酸的濃度，否則整個生產工藝系統就不能正常運轉，在生產工藝系統中有自動化的儀表控制，監視硫酸的濃度，當硫酸濃度上升時，相應的會有濃度信號產生，由DCS系統發出加水稀釋濃硫酸指令。本設備就是在接受到加水信號後，打開或調節進水閥，使水進入到高溫濃硫酸中，達到稀釋濃硫酸，使其維持在一個工藝需要的硫酸濃度的指標範圍內。
四

圖為本實用新型結構圖。
圖中1、文氏管內件；2、環型凹槽；3、密封環；4、外管；5、防腐內襯；6、填充料。
五具體實施方式
向溫度高達攝氏200℃的濃硫酸中加入水來稀釋濃硫酸的這個過程是一個激烈反應的過程，其中還有一個酸濃不穩定的過程。普通的金屬和非金屬耐腐材料是絕對經不住攝氏200℃的濃硫酸的腐蝕的，而酸濃不穩定使高溫硫酸腐蝕機理變得更為複雜。國內尚未有這類設備成功用於工業化裝置中的報導。本發明就是根據這樣的特殊工況條件，採用有針對性的多層材料和獨特的結構設計成的專門用於高溫高濃度硫酸的硫酸稀釋器。
其工作原理是高溫濃硫酸以一定的速度進入到本稀釋器的收縮段，在這裡，硫酸的流速被快速提高十幾倍，流體內的動能也急速聚斂，當到達喉管處時，其流速和動能達到最高值，同時快速的流體與管壁形成負壓。按工藝要求加入的稀釋水從進水口進來先到環腔中，在水的原有壓力和局部負壓的雙重作用下，順利通過喉管壁上的小孔進入到具有高動能、高速流動的濃硫酸中。由於水和酸的體積比僅為1％左右，且兩種液體流動方向正好是垂直相交，通過小孔的水會被高速流動的酸切割和粉碎，分散成直徑很微小的水滴，微顆粒的水和硫酸接觸，瞬間汽化，同時被吸收，因水量少，產生的爆炸力度也會減弱，從而根除造成設備在稀釋時的巨大振動，同樣因水量少，汽化、吸收的時間會變得更為迅速。經過喉管段後，隨即進入到擴散段，在這裡，酸的流速會由快到慢，流體所攜帶的動能也由大到小，這也是一個能量釋放過程。多餘的動能會使酸的流動變成相當激烈的渦流狀態。在這種渦流狀態下，酸濃不等的非均相會被很好的混合，當高溫濃酸和水進入和通過本稀釋器後，也就完成了整個高溫濃硫酸稀釋的工藝過程。
為保證上述過程的實現，本稀釋器有下面的幾點具體的實施方法①、與高溫硫酸直接接觸的文氏管內件1，其外面為圓直筒形，內徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上開有進水小孔。使通過的高溫硫酸的流速有一個由慢提速到快，再減速到慢的過程。同時也使流體所攜帶的能量有一個聚斂和釋放的過程。本發明的要點就是利用酸的變速和能量變化，使加入的水被高溫濃酸切割、粉碎、吸收和非均相濃度的酸充分混合得到所要求的產品酸。文氏管內件的材料選用高等級的Al2O3特種陶瓷。材料在耐溫、耐酸及強度方面是能滿足稀釋器的特殊工況要求的。但目前受加工工藝的限制，只能做成簡單的幾何形狀。
②、因在喉管壁徑向環線上開有多個進水小孔，而總進水管只有一個，為使水從外經總管再通過小孔進入到高速流動的高溫濃硫酸中，本設計採用一個特殊的加水結構在加水管段內設計一個環形凹槽2，並和外鋼殼4設計為一體。環形凹槽和喉管外壁共同形成環形水腔。環形凹槽由聚四氟乙烯製成，為防止滲漏，設計有多道密封環3，密封環的材料採用聚四氟乙烯，膨脹空隙用耐溫耐腐蝕材料稱為填充料6填充。
③、金屬外管4需要加防腐內襯5形成防腐層，外管材料採用特殊合金鋼製成，內襯材料採用聚四氟乙烯。
④、整臺稀釋器有一個支架，稀釋器和支架之間有橡膠防震墊，便於防震和整體安裝。
權利要求1.一種應用於硫酸生產中對低溫位的吸收熱回收系統的高溫濃硫酸稀釋器，包括進酸結構和加水結構，其特徵在於所述進酸結構為一個與高溫硫酸直接接觸的是文氏管內件，文氏管內件的外徑為圓直筒形，內徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上設有進水小孔，高溫硫酸從文氏管內徑經過。
2.根據權利要求1所述的高溫濃硫酸稀釋器，其特徵在於所述文氏管內件圓直筒形外圍設有內襯防腐層的金屬外管，文氏管內件與金屬外管間空隙設置密封環，密封環間隔內填充耐溫耐腐蝕材料。
3.根據權利要求1或2所述的高溫濃硫酸稀釋器，其特徵在於所述的文氏管內件喉管段壁上的進水小孔開有多個，分布在文氏管壁徑向環線上，總進水管只有一個，總進水管從金屬外管進入設有特殊的進水結構，即在金屬外管與文氏管內件間空隙內有一個環形凹槽，環形凹槽和喉管外壁共同形成環形水腔。
4.根據權利要求3所述的高溫濃硫酸稀釋器，其特徵在於所述的環形凹槽材料採用聚四氟乙稀，文氏管內件材料採用Al2O3特種陶瓷，金屬外管採用不鏽鋼，防腐層內襯材料採用聚四氟乙稀。
專利摘要本實用新型為應用在硫酸生產中對低溫位的吸收熱回收系統的高溫濃硫酸稀釋器，包括進酸結構和加水結構，其特徵在於所述進酸結構為一個與高溫硫酸直接接觸的是文氏管內件，文氏管內件的外徑為圓直筒形。內徑由三部分組成，分別為收縮段、喉管段和擴散段，喉管段壁上設有進水小孔，高溫硫酸從文氏管內徑經過。本實用新型是硫酸工業生產中低溫回收的一個關鍵設備，以一個30萬噸/年規模的生產裝置計算，每年就有12萬噸1Mpa壓力的蒸汽可回收。以每噸蒸汽100元計，每年可產生經濟效益1200萬元，推廣應用是符合我國能源發展的方向。
文檔編號C01B17/00GK2804059SQ20052004301
公開日2006年8月9日 申請日期2005年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者洪玉麟, 崔華, 林震 申請人:上海奧格利環保工程有限公司