硫酸裝置
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-23
硫酸裝置的實例教程
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 中韓石化、乙烯工業
作 者 | 陳亞寬
關鍵詞 | 硫酸裝置 關鍵設備 腐蝕控制
共 2054 字 | 建議閱讀時間 9 分鐘
導 讀
硫酸裝置液硫焚燒單元的關鍵設備為焚硫爐和廢熱鍋爐。從儲存單元來的液硫通過硫黃q霧化送入焚硫爐內燃燒，焚硫爐內溫度1000℃左右，SO2質量分數約9.5%的爐氣進入廢熱鍋爐進行冷卻會造成廢熱鍋爐低溫部位腐蝕。腐蝕會影響硫酸裝置安全運行，因此進行腐蝕風險的預測和防控就顯得尤為重要。
腐蝕分析
某廠硫酸裝置液硫焚燒單元的焚硫爐材質為Q235A，內襯一層保溫磚和二層耐火磚，爐氣進入廢熱鍋爐的管道材質為16MnR+耐火磚，廢熱鍋爐管束材質為20g。液硫﹑有機物和硫化氫等在焚燒過程產生多種產物，包括S，COS，CS2，SO2，NO，NO2，CO2和SO3等，這些燃燒產物以氣相形式存在，接觸這些產物的設備及管線存在潛在的腐蝕隱患。
液硫燃燒的主要原則工藝流程見圖1。
焚硫爐及爐氣進入廢熱鍋爐的管道及跨線內壁襯里，在高溫下會出現劣質化(開裂、脫落等)，導致爐壁局部超溫，在停工期間產生露點腐蝕。另外進料管嘴存在沖刷腐蝕和高溫蠕變而產生裂紋，其失效形式以耐火材料損壞為主，耐火襯里損壞易導致鋼材的高溫硫化和高溫蠕變，在低溫時產生露點腐蝕。
廢熱鍋爐管束材質為碳鋼，入口側管板表面有耐火澆注料，換熱管有陶瓷套管，長約100mm。在裝置正常運行時腐蝕輕微，在超溫下運行，陶瓷套管可能會破裂，導致管板和換熱管發生熱應力開裂。
展開 天華院早在80年代就開始研究硫酸生產中熱濃硫酸的陽極保護特性。依托陽極保護技術，先后研制出結構龐大、復雜的碳化塔陽極保護、介質苛刻的高溫三氧化硫發生器陽極保護以及氨水罐群循環極化法陽極保護、陽極保護管殼式不銹鋼濃硫酸換熱器，并實現產業化。
在隨后的科技成果轉化過程中，又拓展開發了陽極保護酸分布裝置、陽極保護酸管道、陽極保護循環酸槽、陽極保護蒸發器，覆蓋了硫酸生產干吸工段所有設備，大大提升了硫酸裝置水平。與此同時，還配套了包括“互聯網+”在內的陽極保護遠程監控及設備檢驗、檢測技術，實現了陽極保護的智能化、信息化。目前，有萬余臺“天華造”陽極保護設備運行在全國各地企業的千余套硫酸裝置中。
天華院研制的陽極保護冷卻器在應用現場
耐腐蝕材料及防腐蝕工程技術
如果說陽極保護技術是為金屬打造鋼鐵保護膜，那樹脂類耐腐蝕材料就是為各種設備和結構穿上防腐的“輕衣”。
在耐腐蝕材料及防腐蝕工程領域，天華院擁有乙烯基樹脂整體電解槽的生產和零收縮乙烯基樹脂砂漿地坪防腐工程的施工技術。其擁有自主知識產權的乙烯基樹脂整體電解槽科技成果“鎳金屬濕法冶煉用乙烯基樹脂混凝土整體電解槽”獲2015年甘肅省科技進步三等獎。同時，天華院還編制了行業標準HG/T 4725-2014《整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽》。
展開 CDAlky工藝已經投產的部分裝置包括山東神馳化工集團有限公司20萬噸/年、寧波海越新材料有限公司60萬噸/年、廣西欽州天恒石化有限公司20萬噸/年、云天化股份有限公司24萬噸/年。
03
立式填料塔反應器
該裝置主體是立式填料塔反應器，填料之間有自混合裝置，物料在反應器內自上而下流動。
液相C4烷烴和濃硫酸在裝置外利用攪拌裝置充分乳化，經原料泵自塔頂液相進料管進入裝置，進料溫度為2~10℃。氣相C4烷烯烴自塔頂進入裝置，和液相混合后一起向下流動，經過填料段時液相酸烴與氣態烷烯烴反應同時酸烴分層。采用噴頭式進料管在填料段之間加入新鮮C4烷烯烴液體，氣液相經過自混合裝置再次充分混合后，進入下一級填料繼續反應。反應過程中保持塔內溫度2~18℃。塔頂進入的原料氣與反應過程受熱而蒸發的氣相烷烯烴自塔底流出，反應后的烷基化油和濃硫酸自塔底流出。該裝置利用液相C4烷烯烴在反應過程中的自蒸發帶走反應熱量，使反應處于適宜的溫度，節約投資。但是該反應器由于酸烴在填料中易分相從而影響酸烴乳化，所以工業應用受到一定限制。
噴射混合反應器
噴射混合裝置包括水霧噴嘴、分布器（噴灑器的鼓泡裝置）、文丘里管式混合器等，代替機械攪拌實現兩相流體的快速混合，適合于碳四烷基化的反應過程。
01
RHT噴射反應器
RHT公司設計的噴射反應器是一個立式容器，如下圖。
該反應器主要是用噴射裝置替代了機械混合裝置，并且采用了聚結分離器進行氣體除液和酸烴分離。
展開 該項目發揮了山東綠知源公司自主研發的LZH高效脫硫廢液及硫泡沫資源化綜合利用制酸技術特點，將硫泡沫經高效分離機分離，分離后的固體硫膏直接送入焚燒爐燃燒；分離后的液體經過蒸發濃縮直接噴入焚燒爐燃燒分解；產生二氧化硫氣體送入后續硫酸系統，生產的硫酸用于焦化硫酸銨裝置，徹底達到了硫資源的綜合利用效果。
該技術突出特點是流程短、高效能、低排放，物料無需干燥處理；硫膏和廢液分開進料，既能調節硫與廢液的配比，又能調控風量、溫度；分區燃燒，利于爐內熱量體系穩定，正常生產無需煤氣；抑制氮氧化物生成，多次布風，提高燃燒效率；多級除塵，減緩余熱鍋爐的沖刷；無稀酸外排，環保措施到位，避免二次污染，實現超低排放。
該項目克服了系統改造土地資源緊張、裝置分散、輸送距離長等客觀因素，完全利用現有裝置的廠房、設備、材料，因地制宜、就地取材，充分展現山東綠知源公司脫硫廢液及硫泡沫資源化綜合利用制酸技術中占地少、投資省、能耗低的優勢，是一個既環保又經濟的治理項目。
山東綠知源環保工程有限公司
2020年12月31日
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展開 硫酸工業
1740年英國醫生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠；
1746年英國J.羅巴克建立了鉛室反應器，生產過程中由硝石產生的氧化氮實際上是一種氣態的催化劑，這是利用催化技術從事工業規模生產的開端。
標志性事件1：1806年，法國科學家C. B. Dersomers和N. Clement闡明了在氧化氮作用下，SO2轉化成SO3的機理
標志性事件2：1875年德國人E.雅各布建立了第一座生產發煙硫酸的接觸法裝置，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業催化劑的先驅。
標志性事件3：1888年德國BASF公司的化學家Rudolf Knietsch開發了一種經濟高效的替代工藝，采用目前廣泛使用的V2O5為催化劑，這種硫酸接觸工藝不但使巴斯夫一躍成為當時全球最大的硫酸生產商，也為催化加工鋪平了道路。
備注：硫酸廣泛用于各個工業部門，主要有化肥工業、冶金工業、石油工業、機械工業、醫藥工業、洗滌劑、軍事工業、原子能工業和航天工業等，還用于生產染料、農藥、化學纖維、塑料、涂料，以及各種基本有機和無機化工產品。世界大戰期間，硫酸工業的發展與軍事工業緊密聯系在一起，硫酸工業是一個國家軍事力量的風向標。
2. 氯 氣的生產
1867年，Deacon以CuSO4作為催化劑，開發了HCl氧化制備Cl2的Deacon工藝。當直流電普及之后，該工藝被氯堿工業逐步取代。氯 氣主要用于生成乙烯樹脂，含氯化工原料，自來水消費等。第一次世界大戰時，氯 氣曾被作為化學武器使用過，這是人類史上第一次大規模的化學戰。
3. 硝酸工業
1906年，德國科學家Ostward以Pt/Rh合金網作為催化劑，開發了氨氣的接觸氧化工藝，用于生產硝酸。至今為主，該工藝仍是硝酸工業的核心。
展開 
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Clement闡明了在氧化氮作用下，SO2轉化成SO3的機理
標志性事件2：1875年德國人E.雅各布建立了第一座生產發煙硫酸的接觸法裝置，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業催化劑的先驅。
目前，有萬余臺“天華造”陽極保護設備運行在全國各地企業的千余套硫酸裝置中。
腐蝕會影響硫酸裝置安全運行，因此進行腐蝕風險的預測和防控就顯得尤為重要。
腐蝕分析
某廠硫酸裝置液硫焚燒單元的焚硫爐材質為Q235A，內襯一層保溫磚和二層耐火磚，爐氣進入廢熱鍋爐的管道材質為16MnR+耐火磚，廢熱鍋爐管束材質為20g。
該項目發揮了山東綠知源公司自主研發的LZH高效脫硫廢液及硫泡沫資源化綜合利用制酸技術特點，將硫泡沫經高效分離機分離，分離后的固體硫膏直接送入焚燒爐燃燒；分離后的液體經過蒸發濃縮直接噴入焚燒爐燃燒分解；產生二氧化硫氣體送入后續硫酸系統，生產的硫酸用于焦化硫酸銨裝置，徹底達到了硫資源的綜合利用效果。
液相C4烷烴和濃硫酸在裝置外利用攪拌裝置充分乳化，經原料泵自塔頂液相進料管進入裝置，進料溫度為2~10℃。氣相C4烷烯烴自塔頂進入裝置，和液相混合后一起向下流動，經過填料段時液相酸烴與氣態烷烯烴反應同時酸烴分層。采用噴頭式進料管在填料段之間加入新鮮C4烷烯烴液體，氣液相經過自混合裝置再次充分混合后，進入下一級填料繼續反應。反應過程中保持塔內溫度2~18℃。
