分散染料废硫酸真空浓缩工艺的改进

王炳强

摘 要：某分散染料硝化单元生产中会产生大量的废硫酸，采用传统的真空浓缩工艺会造成洗涤塔、冷凝器等设备的严重堵塞。本文分析了系统堵塞的原因，提出了“提高洗涤塔操作温度+冷凝器强制喷淋”的气相冷却工艺，并对喷淋液进行分相处理，实现了喷淋液的循环再利用，解决了废硫酸因高温蒸发后气相凝结物堵塞洗涤塔、冷凝器的问题，对于此类含有机物的废硫酸真空浓缩值得工业推广和应用。

关键词：分散染料;废硫酸;真空浓缩;工艺改进

真空浓缩法是当前废硫酸回收技术应用最广泛的一种，但管道和设备堵塞仍是一个工业难题。目前，虽也提出了一些防堵的方法，像对原料废酸进行吸附预处理[1-2]、浓缩洗涤塔循环液采用有机反应原料[3]等，但这些方法往往受制于厂房设计、安全、环保等因素而无法实现。本文就国内某分散染料废酸真空浓缩气相洗涤塔、冷凝器堵塞物进行分析，找到影响堵塞的关键因素，通过调整洗涤塔操作温度，冷凝器增加强制喷淋和液固分相处理，很好的解决了设备堵塞问题。

1 真空浓缩系统简介及存在的问题

1.1 工艺简介

图1   废硫酸真空浓缩流程框图

上图1为某分散染料废硫酸真空工艺流程，系统气相压力为12kPa，负压由真空泵经缓冲包获得。原料酸经真空系统、流量控制吸入浓缩釜，在釜内加热器加热至182℃后提浓至88%，产品硫酸由釜出口溢出，后经三级冷凝至40℃后，由泵打出界区进行后续处理;浓缩釜气相经洗涤塔喷淋冷却、冷凝器二次冷凝后凝液排入废水罐，不凝气由真空汽包、真空泵排出至尾气吸收单元处理;洗涤塔循环液为40%-50%左右稀硫酸，洗涤塔操作温度70-80℃;废水罐排出管线引副线作为洗涤塔补水管线，用于控制洗涤塔温度并调整循环稀硫酸组成。

1.2 该工艺存在的问题

该浓缩技术装置结构紧凑、工艺技术成熟，但对于含有溶解性高沸点有机物的废硫酸，浓缩过程中会出现洗涤塔循环管线、冷凝器、洗涤塔填料堵塞等问题，继而影响真空系统，造成装置间歇开停车，系统清理繁琐。

2 堵塞原因分析及工艺改进

2.1 现工艺堵塞原因分析

该股废酸含28%硫酸、1.1%的硝酸、少量可溶性有机物（COD5500）。拆解堵塞的系统发现冷凝器、洗涤塔、循环管路都存在大量浅黄色至深黄色不等气相凝结物。其中，冷凝器堵塞物软且颜色呈淡黄色，洗涤塔堵塞物较冷凝器堵塞物颜色从上往下逐渐加深，质地变硬。

2.1.1 液相分析

分别取冷凝器、洗涤塔塔顶、塔中及塔底堵塞物进行液相分析，结果显示含7种组分，怀疑为分散染料蒽醌的多硝基异构体。

2.1.2 堵塞物熔点分析

分別从堵塞系统中冷凝器、洗涤塔（上中下）、循环泵管路中取气相凝结物，分别测熔点，结果显示不同不同部位熔点不同，气相从上向下对应凝结物熔点逐渐升高。

从上表1、表2中不同位置气相凝结物的液相及熔点分析来看，堵塞的原因是在12kPa、182℃条件下，溶解于废酸中的7种高沸点有机物经蒸发后，高沸点有机气体在洗涤塔、冷凝器低温环境下凝结，大量凝结物聚集在填料及螺旋板换热器缝隙中，堵塞了气相通道，从而导致真空系统阻力降加大，影响系统真空，导致稀硫酸浓缩后达不到产品要求。

2.2 工艺优化方案的确定

图2   废硫酸真空浓缩改进后流程图

针对现真空浓缩系统，防堵的方法主要有前置法和后置法两大类。前置法例如增加活性炭吸附预处理工序，将可溶性有机物提前除去，但是活性炭的用量比较大，不利于二次回收，且会造成二次污染;后置法主要考虑将有机物在气相中去除，现工艺洗涤塔和冷凝器操作温度分别为70℃和40℃，均在气相凝结物熔点以下，受洗涤塔内散堆填料的结构影响，洗涤塔内不允许有凝结物聚集，因此在提高洗涤塔塔温至凝结物熔点以上，气相的降温和凝结物的去除只能在冷凝器中进行。

图2是改进后的工艺流程方案，与图1比较，新工艺在冷凝器顶部增加了水喷淋系统，用以冷凝因提高洗涤塔温度后增多的热量，喷淋量2m3/h;冷凝器底部增加固液排出管线，液固混合物经分相罐分离后轻相由泵经补水管线至冷凝器循环喷淋，分相罐底部每隔12h定期排污1m3;查阅稀硫酸饱和蒸气压曲线，将原洗涤塔循环液稀硫酸的浓缩由40-50%提升至70%左右，洗涤塔操作温度由70℃提升至110℃;其他操作参数维持不变。

3 改造前后运行情况

图3   废硫酸真空浓缩改造前后系统真空对比情况

图3为改造前后系统运行对比情况，改造前随着系统运行时间的增长，洗涤塔和冷凝器因气相凝结物聚集堵塞气相通道，系统压力持续上升;改造后系统压力无明显波动，产品酸质量稳定。

4 结论

①该分散染料废硫酸中可溶性有机物为混合物，熔点区间70-101℃，影响洗涤塔、冷凝器堵塞的关键因素是废酸中高沸点可溶性有机物;②控制洗涤塔操作温度在气相凝结物熔点以上的方法，通过改进工艺很好地解决了含高沸点可溶性有机物废硫酸真空浓缩工艺中堵塞问题，系统结构简单，值得推广和应用。

参考文献：

[1]袁爱群，梁静珍，吴晓丹，明宪权，李维健，陈南雄，黄增尉，周泽广，韦冬萍，马少妹.用有机膨润土-活性炭联合净化的石油废酸浸出碳酸锰矿石[J].湿法冶金，2019（2）：115-122.

[2]华军，伍骏，朱志宏，方林，高红进.利用蒽醌生产过程中产生的废酸回收硫酸的方法：中国，CN105152142A [P].2015-12-16.

[3]华军，伍骏，顾建华，白禹澄.含高凝固点有机物的稀硫酸真空浓缩工艺：中国，CN101269797[P].2008-09-24.