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一种连续注入混合稀释硫酸的方法

申请号 CN202310036637.5 申请日 2023-01-10 公开(公告)号 CN116059860A 公开(公告)日 2023-05-05
申请人 中石化宁波工程有限公司; 中石化宁波技术研究院有限公司; 中石化炼化工程(集团)股份有限公司; 发明人 孙道林; 周昌迪; 邢涛; 黄水龙;
摘要 本 发明 涉及一种连续注入混合稀释 硫酸 的方法,本发明采用 烧结 技术,将改性聚四氟乙烯烧结到金属表面从而形成一体的注入管组件,克服了 合金 设备造价高的问题,而且设备结构简单,耐高温性能、耐冲刷性能优良,带压烧结的方法使得塑料合金与金属紧密结合,不会产生脱落,并且 温度 分布均匀不会产生局部 过热 的问题;本发明的硫酸注入方法实现了远程自动连续控制硫酸所需浓度的目的,适用稀释浓度范围宽(0%‑98%),能满足大多数设备的连续生产需求。
权利要求

1.一种连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:
所采用的注入设备包括:
混合注入器,设置有供工艺横向穿过的混合管,顶部设置有注入浓硫酸的注入管组件;
第一调节,设于所述注入管组件的入口处,用于控制浓硫酸的注入流量;
硫酸注入,设于所述混合注入器的入口处,用于将浓硫酸经注入管组件压入混合管中;
给水泵,设于所述混合管的上游,用于将工艺水压入混合管中并向下游输送;
流量计,设于所述给水泵与混合管之间的管线上,用于检测工艺水流量;
第二调节阀,设于所述给水泵与混合管之间的管线上,用于控制工艺水流量;
pH计,设于所述混合管下游的管线上,用于检测混合管出水的pH;
所述的第一调节阀、流量计、第二调节阀、pH计受控于同一分析控制系统从而配合联动;
所述连续注入混合稀释硫酸的方法包括以下步骤:
根据工艺需要稀硫酸流量,通过DCS计算根据所需稀硫酸量和浓度确定工艺水量和浓硫酸量,通过给水泵及第二调节阀控制工艺水流量,通过第一调节阀控制浓硫酸的流量,由出口pH计在线监测出口稀硫酸浓度值反馈至DCS,DCS根据监测浓度实时调节工艺水进口量和浓硫酸注入量,连续供给符合浓度的稀硫酸到下游生产设施;
在上述过程中:
所需的稀硫酸量:G稀硫酸,
给水泵出口第二调节阀控制的加水量:G水,
浓硫酸注入泵加入的浓硫酸量:G浓硫酸,
使用的浓硫酸浓度:C浓硫酸,
混合注入器出口需要稀释完成后的稀硫酸浓度:C稀硫酸,
则,
加入浓硫酸量:G浓硫酸=G稀硫酸×C稀硫酸/C浓硫酸,
注水泵供水量:G水=G稀硫酸*((1‑C稀硫酸)‑C浓硫酸*(1‑C浓硫酸)/C浓硫酸)。
2.根据权利要求1所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述注入管组件整体呈竖向布置的圆筒状结构,且该圆筒状结构上端设置有入口、下端封闭,圆筒状结构的侧壁开有贴近下端边缘布置的出口,且该出口的朝向与工艺水的流向保持一致。
3.根据权利要求2所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述注入管组件的出口位于混合管的中心轴线上。
4.根据权利要求2所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述注入管组件包括注入管及护套,所述注入管的顶部敞口构成所述的入口,所述注入管设置有下端敞口、侧壁开有与该下端敞口相连通的所述缺口,所述护套包覆在注入管至少中部及下部的外周,所述护套设置有能将注入管的下端敞口封闭的底壁,所述开口开设于护套侧壁上且对应缺口布置。
5.根据权利要求4所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述护套的内侧壁与注入管的外侧壁复合成型在一起,所述护套在开口处向内延伸形成能将缺口的端部边缘覆盖包边
6.根据权利要求4所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述注入管采用材料制作,所述护套采用改性聚四氟乙烯材料制作,所述注入管经喷砂除锈和喷丸处理后,进入回转烧结炉在氮气加压保护的情况下,在其上进行改性聚四氟乙烯的喷涂烧结形成护套,经过三次烧结,喷涂烧结所得护套厚度为3~5mm。
7.根据权利要求6所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述改性聚四氟乙烯材料由聚四氟乙烯经氟化乙烯基醚和石墨作改性所得。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述混合管的顶部设置有供注入管组件插入的装配口及自该装配口边缘向上延伸的接管,所述注入管组件的下部穿过该接管及装配口伸入混合管中,所述注入管组件的上部通过压紧法兰密封垫片紧在接管的顶部。
9.根据权利要求1~7中任一项所述的连续注入混合稀释硫酸的方法,其特征在于:所述混合管的外周设置有冷却水夹套,用以控制混合管壁温≤185℃。

说明书全文

一种连续注入混合稀释硫酸的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种连续注入混合稀释硫酸的方法。

背景技术

[0002] 在现有应用硫酸的生产中,大多采用浓硫酸作为生产原料,根据工艺需要进行稀释达到生产需要的浓度。硫酸是一种腐蚀性极强的化学品,在稀释过程中伴随着放热过程,对稀释设备耐腐蚀性能要求极高。目前使用的技术主要有两种方案:一种是使用特殊合金另一种采用采用非金属衬里解决腐蚀问题。采用的特殊合金制造成本高而且腐蚀破坏现象仍然发生,采用衬里的设备对于热变形、冲刷作用导致衬里材料与金属结合部的破坏,长久以来一直未得到有效解决。
[0003] 采用合金制造设备的合金目前常用材料有20合金、哈氏B、蒙乃尔Monel合金、Lewment合金,四种合金都具有一定的耐腐蚀性能。Lewment合金为硫酸专用耐高温合金,使用效果好但国内目前难以制造;上述四种合金制造的设备成本均很高。采用衬里制造的设备目前主要以塑料衬里为主,目前的工艺无法解决塑料衬里与金属结合紧密度,常常发生衬里脱落而发生设备损坏,影响设备使用寿命。还有采用相对复杂的设备结构,采用全塑料部件,但是全塑料部件强度低、耐高温高压性能差,流速也受到限制。
[0004] 目前没生产中常常使用的稀硫酸主要采用由浓硫酸加稀释而成,需要配置稀硫酸罐、浓硫酸罐,在稀硫酸罐内进行稀释,再由将稀硫酸送入生产装置,采用间断操作;且配好的稀硫酸浓度无法连续可调(用一罐配一罐),稀硫酸罐占地大还需要配置罐区围堰,建设成本高。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状,提供一种耐高温高压从而提高使用寿命长、稀释浓度连续可调从而可以连续生产的连续注入混合稀释硫酸的方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
[0007] 一种连续注入混合稀释硫酸的方法,所采用的注入设备包括:
[0008] 混合注入器,设置有供工艺水横向穿过的混合管,顶部设置有注入浓硫酸的注入管组件;
[0009] 第一调节,设于所述注入管组件的入口处,用于控制浓硫酸的注入流量;
[0010] 硫酸注入泵,设于所述混合注入器的入口处,用于将浓硫酸经注入管组件压入混合管中;
[0011] 给水泵,设于所述混合管的上游,用于将工艺水压入混合管中并向下游输送;
[0012] 流量计,设于所述给水泵与混合管之间的管线上,用于检测工艺水流量;
[0013] 第二调节阀,设于所述给水泵与混合管之间的管线上,用于控制工艺水流量;
[0014] pH计,设于所述混合管下游的管线上,用于检测混合管出水的pH;
[0015] 所述的第一调节阀、流量计、第二调节阀、pH计受控于同一分析控制系统从而配合联动;
[0016] 所述连续注入混合稀释硫酸的方法包括以下步骤:
[0017] 根据工艺需要稀硫酸流量,通过DCS计算根据所需稀硫酸量和浓度确定工艺水量和浓硫酸量,通过给水泵及第二调节阀控制工艺水流量,通过第一调节阀控制浓硫酸的流量,由出口pH计在线监测出口稀硫酸浓度值反馈至DCS,DCS根据监测浓度实时调节工艺水进口量和浓硫酸注入量,连续供给符合浓度的稀硫酸到下游生产设施;
[0018] 在上述过程中:
[0019] 所需的稀硫酸量:G稀硫酸,
[0020] 给水泵出口第二调节阀控制的加水量:G水,
[0021] 浓硫酸注入泵加入的浓硫酸量:G浓硫酸,
[0022] 使用的浓硫酸浓度:C浓硫酸,
[0023] 混合注入器出口需要稀释完成后的稀硫酸浓度:C稀硫酸,
[0024] 则,
[0025] 加入浓硫酸量:G浓硫酸=G稀硫酸×C稀硫酸/C浓硫酸,
[0026] 注水泵供水量:G水=G稀硫酸*((1‑C稀硫酸)‑C浓硫酸*(1‑C浓硫酸)/C浓硫酸)。
[0027] 优选地,所述注入管组件整体呈竖向布置的圆筒状结构,且该圆筒状结构上端设置有入口、下端封闭,圆筒状结构的侧壁开有贴近下端边缘布置的出口,且该出口的朝向与工艺水的流向保持一致。出口产生的反推可以抵消工艺水对注入管组件的扰流推力,使得注入管组件受力良好。
[0028] 优选地,所述注入管组件的出口位于混合管的中心轴线上。以降低对设备侧壁的腐蚀,同时防止烧结表面由于硫酸稀释放热产生的局部温度升高。
[0029] 在本发明中,所述注入管组件包括注入管及护套,所述注入管的顶部敞口构成所述的入口,所述注入管设置有下端敞口、侧壁开有与该下端敞口相连通的所述缺口,所述护套包覆在注入管至少中部及下部的外周,所述护套设置有能将注入管的下端敞口封闭的底壁,所述开口开设于护套侧壁上且对应缺口布置。
[0030] 作为改进,所述护套的内侧壁与注入管的外侧壁通过带压烧结的方法复合成型在一起,所述护套在开口处向内延伸形成能将缺口的端部边缘覆盖包边。带压烧结的方法使得塑料合金与金属紧密结合,不会产生脱落。
[0031] 优选地,所述注入管采用材料制作,所述护套采用改性聚四氟乙烯材料制作,所述注入管进行内表面喷砂除锈、内表面喷丸糙化和脱脂处理后,进入回转烧结炉在氮气加压保护的情况下,在其上进行改性聚四氟乙烯的喷涂烧结形成护套,经过三次烧结,喷涂烧结所得护套厚度为3~5mm。带压烧结的方法使得塑料合金与金属紧密结合,不会产生脱落。
[0032] 优选地,所述改性聚四氟乙烯材料由聚四氟乙烯经氟化乙烯基醚和石墨作改性所得,大致的改性过程为:
[0033] ETFE在聚合时加入氟化乙烯基醚形成嵌段共聚物,加入比例0.1%~18%,优选2%~8%,制成的ETFE原料先进行粉碎细化,达到喷涂所需的颗粒尺寸10~120μm,优选20~80μm,同样加入的石墨原料进行研磨粉碎颗粒尺寸5~20μm,添加至ETFE充分混合作为喷涂原料,添加比例1~5%。根据稀释过程放热量和浓度梯度还可加入粉碎5~20μm的玻璃纤维,作为增强剂,添加比例0.1~2%。
[0034] 用ETFE(F40)聚四氟乙烯塑料为基体进行改性,克服普通塑料材料对金属的不粘合缺陷,使其具有与金属较强的粘着特性。F40平均线膨胀系数为1.49X10/100,接近碳钢的线膨胀系数,可实现与碳纲同步热胀冷缩,能与金属理想的复合。改性后材料的耐压性、耐磨性、导热性、抗蠕变能力和机械强度均得以提高。选用氟化乙烯基醚和石墨作为改性材料,氟化乙烯基醚通过提高共聚物的熔体蠕变粘度改善材料的抗蠕变能力,石墨可以提高材料的耐压型、耐磨性和导热性,添加适量的氟化乙烯基醚防止局部温度分布不均匀产生的温度升高,用石墨进行可改性提高耐压性5~10倍,耐磨性提高100~1000倍,线膨胀系数降低80%,导热性提高2~5倍。
[0035] 优选地,所述混合管的顶部设置有供注入管组件插入的装配口及自该装配口边缘向上延伸的接管,所述注入管组件的下部穿过该接管及装配口伸入混合管中,所述注入管组件的上部通过压紧法兰密封垫片紧在接管的顶部。
[0036] 优选地,所述混合管的外周设置有冷却水夹套,用以控制混合管壁温≤185℃,优选为≤120℃。
[0037] 与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明采用烧结技术,将改性聚四氟乙烯烧结到金属表面从而形成一体的注入管组件,克服了合金设备造价高的问题,而且设备结构简单,耐高温性能、耐冲刷性能优良,带压烧结的方法使得塑料合金与金属紧密结合,不会产生脱落,并且温度分布均匀不会产生局部过热的问题;本发明的硫酸注入方法实现了远程自动连续控制硫酸所需浓度的目的,适用稀释浓度范围宽(0%‑98%),能满足大多数设备的连续生产需求。附图说明
[0038] 图1为本发明实施例的工艺流程图
[0039] 图2为图1中混合注入器的结构示意图;
[0040] 图3为图2中注入管组件的结构示意图。

具体实施方式

[0041] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0042] 如图1、2、3所示,本实施的连续注入混合稀释硫酸的方法,所采用的注入设备包括:
[0043] 混合注入器1,设置有供工艺水横向穿过的混合管11,顶部设置有注入浓硫酸的注入管组件12;
[0044] 第一调节阀10,设于注入管组件1的入口处,用于控制浓硫酸的注入流量;
[0045] 硫酸注入泵2,设于混合注入器1的入口处,用于将浓硫酸经注入管组件12压入混合管11中;
[0046] 给水泵3,设于混合管11的上游,用于将工艺水压入混合管11中并向下游输送;
[0047] 流量计4,设于给水泵3与混合管11之间的管线上,用于检测工艺水流量;
[0048] 第二调节阀20,设于给水泵3与混合管11之间的管线上,用于控制工艺水流量;
[0049] pH计5,设于混合管11下游的管线上,用于检测混合管11出水的pH;
[0050] 上述第一调节阀10、流量计4、第二调节阀20、pH计5受控于同一分析控制系统从而配合联动。
[0051] 上述连续注入混合稀释硫酸的方法包括以下步骤:
[0052] 根据工艺需要稀硫酸流量,通过DCS计算根据所需稀硫酸量和浓度确定工艺水量和浓硫酸量,通过给水泵及第二调节阀控制工艺水流量,通过第一调节阀控制浓硫酸的流量,由出口pH计在线监测出口稀硫酸浓度值反馈至DCS,DCS根据监测浓度实时调节工艺水进口量和浓硫酸注入量,连续供给符合浓度的稀硫酸到下游生产设施;
[0053] 在上述过程中:
[0054] 所需的稀硫酸量:G稀硫酸,
[0055] 给水泵出口第二调节阀控制的加水量:G水,
[0056] 浓硫酸注入泵加入的浓硫酸量:G浓硫酸,
[0057] 使用的浓硫酸浓度:C浓硫酸,
[0058] 混合注入器出口需要稀释完成后的稀硫酸浓度:C稀硫酸,
[0059] 则,
[0060] 加入浓硫酸量:G浓硫酸=G稀硫酸×C稀硫酸/C浓硫酸,
[0061] 注水泵供水量:G水=G稀硫酸*((1‑C稀硫酸)‑C浓硫酸*(1‑C浓硫酸)/C浓硫酸)。
[0062] 本实施例的注入管组件12整体呈竖向布置的圆筒状结构,且该圆筒状结构上端设置有入口121、下端封闭,圆筒状结构的侧壁开有贴近下端边缘布置的出口122,且该出口122的朝向与工艺水的流向保持一致。出口122产生的反推力可以抵消工艺水对注入管组件的扰流推力,使得注入管组件受力良好。注入管组件12的出口122位于混合管11的中心轴线上,以降低对设备侧壁的腐蚀,同时防止烧结表面由于硫酸稀释放热产生的局部温度升高。
[0063] 在本实施例中,注入管组件12包括注入管123及护套124,注入管123的顶部敞口构成入口121,注入管123设置有下端敞口125、侧壁开有与该下端敞口125相连通的缺口126,护套124包覆在注入管123至少中部及下部的外周,护套124设置有能将注入管123的下端敞口125封闭的底壁1241,开口122开设于护套124侧壁上且对应缺口126布置。
[0064] 护套124的内侧壁与注入管123的外侧壁通过带压烧结的方法复合成型在一起,护套124在开口122处向内延伸形成能将缺口126的端部边缘覆盖的包边1242。带压烧结的方法使得塑料合金与金属紧密结合,不会产生脱落。
[0065] 注入管123采用碳钢材料制作,护套124采用改性聚四氟乙烯材料制作,注入管123经喷砂除锈和喷丸处理后,进入回转烧结炉在氮气加压保护的情况下,在其上进行改性聚四氟乙烯的喷涂烧结形成护套124,经过三次烧结,喷涂烧结所得护套厚度为3~5mm。带压烧结的方法使得塑料合金与金属紧密结合,不会产生脱落。具体加压烧结过程中为:
[0066] (1)喷涂烧结前,注入管123内部先进行喷砂除锈、需将注入管123加热至286~325℃,升温过程约40分钟,通入氮气置换内部的空气并升压至0.05~0.2MPa,维持温度稳定30分钟,旋转喷涂进行第一次烧结,喷涂厚度在0.5~1mm,喷涂量根据喷涂厚度和面积确定,放出内部气体降压至常压,后降温至280℃,维持30~60分钟;
[0067] (2)经过第一步再将注入管123加热至280~320℃并通入氮气升压至0.1~0.4MPa,进行第二次喷涂,喷涂厚度1~2mm,喷涂完成后放出内部气体降压至常压,降温至
260~280℃,维持30~60分钟;
[0068] (3)经过第二步再将注入管123加热至280~310℃并通入氮气升压至0.2~0.8MPa,进行第三次喷涂,喷涂厚度1.5~3mm,喷涂完成后放出内部气体降压至常压,进行逐步降温,降温速率50~100℃/小时,经过3.5~5小时冷却后完成喷涂烧结;
[0069] (4)喷涂完成后进行高压电火花测漏,如有气孔漏电,局部清理打磨后采用火焰热熔局部补漏即可。
[0070] 改性聚四氟乙烯材料由聚四氟乙烯经氟化乙烯基醚和石墨作改性所得,具体的改性过程为:ETFE在聚合时加入氟化乙烯基醚形成嵌段共聚物,加入比例0.1%~18%,优选2%~8%,制成的ETFE原料先进行粉碎细化,达到喷涂所需的颗粒尺寸10~120μm,优选20~80μm,同样加入的石墨原料进行研磨粉碎颗粒尺寸5~20μm,添加至ETFE充分混合作为喷涂原料,添加比例1~5%。根据稀释过程放热量和浓度梯度还可加入粉碎5~20μm的玻璃纤维,作为增强剂,添加比例0.1~2%。
[0071] 其中,上述ETFE是日本旭硝子公司、德国耗司特公司和美国杜邦公司的产品,牌号F40,国内牌号Fs‑40G系列,上海有机化学研究所可以生产。
[0072] 用ETFE(F40)聚四氟乙烯塑料为基体进行改性,克服普通塑料材料对金属的不粘合缺陷,使其具有与金属较强的粘着特性。F40平均线膨胀系数为1.49X10/100,接近碳钢的线膨胀系数,可实现与碳纲同步热胀冷缩,能与金属理想的复合。改性后材料的耐压性、耐磨性、导热性、抗蠕变能力和机械强度均得以提高。选用氟化乙烯基醚和石墨作为改性材料,氟化乙烯基醚通过提高共聚物的熔体蠕变粘度改善材料的抗蠕变能力,石墨可以提高材料的耐压型、耐磨性和导热性,添加适量的氟化乙烯基醚防止局部温度分布不均匀产生的温度升高,用石墨进行可改性提高耐压性5~10倍,耐磨性提高100~1000倍,线膨胀系数降低80%,导热性提高2~5倍。
[0073] 混合管11的顶部设置有供注入管组件12插入的装配口111及自该装配口111边缘向上延伸的接管112,注入管组件12的下部穿过该接管112及装配口111伸入混合管11中,注入管组件12的上部通过压紧法兰13及密封垫片14锁紧在接管112的顶部。
[0074] 混合管11的外周设置有冷却水夹套15,用以控制混合管壁温≤185℃,优选为≤120℃。
[0075] 对于本实施例连续注入混合稀释硫酸的方法,当生产所需20吨/小时,浓度10%的稀硫酸,采用80%浓度的浓硫酸稀释制备:硫酸注入泵设置流量为2.5吨/小时,给水泵提供水量17.5吨/小时,即可达到稀释要求。
[0076] 当生产所需5.8吨/小时,浓度6.2%的稀硫酸,采用63%浓度的浓硫酸稀释制备:硫酸注入泵设置流量为0.57吨/小时,给水泵提供水量5.23吨/小时,即可达到稀释要求。
[0077] 由于浓硫酸稀释过程中会放出大量的热,注入管件内衬可耐温180℃,根据汤姆生(J.Thomsen)公式计算稀释热量,结合水与稀硫酸比热容,在不采用水冷却夹套情况下本装置稀释范围在0~80%,采用了水冷夹套后本装置稀释范围可达到0~98%浓度全覆盖。