硫酸生产及用泵的选择标准

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发布日期:2023-03-23 17:10
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前言

硫酸是世界上最常用的化学品。硫酸有时被称为“化学品之王”,在全球范围内生产。中国是最大的硫酸消费国(其次是美国),加拿大是最大的出口国,每年生产约2.65亿吨(T)。

据估计,在未来几年内,硫酸市场将超过3亿T,复合年增长率(CAGR)约3 %。

这种增长在很大程度上是由农业、化学、汽车制造、金属加工和石油炼油的需求所推动的。硫酸广泛用于生产肥料、农药、金属、洗涤剂、汽油、油漆、纸张、塑料和电池。硫酸是由硫生产出来的,该过程涉及五个步骤,需要多种泵送应用。

燃烧

从天然矿床或者通过天然气或者原油脱硫中获得的硫在炉中加热并热分解。在此加热过程中,硫(S)与空气中的氧气(O2)反应形成二氧化硫(SO2)。熔融的硫呈液体形式,使用化学泵将其泵入炉中。

气体净化

离开熔炉的SO2必须不含杂质(例如灰分或其它固体)。淬火塔冷却燃烧气体,酸性喷雾去除任何游离颗粒。从那里,静电除尘器去除任何剩余的不溶性粉尘颗粒。去除杂质后,SO2气流在干燥塔中干燥以去除任何残留的水份。在这个阶段有多种泵送应用,包括 SO2 洗涤泵和 SO2 干燥泵,它们必须能够承受98%的浓硫酸。

转化

接下来,SO2气体被氧化,并通过带有换热器的多级催化转化器转化为三氧化硫(SO3)。在该步骤中,含有SO2和SO3的气流离开转化器并被送至一级吸收塔,在那里从气流中回收SO3。在此阶段,压缩机用于移动气流。

吸收

SO3从转化器中回收,在那里被吸收到浓硫酸中。该反应产生发烟硫酸(oleum),也称为fuming sulfuric acid(H2S2O7),将其收集在储罐中。剩余的SO3现已被吸收,是一种清洁气体,可以被送往烟囱以便安全地扩散到大气中。在此阶段,使用多台泵进行一级吸收和最终吸收98%的硫酸。

稀释

在最后一步中,将吸收步骤中产生的发烟硫酸泵送到储罐中,在那里用水稀释以产生不同浓度的硫酸(通常,商业应用中使用的浓度为78%、93%或98%的硫酸)。然后,将每种浓度的硫酸分别泵送到不同的储罐中。

硫酸装置泵的选择标准

硫酸是一种危险且具有腐蚀性的化学品,被国际癌症研究机构(IARC)归类为人类致癌物。吸入、摄入或皮肤接触可导致肾和肺损伤,严重接触可引起化学性肺炎或肺水肿。

硫酸之所以如此危险,是因为它与水发生放热反应。当与水或湿气接触时,溶液反应生成水合氢离子。这种反应向环境释放出大量的热量,以至于浓硫酸可以自行烧焦纸张。

无密封泵的理想应用

外部排放是与硫酸生产中使用的泵送设备有关的最大问题之一。超过85%的泵故障涉及机械密封故障或静态密封泄漏。

在泵送硫酸时,应不惜一切代价避免泄漏。避免泄漏的最佳方法之一是使用无密封泵。无密封泵的运行方式与传统离心泵非常相似,但它们采用无密封的静态密封壳,形成完全密封的液体端或压力边界,而没有填料压盖或密封。

磁力驱动无密封泵是密封的,消除了任何泄漏或排放的可能性。

工人安全与环境保护

尽管无密封泵提供了安全无泄漏的环境,但一些化学流程需要额外的保护。许多无密封泵提供传感器和仪表包,提醒操作员系统故障情况,如汽蚀、过热、低流量、关死扬程或无流量。对于最危险的泵服务,无密封泵还应具有二级防护选项,可以承受应用所需的设计温度和压力,以便在系统故障后发生一级泄漏时提供额外的保护。

通过耐化学性实现可靠性

必须仔细考虑泵内部的结构材料。硫酸的苛刻性质会对泵的内部造成严重破坏。该流程中使用的许多化学催化剂增加了对泵材料的进一步要求。硫酸生产中使用的泵应提供具有广泛的金属和非金属结构材料,以确保适用于各种浓度,主要包括 316SS、高镍合金和乙烯-四氟乙烯(ETFE)衬里泵。

简化维护

硫酸生产的巨大规模表明,由于许多工厂都在全天候运行,因此需要可靠的设备来最大限度地减少工厂停机时间。简化维护(和计划预测性维护活动)的能力有助于操作员提高工厂的正常运行时间。无密封泵消除了对密封和密封支持系统的需求,并且它们具有更少的易损部件,从而最大限度地降低了维护成本并增加了平均维护间隔时间 (MBTM)。

能源效率

硫酸生产是一个能源密集型过程。电力可占运营成本的40%至50%。在许多情况下,管理这笔费用的能力决定了工厂的盈利能力。生产硫酸的工厂需要具有高效水力零部件和低净正吸入压头 (NPSH) 水力系统的泵。小的占地面积始终是首选,不仅可以节省车间空间,而且还可以方便进行维护。

诸如具有高电阻的非金属密封外壳等的特性,可以通过消除涡流和防止在运行过程中的磁滞损失来提高无密封磁力驱动泵的效率,而传统的金属外壳会出现这种情况。这种设计特点不仅降低了能源成本,而且消除了热量的产生。

使用无密封泵生产硫酸的 10 个理由

在计划新的泵安装或对现有装置的升级时,密封支持系统的财务影响是相当大的。一旦安装了这些系统,由于需要遵守当地、区域或国家的环境要求,包括监测这些系统的有效性,可能会产生更多的费用。

由于无密封泵没有密封及相关的密封支撑系统,增加了任何硫酸处理装置增的增量效益。无密封磁力驱动泵的十大优点是:

1)没有密封及密封支持系统

2)完全密封流体

3)产品零排放

4)流程液体零污染

5)降低安装和启动成本

6)易于维护和操作

7)更长的平均故障间隔时间 (MTBF)

8)无EPA监测

9)提高了操作员的安全

10)保护环境

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