泡露点——硫酸酸雾产生的原因

一、化工泡露点基本概念

泡点:在一定压力下,液体混合物开始沸腾产生第一个气泡时的温度(泡点温度);或在一定温度下,液体开始沸腾的压力(泡点压力)。液相中挥发性最高的组分率先气化,形成"气相富集相"。

露点:在一定压力下,气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度(露点温度);或在一定温度下,气体开始冷凝的压力(露点压力)。气相中挥发性最低的组分率先冷凝,形成"液相富集相"。

沸点:纯组分在一定压力下发生气液相变时的温度,仅适用于纯物质,泡点和露点的特例。

气液平衡:液相的泡点即为气相的露点,此时气液两相组成达到平衡,泡点与露点差值越小,混合物越接近纯物质或恒沸物。

泡露点主要受组成和压力影响。压力增大时,泡点和露点均升高,且差值减小。

二、硫酸露点的特殊性

硫酸生产中关注重点的硫酸露点(也称酸露点),与普通露点有显著区别,烟气中硫酸蒸气达到饱和并开始冷凝时的温度为硫酸露点,其是硫酸蒸气和水蒸气共同作用的结果。SO3含量是最核心因素,SO3含量越高,酸露点越高;水分越多,凝结驱动力越强,酸露点也随之升高。同样,压力对于硫酸露点也有影响,但影响较小,当压力升高时,酸露点略有升高。

对于硫酸露点可以给出一个简单的经验计算公式以用于日常生产中的计算:

参数说明:

tADP:烟气酸露点温度,单位 ℃

ϕH2O:水蒸气体积分数(%)

ϕSO3:三氧化硫体积分数(%)

在硫酸生产工艺中,硫酸露点主要影响干燥、转化、吸收三个关键环节。酸雾是硫酸生产的"头号难题",与露点温度密切相关,当气体温度低于硫酸露点时,SO3与水蒸气结合形成硫酸蒸气并冷凝,产生酸雾(1-10μm的微小液滴),这些酸雾难以被除雾器捕集,会随气流进入后续设备,造成设备腐蚀和堵塞,最终进入尾气烟囱排放,表现为烟囱冒"白烟"。

露点腐蚀是硫酸装置最常见的腐蚀形式,容易造成巨大经济损失,其腐蚀机理为:SO3与水蒸气在金属表面形成稀硫酸溶液(5-40%浓度),腐蚀性极强,产生的酸液渗透到金属内部,引发晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。腐蚀速率随温度变化,在露点附近(110-150℃)腐蚀速率最高。容易产生酸雾的设备及位置有以下几个:

干燥、吸收塔等及其烟气出口管道;锅炉、省煤器、换热器、过热器等换热设备。

实际生产中排放的冷凝酸

硫酸露点控制直接关系到硫酸生产的产品质量、环保达标和设备安全。采取合理的控制方法,对酸雾的产生进行控制,可有效降低酸雾的生成。对此提供几点建议为行业同仁提供一些参考:

1)严格控制炉气水分含量,从源头降低露点温度。

2)控制含SO3和水分的气体温度高于其硫酸露点温度10-20℃以上。

3)合理选择设备材质,特别是低温区域,优先使用耐硫酸腐蚀材料

4)定期监测气体组成和露点温度,及时调整工艺参数

5)定期检测设备运行情况,测量厚度,记录变化规律,采取应对措施。

硫酸生产中,理解和控制泡露点是实现高效、安全、环保运行的关键技术之一,贯穿于从原料处理到尾气排放的全过程。