四氟乙烯殘液焚燒工程技術(shù)研究

李清元

(上海市有機(jī)氟材料研究所，上海 200241)

科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)

四氟乙烯殘液焚燒工程技術(shù)研究

李清元

(上海市有機(jī)氟材料研究所，上海 200241)

四氟乙烯殘液焚燒新工藝采用天然氣作燃料、內(nèi)循環(huán)急冷、逆流吸收設(shè)計方案，顯著降低了新鮮水加入量和廢水排放量，減少了廢氣和廢液排放量，為殘液焚燒工段的節(jié)能降耗提供了技術(shù)支撐。

四氟乙烯；殘液焚燒；內(nèi)循環(huán)急冷；逆流吸收

0 前言

聚四氟乙烯樹脂是以二氟一氯甲烷(HCFC-22)經(jīng)高溫水蒸氣稀釋裂解、精餾后得到四氟乙烯單體并由四氟乙烯單體經(jīng)聚合反應(yīng)等工藝過程制得。HCFC-22在裂解過程中，約有1%～2%的副產(chǎn)物生成，這部分副產(chǎn)物經(jīng)精餾工序后，殘留于精餾塔釜中，即為四氟乙烯殘液。目前，對四氟乙烯殘液還是采用高溫焚燒的方法進(jìn)行處理[1]，經(jīng)焚燒爐焚燒后，焚燒生成的廢氣用水吸收后成廢酸液，經(jīng)脫氟處理后排入下水道。廢氣在控制其含氟量的基礎(chǔ)上，達(dá)到國家排放指標(biāo)后，予以排放。

1 工藝流程

鋼瓶中的四氟乙烯殘液經(jīng)汽化后[2]，與天然氣、空氣以一定比例進(jìn)入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行高溫焚燒，爐氣經(jīng)急冷器急冷后，大部分爐氣被水吸收，成為含有氟化氫(HF)的酸性廢水，一部分去反應(yīng)池，另一部分作為內(nèi)循環(huán)用泵打入浮頭式石墨列管冷卻器，冷卻后送入多孔管噴射急冷焚燒器。未被吸收的爐氣進(jìn)入逆流尾氣吸收塔，繼續(xù)用水吸收，與從急冷器流出的酸性廢水合并后進(jìn)入反應(yīng)池，未被吸收的廢氣經(jīng)氣液分離器分離后，經(jīng)分析達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)后，由風(fēng)機(jī)送往煙筒排入大氣。

在中和池加入少量稀鹽酸后，用循環(huán)泵打入中和塔與塔內(nèi)粉末狀氧化鈣反應(yīng)生成CaCl2，然后在分離塔內(nèi)分離未反應(yīng)的CaO后，大部分回到反應(yīng)池，另一部分則送往中和池。

來自急冷器和尾氣吸收塔的含氟廢水在反應(yīng)池內(nèi)與CaCl2反應(yīng)生成CaF2沉淀，產(chǎn)生的HCl和補(bǔ)加的HCl送中和塔循環(huán)使用。進(jìn)入中和池的酸性廢水，在pH調(diào)節(jié)池加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH達(dá)到約中性后進(jìn)入絮凝池，在絮凝池中加入適量明礬送到沉降池及澄清池內(nèi)，將CaF2及其他懸浮物沉降后，用泥漿泵打入堆場，上層清液排入下水道。圖1為四氟乙烯殘液氣化裂解流程圖。

圖1 四氟乙烯殘液氣化裂解流程

2 工程設(shè)計分析

2.1 焚燒比分析

上海市政部分區(qū)域所用天然氣為西氣東輸工程供氣，天然氣組成如表1所示，以調(diào)節(jié)空氣與天然氣不同體積比與燃燒溫度作圖，如圖2所示。

表1 西氣東輸天然氣組成

圖2 空氣與天然氣體積比與燃燒溫度關(guān)系

由圖2可以看出，在空氣與天然氣體積比約為5.3時，天然氣充分燃燒，燃燒溫度最高約為2 050 ℃。最高溫度左邊曲線為空氣量不足，右邊為空氣過量?？紤]到安全與節(jié)約燃料因素，生產(chǎn)中空氣應(yīng)過量。

四氟殘液焚燒裂解溫度約在1 350 ℃。另外，四氟殘液氣化裂解屬于放熱反應(yīng)，由此空氣與天然氣比應(yīng)考慮裂解反應(yīng)和燃燒用量比。四氟殘液處理量約為20 kg/h，殘液組成如表2所示。在殘液處理量一定的情況下，調(diào)節(jié)空氣與天然氣比來分析裂解爐溫度、氧氣富裕量和出口濃度，燃燒氣停留時間以及裂解和燃燒耗量體積比以便確定裂解溫度下最佳比率。具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 四氟乙烯殘液組成

從焚燒機(jī)理上來說，燃燒比越小越好，停留時間越長越好，結(jié)合生產(chǎn)裝置處理能力，選擇燃燒比為12.9可以滿足設(shè)備負(fù)荷要求，此時爐溫為1 362 ℃，爐口氧氣質(zhì)量濃度為9.54%，氧氣富裕量為43.8%，停留時間為0.173 s，總體積比為13.5，反應(yīng)體積比不變，為16.2。

2.2 裝置能力

年處理量為48 t的四氟乙烯殘液工業(yè)裝置需要消耗4.3 t低壓蒸汽，36.5 t天然氣，循環(huán)水耗量為7 648.8 t，比原來老流程節(jié)約循環(huán)水約71%。具體數(shù)據(jù)如表4所示，其中年消耗氧化鈣為40.8 t，生成氟化鈣為36.2 t。

另外，在內(nèi)循環(huán)流程中增加了一套浮頭式列管石墨冷卻器[3]，冷卻器參數(shù)如表5所示。循環(huán)水10 m3/h，需要石墨冷卻器30 m2，采用型號為Φ550 mm×3 000 mm，換熱管為Φ32 mm的換熱器。

1#和2#酸氣吸收塔塔內(nèi)采用聚丙烯板波紋250Y填料，填料高度為4 m，塔徑為Φ500 mm。循環(huán)水從2#塔頂加入，塔底廢水用塑料泵打入1#塔頂，塔底廢水打入急冷槽。1#和2#塔設(shè)計參數(shù)如表6所示。

表4 四氟殘液裝置能力

表5 浮頭列管式石墨冷卻器結(jié)構(gòu)參數(shù)

表6 酸氣吸收塔設(shè)計參數(shù)

對聚丙烯板波紋填料250Y，液相總傳質(zhì)單元高度取0.187 m。由表6看出，1#和2#塔噴淋密度分別為12.5 m3/(m2·h)、12.2 m3/(m2·h)，F(xiàn)因子分別為0.8 m/s·(kg/m3)-0.5、0.7 m/s·(kg/m3)-0.5，泛點率分別為27%和25%。其壓降計算公式[4]如式1所示：

Δp=21.4×100.008476lF0.0020768×7.977l

(1)

其中，Δp為壓降，Pa/m；l為液體噴淋密度，m3/(m2·h)。

考慮到尾氣中主要含有CO2、N2，液相含有微量HF，可近似處理為水，故此處不對液相流量作校正。其填料塔壓降分別為104 Pa和101 Pa，即兩塔壓降和為205 Pa。另外，考慮到氣體管道長度不是很長，初步計算約為1 200 Pa，這樣從鼓風(fēng)機(jī)出口到焚燒爐出口管道壓降約為1 405 Pa。

焚燒氣體經(jīng)過高速液體噴嘴后，酸性氣體大部分被水吸收，形成局部真空，如果真空度小于-1 905 Pa，將會使焚燒爐反應(yīng)壓力小于-500 Pa。

3 結(jié)論

四氟乙烯殘液焚燒新工藝采用天然氣作燃料、內(nèi)循環(huán)急冷、逆流吸收方案設(shè)計，大大減少了循環(huán)水用量和廢水排放處理量，為老裝置的節(jié)能降耗提供了可靠的技術(shù)支持。

[1] 朱順根. 有機(jī)氟殘液的處理及防護(hù)[J]. 有機(jī)氟工業(yè), 1996(3): 7-10.

[2] 李圣發(fā), 鄭惠敏, 陳新康. 有機(jī)氟殘液的焚燒處理[J]. 化工環(huán)保, 1983, 3(1): 19-22.

[3] 蘭州石油機(jī)械研究所. 換熱器下冊[M]. 2版. 北京: 中國石化出版社, 2013.

[4] 蘭州石油機(jī)械研究所. 現(xiàn)代塔器技術(shù)[M]. 2版. 北京: 中國石化出版社, 2005.

Research on Engineering Technology of Tetrafluoroethylene Residue Incineration

Li Qingyuan

(Shanghai Organic Fluorine Material Research Institute, Shanghai 200241)

Tetrafluoroethylene residual liquid burning process using natural gas as fuel, in circulating quench, counter current absorption design, significantly reduced the fresh water to join and the amount of wastewater discharge, reduce emissions and waste emissions, residual liquid burning section of the energy consumption to provide the technical support.

tetrafluoroethylene; residual liquid burning; circulating cooling; countercurrent absorption

李清元(1978—)，男，碩士，工程師，從事化工過程工程技術(shù)等方面的研究。