含氯廢氣凈化吸收裝置的防腐

吳培德， 張?jiān)姽猓?邢利華， 張永慶

(金川集團(tuán)公司， 甘肅 金昌 737100)

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含氯廢氣凈化吸收裝置的防腐

吳培德， 張?jiān)姽猓?邢利華， 張永慶

(金川集團(tuán)公司， 甘肅 金昌 737100)

介紹了含氯冶煉廢氣凈化吸收裝置的設(shè)計(jì)、構(gòu)造及工作原理，詳細(xì)介紹了設(shè)備材質(zhì)的選用以及采取的防腐措施。

含氯廢氣； 凈化吸收； 吸收塔； 防腐； 選材

甘肅金川公司是我國(guó)最大的鎳鈷生產(chǎn)基地和鉑族金屬提煉中心，在鎳、鈷、貴金屬濕法冶金生產(chǎn)過(guò)程中有大量的含氯廢尾氣產(chǎn)生，氯氣有毒，必須采用有效的措施對(duì)余氯廢氣進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。傳統(tǒng)余氯吸收裝置在使用中普遍存在著自動(dòng)化水平低、檢修頻繁等問(wèn)題，含氯廢氣外溢、廢氣外排超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)周邊環(huán)境造成污染。金川公司在2012年新建的6萬(wàn)t/a電解鎳技改項(xiàng)目中,在充分總結(jié)前期余氯吸收系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,建成了一套新型氯氣吸收裝置。該裝置投入生產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定，防腐效果好，自動(dòng)化程度高，吸收效率高。本文介紹該氯氣吸收裝置的防腐設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果。

1 余氯吸收工藝

1.1 堿液吸收法的原理

國(guó)內(nèi)外對(duì)含氯廢氣的治理主要有堿液吸收法、氯化亞鐵溶液或鐵屑吸收法、聯(lián)合凈化法等。有色金屬濕法生產(chǎn)中產(chǎn)生的含氯廢氣濃度高、溫度高，故優(yōu)選堿液吸收法。

堿吸收法的基本原理為[1]：

2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O+Q

(1)

堿液吸收是國(guó)內(nèi)外最常用的處理含氯廢氣的方法，氫氧化鈉堿液吸收廢氯氣效率高，速度快，氯氣去除比較徹底，設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行安全穩(wěn)定，工業(yè)上應(yīng)用廣泛[2]。

1.2 工藝流程[3]

余氯吸收裝置的核心部件是一級(jí)或多級(jí)氯氣吸收塔，主要由儲(chǔ)液段、除霧段、噴淋吸收段等構(gòu)成。吸收塔設(shè)計(jì)為塔槽一體化，塔底段為儲(chǔ)液循環(huán)槽，用于吸收液的儲(chǔ)存；循環(huán)泵從塔底將堿液抽出，送往噴淋段噴嘴，廢氣主要在噴淋吸收段吸收；塔上部是除霧器部分，以除去廢氣中的酸霧。塔內(nèi)氯氣溫度約為50～110 ℃。含氯廢氣從吸收塔中部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)吸收塔內(nèi)填料與逆向流動(dòng)的堿液充分接觸，期間氯氣被堿液吸收。吸收凈化后符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的尾氣從塔頂排出。生成的NaClO經(jīng)催化分解后外排至污水處理廠。余氯吸收工藝流程如圖1所示。

實(shí)際生產(chǎn)中，為了方便操作，采用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)控制，連續(xù)監(jiān)測(cè)吸收液的pH、氯氣溫度、廢氣吸收前含氯、吸收后含氯。當(dāng)吸收液的堿性低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)排出儲(chǔ)液槽，加入新的堿液后再開(kāi)始循環(huán)吸收作業(yè)，以確保吸收效果。

圖1 三級(jí)余氯吸收工藝流程圖

2 吸收裝置的運(yùn)行工況和腐蝕狀況

2.1 吸收裝置的運(yùn)行工況

余氯吸收裝置運(yùn)行的典型介質(zhì)條件為：鎳凈化除鈷、銅渣浸出銅工段產(chǎn)生的兩種含Cl2高溫混合氣體，其中含有微量的重金屬離子。兩種廢氣溫度分別為70～80 ℃、100～110 ℃，廢氣量分別為15 000 m3/h，共計(jì)約30 000 m3/h，含氯2 400～26 000/m3。吸收劑NaOH濃度10%～15%，吸收后液為次氯酸鹽、氯化鹽等，外排廢水含堿1.5%以下，pH=7～8。

廢氣在吸收塔內(nèi)與堿液發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，塔內(nèi)溫度迅速升高，由于余氯廢氣夾帶有大量的水蒸汽，氯氣發(fā)生水解生成鹽酸和次氯酸。次氯酸可分解釋放出活性氧，其腐蝕性非常強(qiáng)[4]。吸收塔內(nèi)不僅有氣體腐蝕，還存在50～110 ℃堿液腐蝕，并且吸收塔儲(chǔ)液段儲(chǔ)存有堿液，堿液靜壓和堿液循環(huán)泵振動(dòng)也會(huì)造成疲勞腐蝕等。

2.2 吸收塔的腐蝕狀況

金川公司鎳、鈷、貴金屬濕法冶金車間余氯吸裝置先后采用過(guò)PP塑料、硬PVC等塑料加工制作，其熱變形腐蝕損壞明顯。塑料的導(dǎo)熱系數(shù)很小，在荷載的長(zhǎng)期作用下易產(chǎn)生蠕變，隨著時(shí)間的延續(xù)變形增大，而且溫度愈高，變形增大愈快，在80～90 ℃，PP塑料、硬PVC塑料吸收塔儲(chǔ)液段變形非常明顯。吸收塔焊縫部位首先被腐蝕破壞，出現(xiàn)滲漏，老化開(kāi)裂，滲漏檢修非常頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

3 吸收裝置的防腐

為了防止和減輕吸收塔的腐蝕，延長(zhǎng)吸收裝置壽命，確保余氯吸收連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，公司對(duì)新建的6萬(wàn)t/a電解鎳技改項(xiàng)目的余氯吸裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇有效的防腐蝕材料，同時(shí)嚴(yán)抓施工質(zhì)量。

3.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

余氯廢氣與堿液化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)是造成吸收塔腐蝕破壞的主要因素。為了提高吸收塔的耐腐蝕性能，對(duì)吸收塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在一、二級(jí)吸收塔外側(cè)增加鈦材進(jìn)氣吸收管，使余氯廢氣與堿液劇烈的化學(xué)放熱反應(yīng)主要集中在強(qiáng)耐蝕鈦合金進(jìn)氣管局部進(jìn)行，以減輕塔體的腐蝕。并且吸收液堿逆向加入，液堿利用率≥98%。

3.2 合理選材

3.2.1 塔體選材

預(yù)洗塔、一級(jí)吸收塔、二級(jí)吸收塔為余氯吸收裝置的核心，選用耐腐蝕性能優(yōu)良的PVDF/FRP復(fù)合材料制作。PVDF/FRP 復(fù)合設(shè)備內(nèi)襯采用PVDF制成芯模,外部采用整體纏繞成型工藝。帶有碳纖維背襯的PVDF/FRP復(fù)合材料制成預(yù)洗塔、一級(jí)吸收塔、二級(jí)吸收塔。FRP樹(shù)脂選用美國(guó)陶氏化學(xué)生產(chǎn)的DOW470- 300及DOW411- 350。DOW470- 300酚醛環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂在較高溫度下機(jī)械性能良好，DOW411- 350適用于高溫氯氣、堿液腐蝕介質(zhì)。設(shè)備內(nèi)外層材料的選擇充分考慮了所裝溶液對(duì)吸收塔體的腐蝕和沖刷影響，同時(shí)考慮了設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的沖擊荷載，保證吸收塔具有較好的強(qiáng)度和剛度。

3.2.2 進(jìn)料管及過(guò)流管選材

一、二級(jí)吸收塔進(jìn)料管及換熱器過(guò)流管采用耐腐蝕性能優(yōu)良的鈦材制作，鈦材對(duì)于介質(zhì)具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，適應(yīng)性能好。在施工過(guò)程中，為確保鈦材部件的耐腐蝕性能，嚴(yán)格按照管道工程鈦材焊接規(guī)范LON1015E操作，防止產(chǎn)生粗晶組織、殘余變形，確保焊接區(qū)質(zhì)量，符合SHJ502- 86要求。

3.2.3 自控儀表選材

自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備、儀表，適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定控制，設(shè)計(jì)使用壽命≥5 a。配套的自控系統(tǒng)信號(hào)能夠上傳至中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。儀器儀表自控設(shè)備材質(zhì)如下：

溫度檢測(cè)：溫度檢測(cè)元件選用國(guó)內(nèi)某廠的WZP100型熱電阻，可直接測(cè)量溫度在-200 ～500 ℃范圍內(nèi)介質(zhì)的表面溫度；防爆等級(jí)dIIB T4；防腐材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti+聚四氟乙烯F46。

流量檢測(cè)：流量檢測(cè)選用日本橫河AXF電磁流量計(jì)，防爆等級(jí)dIIB T4；防腐材質(zhì)電極為鉑銥，襯里為碳氟PFA。

液位檢測(cè)：堿槽、吸收塔液位檢測(cè)選用日本橫河EJX438系列液位變送器，防爆等級(jí)dII CT4；防腐材質(zhì)為哈氏合金HC- 276。

余氯廢氣檢測(cè)：廢氣進(jìn)、出口氯氣檢測(cè)選用美國(guó)AAI(Applied Analytics,Inc)制造的OMA- 300光譜分析儀；精度等級(jí)±1%；防護(hù)等級(jí)IP 65。

在線監(jiān)測(cè)：自控系統(tǒng)采用西門(mén)子S7系列控制系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，可靠性高。

3.3 配置冷卻系統(tǒng)

針對(duì)余氯吸收裝置廢氣溫度高、反應(yīng)放熱、塔內(nèi)高溫腐蝕等情況，新建的余氯吸收裝置中配置冷卻系統(tǒng)，對(duì)廢氣進(jìn)行酸霧冷卻回收處理。余氯廢氣經(jīng)換熱器進(jìn)入酸霧預(yù)洗塔，該部分廢氣帶來(lái)的熱量由塔前400 m2鈦制換熱器轉(zhuǎn)換至系統(tǒng)外部，降低了吸收塔內(nèi)的溫度，提高了吸收塔的耐腐蝕性能。實(shí)踐證明，該項(xiàng)措施非常有效。

同時(shí)，在一、二級(jí)吸收塔外側(cè)氯氣與堿液發(fā)生劇烈化學(xué)放熱反應(yīng)的部位鈦合金進(jìn)氣吸收管，配置150 m2換熱器，大量的反應(yīng)熱經(jīng)換熱器轉(zhuǎn)換至系統(tǒng)外部。通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水流量，將一、二級(jí)吸收塔內(nèi)循環(huán)吸收堿液溫度控制在40 ℃左右，達(dá)到防止塔體腐蝕的目的。

4 運(yùn)行效果

含氯廢氣堿液吸收法凈化處理的工藝指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 含氯廢氣堿液吸收凈化處理工藝指標(biāo)

可見(jiàn)，該凈化系統(tǒng)脫氯效率大于99.88%。經(jīng)該吸收裝置處理后的廢氣，達(dá)到現(xiàn)行《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25467—2010)中有關(guān)規(guī)定，符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，尾氣高空(30 m)排放。

值得一提的是，金川公司鎳電解車間采用制備碳酸鎳的上清廢液取代堿液吸收氯氣，堿耗成本降低約20%，有效降低了余氯廢氣吸收成本，且減少了外排廢水量，達(dá)到了以廢治廢的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

金川公司在2012年新建的6萬(wàn)t/a電解鎳技改項(xiàng)目中，成功解決了傳統(tǒng)余氯吸收裝置易腐蝕滲漏、檢修頻繁的難題，建成了一套技術(shù)先進(jìn)、防腐效果好、自動(dòng)化程度高、吸收效率高、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的氯氣吸收裝置。該裝置運(yùn)行兩年來(lái)，未出現(xiàn)過(guò)滲漏，其經(jīng)驗(yàn)可供同行借鑒。

[1] 肖遠(yuǎn)雄，王金泉，吳子鋒，梁恒泉．兩種氯氣吸收裝置的工藝比較[J].廣東化工，2008， 35 (3) ：42-43,70.

[2] 張金萍，李德生，陳永志. 廢氯氣吸收回用的新方法[J].環(huán)境保護(hù)，2004,(12)：22-24.

[3] 吳培德.氯氣吸收塔的腐蝕與防護(hù)[J].中國(guó)有色冶金，2011，(1)：42-43,48.

[4] 宮蘭華．氯氣處理中濕氯設(shè)備的腐蝕與防護(hù)[J].化工設(shè)備與防腐蝕，2001，(1)：60-61.

Anticorrosion of purifying-absorbing device of chlorine containing waste gas

WU Pei-de, ZHANG Shi-guang, XING Li-hua, ZHANG Yong-qing

This paper introduced the design, structure and working principle of purifying-absorbing device of chlorine containing smelting waste gas, and the selection of equipment and materials, the anticorrosion measures taken in detail.

chlorine containing waste gas; purifying-absorbing; absorber; anticorrosion; material selection

吳培德(1974—)，男 ，甘肅金昌人，防腐工程師，從事鎳、銅、鈷、貴金屬濕法冶金防腐工作。

2014-- 03-- 28

2014-- 05-- 14

TF805.3

B

1672-- 6103(2015)02-- 0048-- 03