熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鎂中氯氣緊急凈化裝置的研究

雷炳蓮(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816000)

熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鎂中氯氣緊急凈化裝置的研究

雷炳蓮(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816000)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，鎂及鎂合金的應(yīng)用量大增，而金屬鎂的生產(chǎn)方法通常有硅熱法和熔鹽電解法兩種。硅熱法生產(chǎn)金屬鎂也伴隨著高能耗、高污染，這也導(dǎo)致國內(nèi)電解法生產(chǎn)金屬鎂的崛起。電解法生產(chǎn)金屬鎂過程中氯氣是不可避免的副產(chǎn)物，為了保持氯氣平衡，往往用氯氣作為下游PVC生產(chǎn)廠的原料，如果輸送工廠氯風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，氯氣無法輸送至PVC廠時，將對管道內(nèi)的氯氣進(jìn)行緊急凈化處理。

氯氣;緊急凈化;裝置;研究

氯化鎂電解過程中通過消耗電解質(zhì)中的MgC12，產(chǎn)出金屬鎂和氯氣。MgCl2的電解反應(yīng)為：

MgCl2(l)→Mg(l)+Cl2(g)

正常生產(chǎn)時氯氣從電解槽由氯風(fēng)機(jī)抽出并輸送到下游工廠PVC廠處理。當(dāng)氯氣輸送系統(tǒng)中氯風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，Cl2無法繼續(xù)送出處理，這時需要凈化系統(tǒng)將管路中的氯氣立即進(jìn)行緊急凈化處理，達(dá)標(biāo)排放。

1 凈化原理

煙氣的處理主要采用濕法凈化技術(shù)，即采用堿性NaOH溶液洗滌煙氣中的酸性氣體。正常生產(chǎn)時，電解尾氣凈化系統(tǒng)處理的污染物主要為含有HCl氣體的尾氣。NaOH溶液噴淋洗滌酸性HCl氣體。其吸收機(jī)理是利用尾氣中HCl氣體易溶于水的特點(diǎn)，再利用其水溶液水解電離的離子所呈現(xiàn)的酸性，跟堿性溶液發(fā)生中和反應(yīng)的原理，來實(shí)現(xiàn)凈化HCl氣體的目的。吸收液采用NaOH溶液。凈化吸收化學(xué)反應(yīng)如下：

HCl+NaOH=NaCl+H2O

緊急狀態(tài)時電解尾氣凈化系統(tǒng)還需要處理含有大量Cl2的尾氣：反應(yīng)原理：氣體與NaOH溶液接觸，發(fā)生反應(yīng)生成次氯酸鈉和鹽。反應(yīng)化學(xué)方程式如下：

Cl2(g)+2NaOH→NaClO+NaCl+H2O(l)

反應(yīng)生成的NaClO儲存起來，定期處理。吸收液用PH檢測儀監(jiān)測，當(dāng)循環(huán)槽中的吸收液PH值低于7.5時，應(yīng)補(bǔ)充堿液，來保證吸收效率。

2 凈化工藝流程

緊急狀態(tài)時，氯氣輸送系統(tǒng)中的氯風(fēng)機(jī)發(fā)生事故，大量的Cl2無法繼續(xù)送出處理，這時需要凈化系統(tǒng)將管路中的氯氣進(jìn)行緊急凈化處理，并達(dá)標(biāo)排放。

采用二級吸收塔串并聯(lián)的吸收工藝流程，尾氣正常時采用一級塔進(jìn)行凈化處理，當(dāng)緊急事故時啟動二級串聯(lián)凈化吸收。其優(yōu)點(diǎn)：

1)吸收效率高，確保達(dá)標(biāo)排放要求；2)NaOH利用率高節(jié)約吸收液成本；3)運(yùn)行安全可靠便于維護(hù)保養(yǎng)減少故障率。匯集廢氣在引風(fēng)機(jī)的作用下通過廢氣管道進(jìn)入吸收塔內(nèi)與NaOH溶液中和反應(yīng)達(dá)到凈化目的，根據(jù)閥門轉(zhuǎn)換廢氣可單級吸收或者雙級吸收，也可以并聯(lián)使用，可根據(jù)廢氣濃度、氣量等條件進(jìn)行最合理的操作。

一級塔為湍沖式吸收，主要考慮含塵比較大或者廢氣溫度比較高時采用此塔吸收凈化效果比較好，其原理主要為逆噴凈化技術(shù)。逆噴技術(shù)的核心為泡沫區(qū)的吸收，它是由吸收液與煙氣逆向接觸，使二者達(dá)到動量平衡，從而形成泡沫區(qū)。泡沫區(qū)是一個激烈湍動的、氣-液逆向碰撞的、液體表面快速更新的氣液混合區(qū)域，在這個區(qū)域里最大限度地實(shí)現(xiàn)了高效傳質(zhì)和傳熱過程，吸收液的湍動膜包裹了煙氣中的粉塵，使其體積增大利于從煙氣中分離；又由于吸收液中的水分不斷蒸發(fā)，氣體被冷卻近絕熱飽和溫度，溫度的降低又減小了氣相中氣體的平衡分壓，促使氣體連續(xù)不斷地和吸收液反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了急冷、吸收、粉塵脫除的三大功效。湍沖式吸收塔與傳統(tǒng)填料塔等相比不光吸收效率有優(yōu)勢，在結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、外形等方面有很大優(yōu)勢：

(1)噴頭：湍沖式吸收塔由于是一個噴頭噴液，孔徑相對較大，不易堵塞；

(2)外形：由于湍沖吸收塔吸收主要在湍沖區(qū)，而不在塔內(nèi)，塔體主要是用作氣液分離，故高度與直徑，可做的相對較小，占用場地面積少；

二級吸收塔為填料式，吸收液沿填料表面流下，形成很大的表面積，氣體通過填料層，與填料表面上的液膜接觸反應(yīng)傳質(zhì)，達(dá)到比較穩(wěn)的吸收效率，適用于粉塵比較少，溫度在85℃以下的廢氣。含塵比較高容易堵塞填料影響吸收效果。一級塔堿液消耗比較快，放熱反應(yīng)激烈，換液時會嚴(yán)重影響吸收效果。兩塔串聯(lián)后，前塔已經(jīng)吸收大部份有害廢氣，廢氣濃度降低，然后再次進(jìn)入二級吸收塔，得到了可靠穩(wěn)定二次洗滌凈化，確保了尾氣達(dá)標(biāo)排放。另外在正常廢氣吸收時可單塔運(yùn)行，可以在不停車的情況下逐一對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。整套尾氣輸送系統(tǒng)選用變頻風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖進(jìn)氣口前壓力檢測控制。由于工況的不確定性，如出現(xiàn)尾氣氣量持續(xù)波動較大的情況，則根據(jù)壓力的變化調(diào)節(jié)變頻器的頻率。如進(jìn)氣口前絕對壓力變化值變大，則根據(jù)預(yù)設(shè)值，降低頻率；相反則反之。

吸收液的排放和補(bǔ)充，由PH計檢測判定。但PH值低于7.5，則吸收液中堿液成分已經(jīng)接近為消耗，也就意味著即將失效。由PH計向PLC傳送信號并報警，聯(lián)鎖開啟氣動排污閥門，將已經(jīng)失效的吸收液排放至液位下限，通過雷達(dá)液位儀監(jiān)測液位，并傳送信號至PLC后，聯(lián)鎖關(guān)閉氣動排污閥門，同時報警并啟動補(bǔ)堿泵，向塔內(nèi)打入高濃度堿液至液位上限，同樣由液位儀監(jiān)測并給出信號、報警。配堿槽的液位監(jiān)測需要傳送信號至PLC控制系統(tǒng)，向吸收塔內(nèi)補(bǔ)堿后，液位低于設(shè)定值，則需要補(bǔ)充配制新堿，配制過程通過流量控制。按照固定比例加入液堿和工藝水。污水泵與液位儀聯(lián)鎖，當(dāng)液位測量到上限時，污水泵自動啟動向外排液，到液位下限時，污水泵自動停止工作。

3 結(jié)語

電解法生產(chǎn)金屬鎂的工廠，為了不污染環(huán)境，氯氣緊急凈化裝置是不可缺的，通過對此裝置的研究，將進(jìn)一步為保護(hù)環(huán)境做出一定的貢獻(xiàn)。

[1]周云英，石玉英《鎂電氯氣凈化系統(tǒng)的優(yōu)化研究》湖南有色金屬，第30卷第6期2014.12.

[2]閆健，郭世杰，劉國慶《氯氣處理技術(shù)方案的選擇》中國氯堿，2016.4.

雷炳蓮（1984-），女，漢學(xué)歷：本科 職稱：化工工藝助理工程師，研究方向，熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鎂中氯氣緊急凈化裝置的研究。