含氯化氫廢氣的處理與回收利用

劉巧玲（神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)發(fā)有限公司氧化鋁中試廠(chǎng)，內(nèi)蒙古 薛家灣 010300）

含氯化氫廢氣的處理與回收利用

劉巧玲（神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)發(fā)有限公司氧化鋁中試廠(chǎng)，內(nèi)蒙古 薛家灣 010300）

化工行業(yè)、冶煉及電鍍行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯化氫氣體，若直接排放到大氣中，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人體健康，同時(shí)造成極大的浪費(fèi)；若采取一定的措施處理可以回收重新利用，并且保證尾氣達(dá)標(biāo)排放，達(dá)到環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益共贏(yíng)。本文利用負(fù)壓抽吸引流物理吸收和化學(xué)吸收共同作用原理，針對(duì)酸法生產(chǎn)氧化鋁生產(chǎn)裝置的氯化氫廢氣的回收，采用吸收劑分段循環(huán)和降溫相結(jié)合的回收工藝，研究和設(shè)計(jì)了廢氣的吸收裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：可以使鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30%，氯化氫回收率達(dá)到97.5%以上。

氯化氫氣體；達(dá)標(biāo)排放；環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益；氯化氫回收

隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，近幾年化工行業(yè)逐漸向西部轉(zhuǎn)移，西部大氣污染由原來(lái)的以燃煤為主的“煤煙型”污染，又增加了化工、冶金行業(yè)排放的有毒廢氣的污染。大氣污染物特征因子由原來(lái)的“二氧化硫、氮氧化物、顆粒物”等又增加了像氯化氫等帶酸性的刺激性的有毒氣體，隨之而來(lái)的地區(qū)控制標(biāo)準(zhǔn)、控制排放量及地區(qū)管控措施均需逐步完善。本文主要介紹化工行業(yè)、冶煉及電鍍行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)品氯化氫氣體的回收處理、回收裝置設(shè)計(jì)及利用。

1 氯化氫氣體危害及回收利用方法

1.1 含氯化氫廢氣的危害

化工行業(yè)、冶煉及電鍍行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出的含氯化氫廢氣若不進(jìn)行處理直接排入環(huán)境，經(jīng)擴(kuò)散，在對(duì)流層被降水清除，據(jù)報(bào)道美國(guó)東北部降水中氯化氫所占的比例為5%，形成了較重的酸雨，嚴(yán)重破壞了建筑、森林和湖泊，影響了農(nóng)作物的生長(zhǎng)，損害了人民的身心健康。

目前國(guó)家相關(guān)法規(guī)已將HC1列入有毒有害氣體類(lèi)別，并出臺(tái)了部分控制標(biāo)準(zhǔn)，如工業(yè)中對(duì)HC1的排放也有具體明確的規(guī)定，如《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900—2008)、《大氣污染物綜合排放標(biāo)》(GB16297—1996)；在《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》(GBZ 230—2010)、《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36—79)、《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2—2007)、《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB18218-2009)等對(duì)HC1氣體的排放均有嚴(yán)格的規(guī)定和控制等。

HC1氣體對(duì)人體健康危害如下：HC1氣體對(duì)呼吸道粘膜和眼睛有非常強(qiáng)烈的刺激作用。急性中毒癥狀：輕者出現(xiàn)頭痛、頭暈、惡心、眼睛痛、痰中帶血、咳嗽、聲音嘶啞、呼吸困難、胸悶、胸痛等。重者肺部產(chǎn)生炎癥、肺部水腫、肺不擴(kuò)張。眼角膜可見(jiàn)潰瘍或混濁。直接接觸皮膚可出現(xiàn)大量紅色小丘疹，像粟粒樣且呈潮紅痛伴熱。慢性影響表現(xiàn)在：較高濃度長(zhǎng)期接觸，可引起胃腸功能紊亂障礙、慢性支氣管炎及牙齒酸蝕癥。HC1氣體局部作用引起的癥狀有皮膚損傷、粘膜受損、結(jié)膜炎和角膜壞死，導(dǎo)致燒傷并伴有劇烈疼痛感。呼吸道吸入后易引起鼻炎、鼻中隔穿孔、牙齒糜爛、喉頭發(fā)炎、支氣管發(fā)炎、肺炎、導(dǎo)致頭痛和心悸且有窒息感。吞咽下時(shí)，會(huì)刺激口腔、喉、食管以及胃粘膜，引起流涎、惡心、嘔吐、腸穿孔、打寒戰(zhàn)、渾身發(fā)熱、焦躁不安甚至休克及腎發(fā)炎。長(zhǎng)期接觸低濃度氯化氫氣體可使皮膚干燥并變土色，也可引起咳嗽、頭痛、失眠、呼吸困難、心悸亢進(jìn)以及胃劇痛等情況。而慢性中毒患者的最明顯癥狀是牙齒表面變得特別粗糙、特別是前門(mén)牙產(chǎn)生斑點(diǎn)。因此，回收治理工業(yè)廢氣中產(chǎn)生的氯化氫氣體是十分必要的，它對(duì)人體產(chǎn)生的傷害應(yīng)該引起足夠的重視。

1.2 氯化氫氣體回收的機(jī)理

根據(jù)不同的操作方法，氯化氫常用回收方法與裝置包括了液體分散型和氣體分散型兩種。由于氣體側(cè)阻力很大，用水或堿液吸收氯化氫時(shí)，要用液體分散性裝置比較有利。工業(yè)上常用的分散型氯化氫吸收裝置的襯里材料通常是橡膠、聚氯乙烯、搪瓷等，主要有：填料塔、噴液滌氣塔等，具體用何種材料應(yīng)視具體的工藝情況來(lái)確定。本文利用負(fù)壓抽吸引流物理吸收和化學(xué)吸收共同作用原理，針對(duì)酸法氧化鋁生產(chǎn)裝置的氯化氫廢氣的回收，采用吸收劑分段循環(huán)和降溫相結(jié)合的回收工藝，研究和設(shè)計(jì)了廢氣的吸收裝置。

1.2.1 氯化氫的特性

氯化氫在常溫常壓下具有刺激性臭味，是無(wú)色帶有毒性的氣體。它極易溶于水，在0℃時(shí)，1體積的水大約能溶解500體積的氯化氫。它的水溶液為鹽酸，呈酸性。工業(yè)用鹽酸因?yàn)楹猩倭咳然F，常呈微黃色。氯化氫氣體密度為(25℃，101.325kPa)：1.500kg/m3，是空氣的1.268倍；液體密度為(-85.1℃ ，101.325kPa)：1191kg/m3；熔 點(diǎn)：-114.2℃ ；沸 點(diǎn)(101.325kPa)：-85.0℃；生成熱-92.34KJ/mol，表明氯化氫氣體在空氣中不燃燒，熱量穩(wěn)定，約1500℃才分解。氯化氫不與水反應(yīng)但極易溶于水中，空氣中經(jīng)常以鹽酸煙霧的形式存在。

根據(jù)氯化氫氣體極易溶于水的特性，用水及稀鹽酸分段吸收處理含有氯化氫氣體的工業(yè)廢氣，制成30%的鹽酸，所得到的鹽酸可用于工業(yè)生產(chǎn)，該處理方法將廢氣中的氯化氫氣體分離并綜合利用，既有較高的環(huán)境效益，又有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是一種可廣泛采用的好方法。

1.2.2 氯化氫極易溶解于水的內(nèi)在機(jī)理

從以上反應(yīng)式可以看出:一個(gè)水分子就可以吸收一個(gè)氯化氫分子,其反應(yīng)的過(guò)程,是物理化學(xué)過(guò)程,且放出熱量Q。當(dāng)壓力一定時(shí),降低溫度有利于氯化氫氣體的回收。

HCL·H2O原子團(tuán)的結(jié)構(gòu),當(dāng)HCL分子進(jìn)入水分子以后,由于氧原子有較強(qiáng)的負(fù)電荷引力,所以HCL分子中的氫原子與氧原子形成引力,這個(gè)正是氯化氫氣體極易溶解于水的內(nèi)在機(jī)理。

2 化工行業(yè)中帶有氯化氫氣體廢氣的來(lái)源

工業(yè)廢氣中氯化氫的來(lái)源主要來(lái)自化工及冶煉行業(yè)的生產(chǎn)，例如采用鹽酸做原料生產(chǎn)的行業(yè)、冶煉行業(yè)及電鍍行業(yè)等，由于氯化氫氣體極易揮發(fā)，生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)設(shè)備、閥門(mén)、管道連接處不嚴(yán)密點(diǎn)均可散發(fā)到作業(yè)場(chǎng)所，隨著濃度增加影響人體健康；還有其工藝末尾環(huán)節(jié)產(chǎn)生含氯化氫氣體的廢氣，排入大氣，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。

3 目前采用的含氯化氫氣體工業(yè)廢氣治理方法

3.1 吸收裝置的組成和工藝

為了形成負(fù)壓抽吸待處理的有毒氣體，在一定壓力下，利用液體吸收劑，經(jīng)過(guò)噴射泵噴射水流的沖擊作用，基于恒定的溫度與壓強(qiáng)下，使溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移，使一定量的吸收劑與氣體接觸，并且為了達(dá)到平衡，直到液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和，不再增加濃度，從而能夠利用其分離操作除去有害組分，達(dá)到氣液相混合的目的，以?xún)艋瘹怏w、制備某種氣體的溶液。如：有機(jī)合成制備或生產(chǎn)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生大量的氯化氫氣體，通常情況下，針對(duì)化合物制備工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中伴有的有害廢氣，我們都用水做吸收劑制成鹽酸，采用水噴射泵、耐腐蝕循環(huán)泵等形成循環(huán)吸收塔的串級(jí)吸收處理，防止有害氣體的產(chǎn)生和釋放。在水噴射泵的抽吸下，氯化氫氣體經(jīng)過(guò)由吸收塔與水一次吸收接觸，而經(jīng)過(guò)耐腐蝕陶瓷循環(huán)，沒(méi)有吸收完全的含氯化氫溶液會(huì)被抽提到二級(jí)、三級(jí)水噴射泵與被抽吸的反應(yīng)生產(chǎn)的氯化氫氣體再次氣液混合吸收，從而到達(dá)飽和濃度和相平衡。

3.2 應(yīng)用及結(jié)果

為了在低溫下進(jìn)行吸收，應(yīng)設(shè)法移走溶解熱，確保酸的濃度和提高吸收氯化氫的能力。但是要注意降低吸收液的溫度必須用冷卻水，用夾套冷卻水對(duì)吸收罐進(jìn)行降溫，并且為了提高氯化氫的吸收效率，可以將冷凝器加裝在釋放有毒氣體進(jìn)入噴射泵之前，從而保證氣體被充分的吸收，達(dá)到降溫的效果。為了制成濃度為30%成品鹽酸，一級(jí)水噴射泵下水經(jīng)過(guò)內(nèi)腐蝕循環(huán)泵抽提，不對(duì)外排放廢水而繼續(xù)會(huì)用下，依次從二級(jí)和三級(jí)噴射泵負(fù)壓再次進(jìn)入吸收罐吸收尾氣。經(jīng)過(guò)二、三級(jí)負(fù)壓射流吸收后，可用5%氫氧化鈉堿液淋洗罐吸收的方法，來(lái)解決所剩殘留氯化氫氣體，并且在選擇相應(yīng)的氣體吸收液上，此裝置可以根據(jù)被吸收氣體的不同來(lái)選擇，如：處理NH3氣體的時(shí)候，吸收液可以選擇稀硫酸。經(jīng)過(guò)測(cè)定，這種吸收裝置使用后，含酸廢水不再排放，吸收氯化氫效率大大提升，經(jīng)過(guò)循環(huán)使用，能減少新鮮水的用量和外排廢氣量，可以制得30%的副產(chǎn)品鹽酸。

采用本系統(tǒng)吸收合成反應(yīng)時(shí)釋放的氯化氫廢氣分為三個(gè)階段，廢氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%：第一階段表現(xiàn)為上升的支線(xiàn)，為快速階段；第二階段由于受濃度增大的影響，傳質(zhì)推動(dòng)力度濃度差主編減少，因此該階段表現(xiàn)為平緩的拋物線(xiàn)，為慢速階段；第三階段表現(xiàn)為延長(zhǎng)的水平線(xiàn)，為平緩階段，這說(shuō)明氯化氫的吸收與揮發(fā)達(dá)到平衡，隨著時(shí)間延長(zhǎng)而溶液濃度不變達(dá)到飽和狀態(tài)。如果在相同的條件下，用該新設(shè)計(jì)的處理裝置吸收氯化氫的溶液含量高，在吸收時(shí)間相同的基礎(chǔ)上，要達(dá)到某一相同濃度，跟以往沒(méi)有改進(jìn)的裝置相比，新裝置所需時(shí)間比較短。由此可見(jiàn)，吸收工藝完全能適應(yīng)酸法生產(chǎn)氧化鋁，具有良好的操作彈性。

根據(jù)環(huán)境化學(xué)與監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，選擇不同的反應(yīng)時(shí)間，對(duì)處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行分時(shí)段連續(xù)監(jiān)測(cè)，氯化氫廢氣的進(jìn)氣和放空排放量數(shù)據(jù)具有以下結(jié)果：三級(jí)吸收和淋洗塔只有極少部分直接經(jīng)放空管被排放到空氣中，能夠吸收在97.5%以上的廢氣，具有很高的凈化效率。并且經(jīng)過(guò)該凈化系統(tǒng)處理后，含HCL廢氣完全可以符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 含氯化氫廢氣治理流程

4.1 作業(yè)場(chǎng)所逸散氯化氫氣體的治理及回收利用流程

4.1.1 系統(tǒng)工藝流程

4.1.2 工藝簡(jiǎn)述

（1）由酸洗槽或反應(yīng)釜等裝置產(chǎn)生的含鹽酸霧酸性廢氣，經(jīng)集氣罩、風(fēng)管進(jìn)入除酸霧器，除酸霧器內(nèi)裝有耐腐蝕材質(zhì)的絲狀物，其去除率達(dá)90%，收集的酸霧經(jīng)自然冷卻后形成鹽酸，排入鹽酸收集器。含酸廢氣由塔底進(jìn)入以玻璃鋼為材質(zhì)，內(nèi)裝PVC波紋填料的吸收塔，在吸收塔中與上部噴淋水溶液逆向接觸被吸收排入塔底，經(jīng)耐酸循環(huán)泵，循環(huán)吸收。一級(jí)塔吸收率達(dá)95%以上，多級(jí)塔吸收率達(dá)97.5%左右，其HC1含量達(dá)30%時(shí)排入鹽酸收集器，用作原料返回使用。處理后的廢氣經(jīng)擋水設(shè)備液氣分離后達(dá)標(biāo)氣體通過(guò)煙囪排入環(huán)境。

（2）若廢氣中氯化氫氣體溫度高，則需通過(guò)石墨冷卻器冷卻，增加吸收效果，吸收液返回系統(tǒng)。

（3）尾氣經(jīng)過(guò)帶有填料裝置的吸收液為水的吸收塔（結(jié)合實(shí)際情況確定吸收塔級(jí)數(shù)）吸收，吸收液配備酸度計(jì)、液位計(jì)。當(dāng)酸液酸濃

度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，將酸液打到系統(tǒng)回收；繼續(xù)補(bǔ)充新水到規(guī)定液位值，排放至大氣中氯化氫氣體排放濃度符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297—1996)。

4.2 工藝過(guò)程中產(chǎn)生的含有氯化氫氣體的廢氣治理及回收利用流程

4.2.1 系統(tǒng)工藝流程圖

4.2.2 工藝簡(jiǎn)述：

（1）液體水在淋洗塔中自塔頂向下以霧狀（或小液滴）噴灑而下，廢氣則由塔體（逆向流）達(dá)到氣液接觸使廢氣冷卻，去除顆粒物。

吸收水的低濃度鹽酸循環(huán)液自吸收塔頂均勻淋下并沿著填料表面下流，廢氣通過(guò)填料間隙上升與液體做連續(xù)的逆流接觸，廢氣中可溶的氯化氫氣體不斷地被吸收，鹽酸循環(huán)液濃度不斷升高，達(dá)到回收標(biāo)準(zhǔn)。

堿吸收塔中高濃度循環(huán)堿液自塔頂均勻淋下并沿著填料表面下流，尾氣通過(guò)填料間隙上升與液體做連續(xù)的逆流接觸，尾氣中少量的氯化氫氣體不斷地被吸收，使得尾氣中氯化氫氣體濃度降低，達(dá)到尾氣氯化氫氣體環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)果及討論

（1）在中試生產(chǎn)裝置的尾氣回收上，采用吸收劑分段多級(jí)循環(huán)抽吸和降溫相結(jié)合的連續(xù)回收工藝，可以使得鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30%，氯化氫回收率達(dá)到97.5%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)意，并達(dá)到了綜合利用的目的。

（2）將噴射泵的噴嘴制成排管狀，可以保證抽吸效能，并對(duì)準(zhǔn)中軸線(xiàn)。同時(shí)，為了使吸收水的用量得到調(diào)控，在吸收水之前，在集中控制室中，可以加裝一超聲波流量計(jì)，便于自動(dòng)化操作，提高氣體吸收質(zhì)量。

[1]化工原理，譚天恩，竇梅，周明華[M]化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297-1996）[M]北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

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劉巧玲，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)發(fā)有限公司氧化鋁中試廠(chǎng)環(huán)保專(zhuān)工。