氯化氫吸收裝置安全環(huán)保改進(jìn)

顧濤，魯秀秀

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱“圣雄氯堿”)是一家以發(fā)展煤電鹽化為一體的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的現(xiàn)代化氯堿企業(yè)，離子膜法燒堿生產(chǎn)規(guī)模40萬t/a，電石法聚氯乙烯生產(chǎn)規(guī)模55萬t/a。鹽酸生產(chǎn)裝置在氯堿生產(chǎn)中具有重要的作用，在聚氯乙烯裝置停車降量或燒堿裝置自用酸量不足時(shí)，須生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31%的高純鹽酸。圣雄氯堿氯化氫吸收裝置采用兩級降膜吸收，排出的尾氣含量超標(biāo)，不能滿足環(huán)保要求，因此，對氯化氫吸收工藝進(jìn)行了改造。

1 改造前工藝狀況

1.1 吸收工藝

氯化氫氣體溶于水或者說用水吸收氯化氫氣體后生成了鹽酸，用高純水吸收則生成了高純鹽酸。該吸收過程本質(zhì)上是氯化氫分子越過氣液兩相界面向水中擴(kuò)散的過程。圣雄氯堿共有8套氯化氫降膜吸收器，2種吸收系統(tǒng)，其中4套為90 t/d的降膜吸收器(稱為“小降膜”)，另外4套為775 t/d的事故降膜吸收器(稱為“大降膜”)。裝置采用圓形塊孔式石墨吸收器和尾氣吸收塔組合體，從氯氫處理工序來的氫氣和氯氣在石墨合成爐經(jīng)過氫氣、氯氣緩沖罐和阻火器后分別進(jìn)入石墨合成爐燈頭下部，在爐內(nèi)進(jìn)行燃燒；爐體使用循環(huán)純水進(jìn)行冷卻，從石墨合成爐上部出來的氯化氫氣體由頂部進(jìn)入一級吸收器，與來自二級吸收器的稀酸接觸，生成的成品酸流入鹽酸儲槽；未被吸收的氯化氫氣體由塔下部出來進(jìn)入二級吸收器上部，與來自尾氣吸收塔的稀鹽酸接觸，生成的稀鹽酸進(jìn)入一級吸收器；未被吸收的氯化氫氣體由塔體下部進(jìn)入尾氣吸收塔下部，與來自循環(huán)液泵的吸收水(脫鹽水)接觸，生成的稀鹽酸進(jìn)入二級吸收器中；不能吸收的少量的氮?dú)夂瓦^量的氫氣經(jīng)阻火器排空。氯化氫在吸收過程中放出的大量熱能在一級吸收器和二級吸收器被循環(huán)水帶走。氯化氫吸收工藝如圖1所示。

1.2 工藝參數(shù)及控制

吸收水吸收氯化氫過程的關(guān)鍵參數(shù)是鹽酸的濃度、氯化氫的溫度、吸收水的溫度等，具體見表1。

圖1 氯化氫降膜吸收工藝流程圖

表1 吸收氯化氫過程的關(guān)鍵參數(shù)

Table 1 Key parameters of hydrogen chloride absorption process

參數(shù)要求參數(shù)值增大參數(shù)值減小吸收水溫度≤25 ℃不利于吸收有利于吸收氯化氫溫度35 ℃不利于吸收有利于吸收鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤31%不利于吸收有利于吸收

1.3 鹽酸儲槽尾氣吸收工藝流程

鹽酸儲槽頂部尾氣連接至水力噴射器進(jìn)口處，與來自循環(huán)液泵的吸收水在水力噴射器內(nèi)部進(jìn)行接觸吸收，利用水力噴射器產(chǎn)生的真空，吸收鹽酸儲槽頂部的氯化氫尾氣，氣水混合物回流至循環(huán)液槽中，不凝氣經(jīng)循環(huán)液槽排空管排入大氣。

2 氯化氫吸收系統(tǒng)存在的問題

(1)此工藝采用三級降膜吸收，在生產(chǎn)正常時(shí)不制酸，所以降膜吸收器中不加入吸收水。由于降膜吸收器材質(zhì)為石墨，長時(shí)間制酸會使石墨塊表面的澆灌樹脂保護(hù)層損壞，導(dǎo)致氯化氫氣體吸附在石墨塊中，在沒有吸收水循環(huán)時(shí)，石墨塊內(nèi)部及表面的氯化氫氣體逸出，造成尾氣中氯化氫含量高。氯化氫尾氣的直接排放不但造成鹽酸合成爐周圍設(shè)備、管線的腐蝕，而且不利于員工的身體健康。

(2)圣雄氯堿循環(huán)液槽連接水力噴射器，隨著吸收水不斷循環(huán)使用，循環(huán)液槽中的脫鹽水pH值最低可達(dá)到1，在降膜吸收器循環(huán)使用時(shí)會直接影響尾氣吸收塔的吸收效果，造成氯化氫尾氣含量高，尾氣中氯化氫含量的測量結(jié)果如圖2所示。

(3)圣雄氯堿原設(shè)計(jì)有6臺101 m3的臥式鹽酸儲槽、12臺石墨合成爐。離子膜裝置運(yùn)行到后期，離子膜性能下降。為保證離子膜安全穩(wěn)定運(yùn)行，對二次精制鹽水工藝參數(shù)控制更加嚴(yán)格，對高純鹽酸的需求量增大，這樣導(dǎo)致高純鹽酸儲存量增多。根據(jù)生產(chǎn)需要，圣雄氯堿增加2臺800 m3的鹽酸儲槽，導(dǎo)致原水力噴射器能力不足，使氯化氫尾氣含量超標(biāo)，加快了鹽酸合成周圍設(shè)備及管線的腐蝕。

圖2 改造前尾氣中氯化氫含量

3 氯化氫吸收工藝的改造

圣雄氯堿針對工藝現(xiàn)狀，對降膜吸收器尾氣吸收裝置和鹽酸儲槽吸收裝置進(jìn)行改造，改造后的工藝流程如圖3。

圖3 改造工藝流程圖

(1)制作1臺小型PVC尾氣吸收填料塔[2]，氣相入口連接至原尾氣吸收塔氣相出口；氣相出口一端放空，另一端連接至風(fēng)機(jī)入口。尾氣吸收塔采用氣液逆流的方式，為增大氣液接觸面積和尾氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間，內(nèi)部設(shè)置一定高度的填料，進(jìn)一步吸收氯化氫氣體，對氣體進(jìn)一步進(jìn)行降溫，同時(shí)對其存在的不凝氣再次進(jìn)行吸收；為獲得更好的效果，在吸收塔頂部設(shè)置液體分布器。

(2)新增1臺PVC循環(huán)罐，通過吸收水泵(流量3 m3/h，功率為2.2 kW)將吸收水輸送至新增PVC尾氣吸收填料塔頂部與尾氣進(jìn)行接觸吸收；吸收水從塔底部進(jìn)入新增PVC循環(huán)罐循環(huán)使用，定期檢測吸收水pH值和酸濃度，若酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于29%，則將其輸送至鹽酸儲槽，然后再將新增循環(huán)罐液位補(bǔ)充至50%。

4 改造后的效果

改造投用后，吸收裝置運(yùn)行效果良好，解決了因降膜吸收器吸收效果不好、水力噴射器能力不足造成氯化氫尾排含量高的問題，可將尾排氯化氫質(zhì)量濃度降低至5 mg/m3以下，如圖4所示。

圖4 改造后尾氣中氯化氫含量

該項(xiàng)目投資小、見效快，達(dá)到了預(yù)期的效果，很好地解決了環(huán)境污染問題，改善了現(xiàn)場操作環(huán)境，綜合效益顯著。

5 結(jié)語

(1)含氯化氫的尾氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是切實(shí)可行的，廢氣中的氯化氫排放量能夠嚴(yán)格地控制在20 mg/m3以下，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)采用PVC作為尾氣處理系統(tǒng)材質(zhì)，罐體外部采用玻璃鋼加強(qiáng)，充分利用了兩種材質(zhì)的物理性質(zhì)，達(dá)到了耐酸的目的，同時(shí)有效地降低了成本。

(3)氯化氫尾氣處理系統(tǒng)的成功投用，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保達(dá)標(biāo)的要求，有效地改善了周邊環(huán)境，保障了員工的身體健康。