氯堿生產(chǎn)中鹽酸尾氣吸收處理方案比較

蔣非(中鹽常州化工股份有限公司，江蘇 常州 213200)

0 引言

氯堿生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣含有氯化氫、硫化氫、二氧化碳和其他氣體。氯化氫氣體在與水接觸時容易被吸收，從而從廢氣中去除氯化氫。盡管硫化氫只占廢氣排放的一小部分，但它仍然對環(huán)境產(chǎn)生重大負(fù)面影響。硫化氫(H2S)是一種高氣味氣體，具有腐蝕性和毒性，是生產(chǎn)過程中的有害污染物，也是對自然環(huán)境最危險的氣體之一。它會嚴(yán)重污染空氣和水源，對人類和動植物造成極大的危害。由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣量大，缺乏有效控制，不僅影響了操作人員的安全，也影響了大氣環(huán)境。因此，相關(guān)從業(yè)者的首要任務(wù)是整合生產(chǎn)實(shí)踐，采用更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，并提高廢氣處理設(shè)備的效率，以減少廢氣的排放和對環(huán)境的影響。

1 氯堿生產(chǎn)中鹽酸尾氣吸收處理的重要性

去除氯化氫、硫化氫和二氧化碳等廢氣，是燒堿廠有效生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境的關(guān)鍵。在處理含有氯化氫、二氧化碳和少量硫化氫的廢氣方面，該公司對氯化氫立式干燥罐進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，以更有效地吸收和處理氯化氫氣體。耐腐蝕泵和格構(gòu)塔則被重新配置為更高效的廢氣收集裝置。廢氣吸收系統(tǒng)的運(yùn)行極大改善了工廠的空氣污染問題，氯堿工業(yè)是化工原料工業(yè)的重要組成部分，燒堿、氯氣是其主要的生產(chǎn)產(chǎn)品，同時氯氣也被廣泛應(yīng)用于石化、冶金、輕工、紡織和農(nóng)業(yè)等行業(yè)。尤其是在氯堿生產(chǎn)過程鹽酸尾氣有毒有害，因此，有必要對廢氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

氯產(chǎn)品有十多種，包括聚氯乙烯、液氯、鹽酸等。氯堿工業(yè)廢物中的主要污染物是汞和氯乙烯，它們具有劇毒，會對人類健康構(gòu)成長期威脅。聚乙烯是一種致癌物質(zhì)，會導(dǎo)致肝臟血管瘤。汞蒸氣對人體有害，車間的最大允許濃度為0.01 mg/L，少量吸入可引起喉嚨發(fā)炎、頭痛、惡心等癥狀；過量吸入會損害腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。氯堿行業(yè)的主要廢物處理是汞、氯、聚乙烯廢氣等。堿廠處理的含汞廢氣不包括工廠空氣和固體堿廢氣。氯化廢物通常有處理和回收設(shè)施。氯乙烯的排放可分為兩類：低沸點(diǎn)蒸餾塔的廢物和樹脂干燥塔的廢物，若未處理廢氣，造成污染。它不僅對人類健康造成損害，而且造成資源浪費(fèi)[1]。

2 氯堿生產(chǎn)中鹽酸尾氣吸收處理的常用方案

氯是一種劇毒氣體，正?？諝庵新群康淖罡邼舛葢?yīng)為0.001 mg/L。一旦濃度高于2.500 mg/L 時，氯就有可能通過口鼻進(jìn)入人體之中，從而對人體造成致命影響。因此，為了保障公眾的健康和安全，對氯氣的處理和排放要求非常嚴(yán)格。在氯堿生產(chǎn)中，含氯廢氣主要采用濕法處理技術(shù)。濕法處理技術(shù)中氯的吸收過程包括化學(xué)中和、氧化和還原，因此被廣泛應(yīng)用[2]。

2.1 堿中和吸收

過風(fēng)扇的作用是氯混合物從氯儲罐被泵入反應(yīng)吸收塔，吸收塔中的氣相和液相之間發(fā)生質(zhì)的變化，氯被吸收液(氫氧化鈉溶液)吸收。隨后，反應(yīng)液被返回至再生罐，而再生吸收溶液也可以與氯進(jìn)一步反應(yīng)，這樣，在不改變吸收溶液性質(zhì)的情況下，可以重復(fù)使用。被吸收的氣體通過專用的空氣分配器返回到液氯，形成一個循環(huán)的空氣分配系統(tǒng)，旨在保護(hù)環(huán)境并確保安全生產(chǎn)。如果液氯所處的環(huán)境中氯的濃度低于規(guī)定值，設(shè)備將會自動停止工作。

2.2 鹽酸吸收

在液氯制備過程中，未凍結(jié)的液氯與來自氫氣處理過程的氫氣按照一定比例進(jìn)入氯化氫合成爐，并在其中燃燒產(chǎn)生氯化氫氣體。氯化氫氣體被冷卻后，再被水吸收，以此獲得質(zhì)量比重量約為31%的高濃度。這三個過程(燃燒、冷卻和吸收)可以在一個三維石墨合成爐中集中進(jìn)行。

2.3 酸霧與堿霧吸收

在氯堿廠中，酸和堿的儲存和生產(chǎn)過程中經(jīng)常產(chǎn)生酸和堿霧。目前，大多數(shù)氯堿廠在其倉庫和生產(chǎn)設(shè)施中安裝了吸收和加工設(shè)備，以滿足環(huán)境要求。通常使用水來吸收酸霧或堿霧，將其轉(zhuǎn)化為酸性或堿性水，然后送往工廠的廢水處理廠進(jìn)行集中處理[3]。

3 氯堿生產(chǎn)中鹽酸尾氣吸收處理的方案比較

3.1 鹽酸吸收方案比較

(1)絕熱吸收的制造工藝。氯堿制造商使用氯和氫來生產(chǎn)相應(yīng)的鹽酸。冷卻后，保溫層被包裝好的泵塔吸收，隨后進(jìn)入噴水泵和地下水進(jìn)行廢氣排放的處理。(2) 膜的二次吸收。在氯堿的生產(chǎn)過程中，使用電解產(chǎn)生的氯和氫，通過合成爐產(chǎn)生氯化氫氣體。氣體經(jīng)過冷卻器處理后，再依次經(jīng)過第一膜吸收塔和第二膜吸收塔，最后排出廢氣。兩級隔膜塔具有很好的吸收效果，不需要使用水泵來處理廢氣。(3)三合一鹽酸爐生產(chǎn)工藝。氯堿公司在合成爐中合成氯和氫，然后通過冷卻器冷卻，再在三維石墨爐中的吸收塔進(jìn)行吸收處理。使用水泵制造和加工出來的產(chǎn)品是合格的。

3.2 填料塔吸收方案比較

噴嘴塔具有結(jié)構(gòu)簡單和減壓的優(yōu)點(diǎn)，可用于處理各種材料。在處理易受泡沫和真空操作影響的材料方面，它具有獨(dú)特的優(yōu)勢。近年來，隨著包裝結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和新型高效重載包裝的發(fā)展，包裝塔的容量和分離效率得到了提高，同時保持了低壓降和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。在操作填料塔時，重要的是確保氣體和液體在每個橫截面上的均勻分布。對每個填料塔，氣體速度的分布主要取決于液體分布的均勻性。氯堿系統(tǒng)經(jīng)常排放二氧化碳、硫化氫等酸性廢氣，主要是間歇性排放，濃度低，排放量相對較小，回收價值低，加工成本高。為了保護(hù)當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境，對不耐腐蝕的泵、篩盤、熱交換器和氯化氫干燥罐進(jìn)行了翻新。拆除過濾塔中的板和其他內(nèi)部元件，并重新設(shè)計油封塔的內(nèi)部元件：(1)使用帶有一個球形噴頭的噴霧器，泵的壓力通過噴頭的小孔將液體噴出；(2)填料支撐板采用梁式反作用支撐板，確保100%的自由截面；(3)液體再分配裝置采用改進(jìn)的溢流分配錐，具有氣體空間大、不影響散裝操作、灌裝方便等優(yōu)點(diǎn)[4]。

3.3 尾氣吸收反應(yīng)機(jī)理比較

氯化氫氣體通過氣溶膠吸收塔進(jìn)行吸收，然后低濃度的氫氧化鈉溶液用來吸收硫化氫和二氧化碳等氣體。反應(yīng)機(jī)理如下：

廢氣中的氯化氫很容易與水結(jié)合形成鹽酸。為了去除廢氣中的硫化氫，可以使用碳酸鈉溶液。當(dāng)廢氣通過碳酸鈉溶液時，其中的硫化氫可以被吸收并與碳酸鈉反應(yīng)形成氫氧化鈉和二氧化碳。這種中和反應(yīng)可以將廢氣中的硫化氫去除。化學(xué)反應(yīng)方程式為：

氫氧化鈉與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈉：

為了節(jié)約堿，塔底的堿濃度可以相對較低，以促進(jìn)堿、硫化氫和二氧化碳之間發(fā)生以下反應(yīng)：

在36 ℃以上，碳酸鈉的溶解度相對穩(wěn)定。因此，在吸收過程中，將溶液溫度控制在32～38 ℃之間更為方便[5]。

3.4 氣體分布效率比較

(1)二氧化碳和硫化氫的排放量超過正常值，應(yīng)檢查蓮花噴嘴的噴射半徑是否太小或噴嘴是否存在局部堵塞，從而影響液體噴射的不均勻性。(2)注入的液體偏離塔壁，這是因?yàn)楫?dāng)氣體從水平進(jìn)氣管線直接噴射到塔中時，射流會流向塔壁的另一側(cè)。在這個階段，部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，形成局部高壓區(qū)，導(dǎo)致塔橫截面的壓力波動[6]。如果充氣層中的壓降很小，并且其值與壓力變化一致，則充氣層的不同部分的氣體速度可能會發(fā)生顯著變化，從而導(dǎo)致射流偏差。這需要在液體入口安裝氣體分配板，以確保氣體上升均勻。(3)在噴霧吸收過程中，首先打開排氣扇，然后打開耐腐蝕泵A 和耐腐蝕泵B 的電源。當(dāng)泵啟動時，操作員應(yīng)緩慢打開泵輸出閥，并使用單向閥將耐腐蝕泵在包裝吸收柱中的出口壓力設(shè)置為約3 kg/cm3。需要注意的是，進(jìn)入填料吸入塔的流量從一開始不應(yīng)該太高，以避免填料吸入塔中的流體減少不足，從而導(dǎo)致塔流[7]。(4)在填充吸收塔正常運(yùn)行的情況下，使用液堿循環(huán)換熱器和管式換熱器對液堿循環(huán)中的液堿循環(huán)進(jìn)行加熱和冷卻，以確保液體堿性循環(huán)的溫度控制在32 ℃至38 ℃之間，避免過熱或過冷。當(dāng)稀堿循環(huán)容器中的游離堿含量降至3%時，通知實(shí)驗(yàn)室人員循環(huán)堿的采樣頻率增加。當(dāng)循環(huán)堿中游離堿含量達(dá)到2% 左右時，循環(huán)液堿槽中的堿逐漸被置換[8]。

3.5 氯氫處理比較

在電解反應(yīng)中，使用膜和離子交換膜工藝生產(chǎn)氫氣和氯氣。這些物質(zhì)直接電解，不用于需要?dú)錃夂吐葰馓幚淼南乱浑A段。其中，濕氯腐蝕性強(qiáng)，干氯腐蝕性低，對碳鋼的腐蝕影響不大。因此，在電解質(zhì)的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用過程中，必須對氯進(jìn)行干燥。氯化通常有兩種方法：第一，使用鈦冷卻器干燥；第二，使用濃硫酸進(jìn)行干燥。除了氯之外，氫處理也特別重要，因?yàn)闅溲趸浀任镔|(zhì)可以通過水凈化和冷卻從氫中去除。盡管膜和離子膜工藝在處理氯和氫時具有一定的降解效果，但它們的主要缺點(diǎn)是無效。目前，國內(nèi)一些公司已經(jīng)基于膜離子膜法的基本原理開發(fā)了氯化氫處理的輔助設(shè)備。薄膜和離子交換膜技術(shù)的結(jié)合顯著提高了氯和氫的分離效率[9]。

3.6 噴射泵處理比較

SKL-900 合成爐使用液壓噴射泵作為動力源，從吸附劑中提取廢氣。經(jīng)過合成爐中兩級膜吸收器的殘余氣體HCl 的含量取決于冷卻溫度、吸收水溫度、酸度和含水量。廢氣中含有少量部分吸收的HCl 廢氣，這些廢氣進(jìn)入吸收罐。在處理這些不符合排放要求的廢氣時，可以采用噴射泵進(jìn)行處理。噴射泵是一種利用高速噴射流能量來輸送廢氣和吸收液體的設(shè)備。在噴射泵中，高壓液體通過噴嘴將液體能量轉(zhuǎn)化為動能，從而將氣體和液體混合物輸送到下一個處理設(shè)備或系統(tǒng)中。在噴射泵的處理過程中，廢氣首先通過一個或多個噴嘴進(jìn)入噴射泵。在噴嘴處，高壓液體與廢氣混合，利用液體的高速流動能量將廢氣中的有害物質(zhì)吸收。然后，氣體和液體混合物進(jìn)入擴(kuò)散器，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而實(shí)現(xiàn)廢氣的進(jìn)一步處理。經(jīng)過噴射泵處理后，廢氣中的HCl 氣體含量可以降低到符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。這種處理方法不僅適用于含有HCl 氣體的廢氣處理，還可以應(yīng)用于含有其他有害物質(zhì)的廢氣處理。與SKL-900 合成爐使用的液壓噴射泵相比，噴射泵具有更高的處理效率和更廣泛的應(yīng)用范圍。噴射泵能夠處理各種不同濃度的含HCl 廢氣，包括高濃度和低濃度的廢氣。此外，噴射泵在處理含HCl 廢氣方面的效果更好，因?yàn)樗梢愿浞值匚諒U氣中的有害物質(zhì)，例如HCl 氣體。因此，噴射泵是一種有效的廢氣處理方法，具有廣泛的應(yīng)用前景[11]。

4 結(jié)語

總的來說，隨著時代的快速發(fā)展，氯堿化工行業(yè)的氯廢氣處理不可避免地加強(qiáng)了傳統(tǒng)模式的優(yōu)化和現(xiàn)代化，提高了處理效率。通過控制廢氣排放濃度、優(yōu)化氯處理系統(tǒng)和改進(jìn)廢氣處理系統(tǒng)布局，可以提高廢氣處理效率。此外，改革廢氣處理管理體系和提高相關(guān)專業(yè)人員的能力也是優(yōu)化氯處理的必然途徑。本文的內(nèi)容基于實(shí)踐，涉及氯堿化學(xué)中氯氣處理系統(tǒng)的相關(guān)問題。目的是通過相關(guān)研究為化工行業(yè)未來廢氣處理的優(yōu)化提供積極的參考。