有機鹽酸尾氣吸收設備的改造

胡 錦 畢一峰

(寧波巨化化工科技有限公司)

裝置主反應的副產物氯化氫尾氣在裝置內無回收利用價值，因此采用膜吸系統將氯化氫制成鹽酸作副產銷售。膜吸系統主要流程是：通過膜吸塔用工業水將大量的氯化氫進行膜式吸收制成副產鹽酸，利用頂部加水量和氯化氫進料量串級操作系統控制鹽酸濃度；再利用工業水在尾氣吸收器內將膜吸塔吸收后剩余的少量氯化氫二次吸收。尾氣吸收器既是裝置廢氣排放控制的關鍵設備，也是膜吸系統壓力控制的關鍵設備，其工作壓力約為0.03MPa(有時為負壓)，工作溫度為50～85℃，工作介質為水、氯化氫、稀鹽酸、微量游離氯和微量強溶解性有機溶劑。在含有強溶解性有機溶劑又存在負壓風險的工況下，尾氣吸收器材料選用成為一個難題。

1 材料選擇

普通膜吸系統的尾氣吸收器通常采用浸漬石墨材料的膜式吸收器或者襯里材料為CS/PO、CS/PE和CS/PTFE的填料塔。尾氣吸收器通常采用CS/PO就可以很好地滿足工藝生產的需要，但在含有強溶解性有機溶劑又存在負壓風險的工況下，CS/PO的尾氣吸收器運行兩個月后就出現襯里溶脹穿孔、鹽酸泄漏的現象。經改造后采用石墨材料制成的尾氣吸收器，但運行半年后尾氣吸收器筒壁出現樹脂粉化以及內部部件填料支撐圈、液體分布器嚴重粉化導致脫落的問題，使尾氣吸收器不能正常運行，無法滿足生產要求。筆者與其他工程技術人員經過分析，并結合國內其他設備制作商的經驗，采用了膜壓燒結形式的CS/PTFE尾氣吸收器，自主設計改造了尾氣吸收器筒壁材料、內部結構、PTFE包覆的支撐圈、PTFE柵板和管式PTFE液體分布器。經過3年的運行，尾氣吸收器內襯完好，運行性能穩定。

2 原材料缺陷分析

膜吸系統尾氣吸收器材料通常采用CS/PO，在鹽酸中含有微量強溶解性有機溶劑的情況下，設備襯層容易溶脹脫落，極易出現泄漏，其主要原因有：CS/PO材料的尾氣吸收器在含有強溶解性有機溶劑的工況下使用時，PO襯層會與強溶解性有機溶劑相溶，出現溶脹失效現象；PO襯層在50～85℃下運行時會發生軟化，失去原有的物理和化學性能。

CS/PO尾氣吸收器襯層溶脹脫落會導致設備發生泄漏，污染環境的同時嚴重影響穩定生產。將尾氣吸收器的筒壁、分布器及填料支撐板等的材料均改為石墨，設備運行6個月后，未發生任何泄漏現象，但筒壁出現石墨粉化脫落、內部部件填料支撐圈及液體分布器等嚴重粉化及尾氣吸收器不能很好地吸收氯化氫尾氣等問題，無法滿足生產需求。其失效的主要原因是：石墨設備的零部件是由石墨粉與樹脂混合燒結等加工工藝制作而成，氯化氫中的強溶解性有機溶劑與樹脂相溶，使起粘合作用的樹脂改性，導致樹脂失效。石墨內件出現粉化現象并長時間粉化后，使分布器及填料支撐板等部件坍塌，起不到分布液體及支撐等作用。

3 材料改進優化改造

根據尾氣吸收器使用工況和現有尾氣吸收器使用過程中的檢修情況，筆者與相關技術人員結合實際試驗提出了以下改進方案。

3.1 筒壁材料更改為背覆活化板襯式

CS/PTFE材料對強溶解性有機溶劑和鹽酸都有很好的抗腐蝕性，但在有微負壓的工況下則不能滿足所有的制作工藝要求。CS/PTFE現有的耐負壓制作工藝主要有膜壓燒結式、含鋼絲網粘接式、倒釘燒結式和背覆活化板粘接式。經過膜壓燒結式、含鋼絲網粘接式和倒釘燒結式制作的CS/PTFE能抵抗設備運行中的負壓，但制作工藝復雜，且生產廠家很少，價格較貴，交貨期長，故不考慮這3個方案。背覆活化板粘接式制作工藝是將經過活化(脂化)處理的PTFE板材與碳鋼筒內壁利用特質膠水粘接，PTFE貼板與背覆活化板之間的縫隙用PFA焊條焊接，背覆活化板焊縫采用復合板焊接接頭設計(圖1)。背覆活化板粘接式制作工藝簡單，耐負壓能力雖稍低但制造成本低，經工藝評定能夠滿足使用工況。綜合評估性價比后，筆者采用了此種制作工藝的襯里方式。

圖1 背覆活化板焊接接頭示意圖

3.2 主要部件的改造

尾氣吸收器是一臺填料塔，液體分布器和填料支撐板在該設備中起液體分布和支撐的作用，而在工作介質為水、氯化氫、稀鹽酸、微量游離氯和微量強溶解性有機溶劑的惡劣工況下，筆者結合使用實踐際，選用了適合該工況的PTFE材料分布器和支撐板。

原液體分布器為升氣管式分布器，改進后，PTFE材料的板材和管材采用螺紋連接方式，改進后的液體分布器如圖2所示，其優點是液體分布均勻，而且可以在線調整各個液體溢流管和升氣管的高度，使吸收器的吸收效果達到最佳[1]。

圖2 改進后的液體分布器簡圖

填料支撐板原為柵板結構，但PTFE材料的流動性較差，無法制作。筆者采用30mm厚的純PTFE板打孔結構替代原來的柵板結構。PTFE填料支撐板雖能抵抗物料的腐蝕，但其強度不夠，運行3個月后，填料支撐板嚴重變形。經與廠家交流和反復論證后，決定填料支撐板結構采用柵板式與孔板組合體(圖3)。柵板材料采用CS/PFA，PFA較PTFE具有流動性好、抗腐蝕性強、強度高和制造加工難度不大的優點，且CS/PFA的質量有保障。為了確保小尺寸填料不會掉落，在柵板頂部增加一層10mm厚的PTFE孔板[2]。

a. CS/PFA支撐柵板

b. PTFE多孔板

有機鹽酸膜吸系統尾氣吸收器的材料、液體分布器和填料支撐板結構改進后，設備運行1年拆檢內部情況較好，筒壁沒有出現鼓包、腐蝕、溶脹的現象，氯化氫尾氣吸收器吸收效果較好，生產能長周期穩定運行。截至目前已使用3年且未出現故障。

4 結束語

通過筆者和公司其他技術人員的努力，針對有機酸尾氣吸收器的改造是成功的，這也解決了其他酸堿惡劣工況下填料吸收器設計制作的問題。在強酸、有機酸和其他惡劣工況的應用有很好的借鑒、推廣意義，在工程應用上是一個值得推廣的案例。

參考文獻

[1] 雷俊，李剛.尾氣吸收填料塔的液體分布器[P] .中國：ZL201120044727，2012-01-11.

[2] 雷俊，李剛.填料塔的填料支撐裝置[P] .中國：ZL2011200447248，2011-10-05.