高濃度HCl廢氣的治理

李 錦

（上海達(dá)源環(huán)境科技有限公司 上海 200092）

目前，工業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，有色金屬工業(yè)是全國污染物排放的大戶，鎂、鈦工業(yè)又是有色金屬工業(yè)中的污染物排放大戶之一，要控制鎂、鈦工業(yè)的污染物排放，并保持鎂、鈦工業(yè)的快速發(fā)展，將鎂、鈦工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的部分污染物有效的回收利用，值得環(huán)保行業(yè)認(rèn)真探討和研究。

下面介紹某制鈦公司在生產(chǎn)海綿鈦過程中對(duì)所產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行治理并回收利用的工藝系統(tǒng)。

1 廢氣來源及含量

生產(chǎn)海綿鈦的國家現(xiàn)有日本、美國、俄羅斯、哈薩克斯坦、烏克蘭和中國，均采用鎂熱還原法。鈦鐵精礦與石油焦按比例配料，經(jīng)高鈦渣電弧爐冶煉后得到富含二氧化鈦的高鈦渣，高鈦渣經(jīng)磁選、球磨后送入氯化爐進(jìn)行氯化；經(jīng)收塵、冷凝得到粗四氯化鈦液體，再將其進(jìn)行除釩脫硅及去掉其他雜質(zhì)，得到精四氯化鈦液體；將所得的精四氯化鈦經(jīng)金屬鎂還原得到的金屬鈦，即為海綿鈦坨。

海綿鈦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣主要為氯化爐產(chǎn)生的氯化廢氣，本文介紹治理的廢氣的組分及數(shù)量如下：

1.1 來源及規(guī)模

廢氣的來源，主要為兩臺(tái)氯化爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣。

1.2 主要污染因子

氯化爐產(chǎn)生的尾氣，其污染因子主要為：HCl；Cl2。另外還含有很少量的Ti Cl4和Si Cl4。

污染物含量

2 處理目標(biāo)

根據(jù)建設(shè)單位的要求，本設(shè)計(jì)所要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：中華人民共和國大氣綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 16297-1996規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，具體數(shù)值如下：

?

3 含HCl廢氣的治理技術(shù)

含HCl廢氣的治理方法主要有冷凝法、水吸收法、中和吸收法等。

冷凝法是通過石墨冷凝器對(duì)高濃度的HCl廢氣進(jìn)行冷凝回收鹽酸，冷凝回收鹽酸后的廢氣再經(jīng)水吸收。HCl的去除率可以達(dá)到90%以上。

水吸收法是含有高濃度HCl的廢氣，進(jìn)入塔內(nèi)，與噴淋水逆流接觸而被吸收。凈化后的尾氣向外排放。吸收液在循環(huán)槽中進(jìn)行循環(huán)吸收，可回收15%～30%的鹽酸。可進(jìn)一步利用它來制成氯系列的化合物，達(dá)到廢物的資源化利用，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

HCl在水中有相當(dāng)大的溶解度，1個(gè)體積的水能溶解450個(gè)體積的HC 1。對(duì)于濃度較高的HCl廢氣，吸收率可達(dá)99.9%以上。

中和吸收法是用堿液或者石灰乳為吸收劑吸收廢氣中的氯化氫。吸收可在吸收塔中進(jìn)行。這也是一種應(yīng)用較多的方法。

其反應(yīng)方程式為：

4 含Cl2廢氣的治理技術(shù)

對(duì)含Cl2廢氣的治理主要有水吸收法、中和法、氧化還原法、溶劑吸收法。

水吸收法處理含氯廢氣時(shí)，需增加氯的分壓和降低溫度。水吸收法一般適用于低濃度含氯廢氣凈化和回收。

中和法是我國當(dāng)前處理含氯廢氣的主要方法。吸收劑多用氫氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈣等堿性水溶液或漿液。在吸收過程中，堿性的吸收劑使廢氣中的氯有效地變?yōu)楦碑a(chǎn)品——次氯酸鹽。該法效率高，可達(dá)99.9%。由于堿液收吸法凈化效率高，Cl2去除比較徹底，而且吸附速度快，所用設(shè)備和工藝流程簡(jiǎn)單，堿液價(jià)格較低，又能回收廢氣中的Cl2，生產(chǎn)中間產(chǎn)品或成品。所以這一方法在工業(yè)上國內(nèi)外都得到廣泛應(yīng)用。

氧化還原法是用鐵屑或氯化亞鐵溶液吸收氯可以制得三氯化鐵產(chǎn)品，同時(shí)消除污染。

溶劑吸收法是指用有機(jī)或無機(jī)溶劑洗滌含氯廢氣，使溶劑吸收其中的氯，加熱或加壓解吸出純氯氣，解吸后的溶劑循環(huán)使用。或者將含氯溶劑作為生產(chǎn)原料用于生產(chǎn)過程。常用的溶劑有苯(C6H6)，氯化硫(S2Cl2)、四氯化碳(CC 14)、氯磺酸(HSO3CI)及二硫化碘水溶液等。

溶劑吸收法都是在較低和較高的壓力下進(jìn)行的，其吸收效率可接近l 00%，而后在較高的溫度下和較低的壓力下解吸，可以得到高純度的液氯。

缺點(diǎn)是幾種溶劑都有刺激性，要嚴(yán)格密封。

5 工程處理流程

針對(duì)本工程的特點(diǎn)，廢氣中同時(shí)含有HCl及氯氣，還含有很少量的氯硅烷等易結(jié)垢物質(zhì)，我們采取“四級(jí)水洗”+“二級(jí)堿洗”串聯(lián)吸收法處理，水洗主要吸收HCl制稀鹽酸，堿主要吸收凈化氯氣。吸收塔選擇空塔作為該廢氣處理工藝的塔設(shè)備類型，具有傳質(zhì)快，吸收率高，不易結(jié)垢等諸多優(yōu)點(diǎn)。

5.1 煙氣走向

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣依次進(jìn)入一級(jí)增濃吸收塔、二級(jí)增濃吸收塔、三級(jí)增濃吸收塔、四級(jí)增濃吸收塔，在此煙氣中大部分的氯氣和氯化氫氣體被水溶液吸收，生成鹽酸溶液，鹽酸溶液回流到循環(huán)槽中；煙氣再由四級(jí)增濃吸收塔依次進(jìn)入一級(jí)堿洗吸收塔、二級(jí)堿洗吸收塔，在此氫氧化鈉溶液與煙氣中殘留的氯氣和氯化氫氣體進(jìn)行中和反應(yīng)，進(jìn)一步凈化煙氣。煙氣進(jìn)入汽水分離器，在此進(jìn)行氣水分離，分離液回流至二級(jí)堿洗循環(huán)槽。最后煙氣經(jīng)排放風(fēng)機(jī)加壓后通過煙囪排入大氣中。

5.2 增濃循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液走向

增濃循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液來自廠內(nèi)提供的生產(chǎn)用自來水，補(bǔ)液過程是四級(jí)補(bǔ)給三級(jí)，三級(jí)補(bǔ)給二級(jí)，二級(jí)補(bǔ)給一級(jí)。一級(jí)增濃循環(huán)槽內(nèi)的循環(huán)液在淋洗過程中除了吸收氯氣和氯化氫氣體外還吸收了煙氣中的二氧化硅雜質(zhì)，因此在循環(huán)液的鹽酸濃度達(dá)到30%后，需將循環(huán)液排入廢酸回收罐靜置幾天，然后經(jīng)過過濾裝置濾掉廢酸內(nèi)的二氧化硅雜質(zhì)后，進(jìn)入鹽酸回收罐回收利用。二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)增濃循環(huán)槽內(nèi)的循環(huán)液內(nèi)的濃度依次遞減，當(dāng)二級(jí)循環(huán)槽內(nèi)的鹽酸濃度達(dá)到30%后，排入鹽酸回收罐進(jìn)行利用。

?

5.3 堿洗循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液走向

堿液循環(huán)槽內(nèi)的堿液補(bǔ)充是通過堿液儲(chǔ)池提供的，補(bǔ)液的過程是堿液池補(bǔ)給二級(jí)堿洗循環(huán)槽，二級(jí)堿洗循環(huán)槽補(bǔ)給一級(jí)堿洗循環(huán)槽。當(dāng)一級(jí)堿洗循環(huán)槽內(nèi)的p H值達(dá)到9，將循環(huán)液排放至Na Cl殘液收集池內(nèi)，等待處理。

5.4 排污系統(tǒng)

增濃循環(huán)槽及堿液循環(huán)槽都設(shè)有放空閥門，當(dāng)設(shè)備需要檢修時(shí)，可將循環(huán)槽內(nèi)液體排放至安全水池。

5.5 自動(dòng)控制

本工段采取半自動(dòng)控制，氣路上設(shè)置空氣流量計(jì)，淋洗水泵采用變頻控制，各循環(huán)槽的補(bǔ)液、補(bǔ)堿是通過在中控室控制氣動(dòng)閥門的開、停來實(shí)現(xiàn)的。各循環(huán)槽、鹽酸回收儲(chǔ)罐、堿液池都安裝液位計(jì)，在中控室能實(shí)施監(jiān)控。

6 主要設(shè)計(jì)計(jì)算

*一、二、三、四級(jí)HCl增濃吸收系統(tǒng)/兩級(jí)堿洗吸收系統(tǒng)設(shè)*其它主要設(shè)備計(jì)算

?

7 節(jié)能設(shè)計(jì)

本工程的用電設(shè)備主要為水洗循環(huán)泵、堿洗循環(huán)泵、引風(fēng)機(jī)等，風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載多是按滿負(fù)荷工作來選型的，然而，實(shí)際應(yīng)用中大部分時(shí)間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)。常用擋風(fēng)板、回流閥或開停/機(jī)時(shí)間，來調(diào)節(jié)風(fēng)量或者流量；同時(shí)大電機(jī)在工頻狀態(tài)下頻繁開/停比較困難，勢(shì)必造成開/停機(jī)時(shí)的電流沖擊，由此造成了電能的損失和設(shè)備的損壞。采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種科學(xué)的控制方法，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，理論上其消耗的功率為額定功率的(80%)，即51.2%，除去機(jī)械損耗及電機(jī)銅、鐵損等影響，節(jié)能效率也接近40%。本工程在煙氣進(jìn)氣管上設(shè)置流量計(jì)，淋洗水泵、引風(fēng)機(jī)使用變頻控制，根據(jù)進(jìn)口煙氣量，對(duì)淋洗水泵的淋洗水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)電率達(dá)到20～40%之間，節(jié)約能源，降低了生產(chǎn)成本。

8 應(yīng)用情況

本廢氣處理技術(shù)，通過在該工程的實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，HCl氣的去除率在99.9%以上，氯氣的去除率在99.7%以上，每年能回收30%濃度的鹽酸溶液18000噸，實(shí)現(xiàn)年銷售收入540萬元。

在實(shí)際工程中，海綿鈦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣得到有效的處理，廢氣達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)了HCl和Cl2的去除率在99.7%以上。廢氣中的HCl和Cl2回收，轉(zhuǎn)化成便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏的鹽酸溶液（30%濃度）18000噸，實(shí)現(xiàn)年收入540萬元。整個(gè)廢氣處理工藝在封閉狀態(tài)下運(yùn)行，無二次廢氣產(chǎn)生，運(yùn)行穩(wěn)定。

9 結(jié)語

通過四級(jí)水洗+二級(jí)堿洗法，成功實(shí)現(xiàn)了鈦業(yè)生產(chǎn)裝置中廢氣的治理，減少了大氣污染，廢氣達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)回收了廢氣中高濃度的HCl和Cl2，副產(chǎn)物30%的鹽酸可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。整個(gè)工藝操作簡(jiǎn)單，無二次廢氣產(chǎn)生，且采用的消耗品來源廣泛，價(jià)格便宜，效果顯著，便于操作。實(shí)踐證明：該工藝可作為鈦業(yè)廢氣治理的推薦工藝。

[1]北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院等主編.三廢處理工程師手冊(cè)（廢氣卷）[G].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[2]動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[G].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1.

[3]北京市市政工程研究總院主編.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[G].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.2.