化工制藥工藝殘渣燃燒過程固氯初探

李佳欣 徐紅納（牡丹江醫學院，黑龍江 牡丹江157011）

隨著社會的不斷發展以及科學技術水平的不斷提升，人們對于環境和安全問題的重視程度隨之提高，這給化工制藥行業提出了更高的要求。對于化工制藥領域而言，其雖然給人們提供了藥物支持，但是其在生產過程中，會出現一些殘渣，一旦殘渣處理不到位，就會生成一些有毒有害的氣體，給人們的生命安全構成威脅。因此，在化工制藥過程中，必須要加強對殘渣處理工作的重視，通過采取一系列手段，使得殘渣焚燒充分，減少有毒有害氣體的排放，進而給人們的人身安全提供必要保障。

1實驗裝置及方法分析

本次研究中所采用的反應器為石英玻璃管，中間含有耐高溫的陶瓷砂芯，溫控裝置為熱電偶溫控儀，反應中所需的空氣來自于空氣鋼瓶，尾氣吸收裝置中主要成本是質量分數為10%的NaOH，樣品取自于某化工制藥廠的半固體黑色殘渣，在對殘渣進行化學分析后發現，其含有大量的有機氯化物，在進行氯化氫氣體測量前，先對樣品進行去水化處理，然后放置于恒溫箱中進行干燥處理，研磨至顆粒狀備用。

先稱取適量的樣品殘渣加入到反應器陶瓷砂芯上，通過外部的陶瓷加熱管進行加熱處理，然后通過熱電偶溫控儀進行反應溫度的調控，確保其處于規范狀態。反應中所需的氧氣來自于空氣鋼瓶，其從石英管下部通入，反應尾氣從石英管上部排放至尾氣吸收裝置，尾氣吸收裝置主要是質量分數為10%的NaOH，樣品中所釋放的氯化氫氣體會被NaOH 所吸收，在吸收后通過色譜分析可以進行定量分析，計算樣品釋放氯化氫的量。

2實驗結果分析

2.1 溫度對殘渣樣品中氯化氫生成量的影響

在實驗過程中將反應溫度提升速率控制在10℃/min,同時需要確保體系中空氣流動速率為100mL/min，并且安排工作人員對不同溫度下氯化氫釋放量進行記錄和整理。

根據實驗結果可知，當體系溫度達到450℃時，殘渣樣品開始釋放氯化氫氣體，隨著體系溫度的不斷上升，氯化氫氣體的釋放量呈現增高的趨勢，當溫度達到550℃-600℃時，體系中氯化氫釋放濃度最大，后續隨著體系溫度的升高，氯化氫氣體的釋放量出現降低的趨勢，當溫度達到750℃時，反應基本停止，此時殘渣樣品中不再釋放氯化氫氣體。此時通過對殘渣樣品反應后承重發現，其殘渣熱灼減率達到78%，可見殘渣樣品中的氯基本轉化為氯化氫氣體。

2.2吸收劑對固氯效果的影響

本次研究中起到固氯效果的吸收劑主要氧化鈣（CaO）和碳酸鈣（CaCO3）兩種，其主要的固氯原理如下：

在上述反應中，對于氧化鈣的固氯反應屬于可逆反應；而對于碳酸鈣的固氯反應，當體系溫度達到700℃時，由于樣品不會再釋放氯化氫氣體，所以碳酸鈣會直接進行分解反應，反應如下：

在本次實驗中，其中對于碳酸鈣吸收劑而言，當體系溫度在700℃以下時，可以認為是碳酸鈣直接與氯化氫氣體發生固氯反應，以達到實質性的固氯效果。為了研究兩種吸收劑的固氯效果，實驗中要對不同吸收劑與殘渣質量比進行效果分析和判斷。在實驗中同樣控制空氣流動速率為100mL/min，升溫速率為10℃/min，當體系溫度達到氯化氫氣體釋放濃度最大時（650℃），保持恒溫反應10min，然后計算不同吸收劑與殘渣樣品質量比值。

由此可知，隨著吸收劑和樣品比值的逐漸增加，氧化鈣的固氯效果更加理想，其中當二者比值達到0.8左右時，氧化鈣吸收劑的固氯效果可以達到98%左右。而對于碳酸鈣吸收劑而言，當其與樣品比值達到2.0 左右時，固氯效果最佳，固氯率達到77%左右。而對于兩種吸收劑而言，其固氯效果達到最佳后，隨著著固氯劑／殘渣質量比的繼續增加，固氯效果不會再發生變化，而是趨于穩定狀態。

2.3溫度對固氯效果的影響

將吸收劑參數設定為最佳狀態，即氧化鈣、碳酸鈣與樣品質量比分別為0.8、2.0，在這種情況下進行溫度對固氯效果影響的實驗分析，詳細如下：首先需要將實驗條件設定在規范狀態下，即空氣流動速率為100mL/min，升溫速率為10℃/min。由此可知，當體系溫度在550℃-650℃左右時，此時體系中氯化氫濃度相對較低，證明兩種吸收劑具有良好的固氯效果。但是隨著溫度的繼續升高，體系中氯化氫的濃度不斷增加，證明吸收劑的固氯效果開始呈現降低趨勢，尤其是當體系溫度達到700℃以后，固氯效果更差，造成這種問題的原因一方面是由于吸收劑氧化鈣固氯反應中發生了可逆反應所致，另一方面是碳酸鈣吸收劑在溫度達到700℃以后時，發生了自身分解反應，導致固氯效果降低。由此可見，要想達到理想的固氯效果，必須要綜合考慮吸收劑和溫度等多方面因素，確保各項參數處于最優狀態。

2.4木屑對固氯效果的影響

在本次實驗中，為了提升殘渣樣品的熱值和可燃性，選擇木屑作為助燃劑，所以木屑會對固氯效果產生一定程度的影響。對于木屑而言，其作為一種固體廢棄物燃料，其熱值是殘渣樣品熱值的2倍左右，同時其燃燒溫度較低，所以特別適用于本次試驗中的助燃劑。在研究木屑對固氯效果的影響前，同樣需要設定相關的參數，即在空氣流動速率為100mL/min，升溫速率為10℃/min 時，分析樣品／木屑／氧化鈣比值為1：3：0.8 和樣品／木屑／碳酸鈣比值為1：2：3時的固氯效果。根據實驗結果分析可知，在體系中加入一定比例的木屑助燃劑后，混合物熱值得到有效提升，此時吸收劑的固氯效果同樣十分良好，即前者固氯率達到97%左右（氧化鈣），后者固氯率達到76%左右（碳酸鈣）。通過分析發現，殘渣中加入木屑后對固氯的影響認為是，木屑熱解過程的兩個峰值分別在溫度340℃和450℃，低于殘渣熱分解峰值出現的溫度560℃，故混合物在加熱過程中木屑先于殘渣分解，木屑分解產生的熱量使得殘渣局部溫度過熱，促進了殘渣的分解。而殘渣整體溫度還較低，這樣就有利于氣固吸收反應的進行。

3 結語

綜上所述，在化工制藥過程中會生成一定的殘渣，這些殘渣中含有的氯元素，在焚燒處理后會生成氯化氫氣體，對環境造成嚴重影響。因此，需要應用相關措施進行固氯處理，本次對固氯試驗研究發現，為了有效提升固氯效果，必須要綜合考慮溫度、吸收劑以及助燃劑等的影響，確保固氯效果達到最佳，從而確保化工制藥的安全性。