無水氟化鋁生產尾氣處理技術研究與實際應用

宋德雄

（白銀中天化工有限責任公司，甘肅 白銀 730900）

1 概述

氟化鋁是較常見的無機氟化鹽，主要用于煉鋁工業，是重要的無機氟化鹽?，F階段由于環保排放值的逐步降低，對于無水氟化鋁生產尾氣的處理就顯得尤其重要。白銀中天化工有限責任公司現有三條無水氟化鋁生產線，年產共計約90000t，為達到資源節約、環境保護的目的，公司對無水氟化鋁生產尾氣進行了研究改造，對生產尾氣中的蒸汽、顆粒物進行回收，最終達到了改善環保、資源重利用的效果。

2 工藝流程簡介

氫氧化鋁與氫氟酸的反應是在一個直立的氟化鋁反應器中完成的。無水氟化氫和熱空氣的混合氣體從流化床的底部進入。流化床底部分布盤裝備有特殊的噴嘴，氣體均勻通過分布盤，再進入流化床上部，物料在流化床中呈現流態化，固體顆粒懸浮在氣體中，流動到二級氣流反應器中，再進入流化床底部。

反應是一個放熱反應過程，是按照下式進行的：

氫氧化鋁被輸送至一級氣流反應器，在一級氣流反應器中，物料呈流態化，完全脫水并部分與HF反應，同時，來自流化床中的氣體中富含水蒸氣和未反應的HF。在流化床內氧化鋁被大部分氟化。物料被反應釋放出來的化學熱加熱。反應生成的氟化鋁經放料回轉閥進入氟化鋁冷卻器，成品氟化鋁在冷卻爐內被冷卻水冷卻，再從這里通過負壓輸送到氟化鋁料倉。

從氣流反應器排放的尾氣中含有較多的固態顆粒，這些固態顆粒在氣流反應器中被除去，來自四級氣流反應器的氟化鋁成品在重力作用下回流到氟化鋁流化床中。雙旋風收塵器中的氣體經過文丘里洗滌系統后排放到大氣中。

3 氟化鋁尾氣傳統治理措施

3.1 傳統氟化鋁尾氣污染及資源浪費原因分析

在原有單旋風除塵中，旋風除塵吸收效果差，收塵效果不理想導致后續洗滌系統頻繁堵塞，系統壓力高出現噴料現象，被迫停產清理洗滌系統，氫氧化鋁與氫氟酸反應為放熱反應，尾氣經洗滌系統后，出口溫度高達88℃左右，排放大量蒸汽，洗滌系統無法完全吸收顆粒物，導致粉塵由煙囪排空。

從根本上改善無水氟化鋁尾氣，要從以下幾個方面入手：

1）提高旋風除塵效果，提高洗滌系統收塵效果，避免后續洗滌系統內顆粒物含量過高無法完全吸收。要達到這一效果必須對原有單旋風進行改造，提高收塵效率。

2）降低尾氣出口溫度。減少排空蒸汽量，收集冷凝水回用，避免水資源浪費，在降低尾氣出口溫度的同時能夠更好吸收尾氣中的顆粒物。

3）在尾氣正常排空前，再次進行粉塵吸收。尾氣中的粉塵及氟化物是氟化鋁尾氣中的主要污染成分，為達到環境保護的目的，必須在尾氣排放的最終階段提高粉塵、氟化物吸收率，降低粉塵、氟化物排空量。

因此，通過對旋風除塵進行選型改造是當務之急，同時降低尾氣出口溫度，回收利用蒸汽冷凝水，同時增加尾氣粉塵、氟化物處理裝置以達到標準要求。

3.2 傳統治理措施

傳統氟化鋁尾氣治理的具體工藝流程如下：尾氣中從氟化鋁流化床帶出的固體顆粒在氣流反應器中被除去，來自氣流反應器、旋風除塵器中的氟化鋁成品在重力作用下回流到氟化鋁流化床中。

經過氣流反應器、旋風除塵器分離后的氣體從除塵器頂部進入1#文丘里，在文丘里進行洗滌吸收，不能冷凝的氣體在正壓的作用下通過連接管順序進入2#、3#文丘里洗滌器里，進行連續洗滌吸收，洗滌過的氣體通過尾氣管道排空。水從洗滌槽通過泵和流量計進入噴射口，對高溫氣體進行洗滌、冷卻。其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 傳統氟化鋁尾氣治理工藝流程圖

4 存在的主要問題

1）旋風除塵效果不好，造成后續洗滌系統頻繁堵塞，職工勞動強度大，設備連續運轉效果差。作為單級收塵，單旋風存在一定的局限性，無法有效吸收粉塵，使成品由后續洗滌系統吸收，造成物料浪費，產品收率低，同時在成品進入洗滌系統后，造成頻繁堵塞，職工在清理洗滌系統的過程中只能人工清理，勞動強度大，同時在清理時必須停產，導致設備連續運轉效果差。

2）蒸汽排放量大，造成資源浪費。尾氣通過旋風除塵及三級洗滌后溫度仍然非常高，導致蒸汽無法吸收回用，按照設計產量計算每年90000t氟化鋁產量將產生54000t水蒸氣排空，資源嚴重浪費。

3）煙囪排放蒸汽伴隨粉塵及氟化物，造成環境污染。后續尾氣處理裝置僅使用水吸收、除塵器吸收無法有效吸收所有粉塵及氟化物，導致環境污染，故以上三點是無水氟化鋁尾氣造成環境污染、資源浪費的直接原因，所以對無水氟化鋁生產尾氣進行處理將圍繞以上三個方面，以達到改善設備連續運轉效果、資源回收利用的目的。

5 優化內容

1）旋風除塵優化。根據除塵效果，增加一級旋風除塵，將原有單旋風更改為雙旋風除塵，增加收塵效率，提高產品收率。在后續洗滌系統中進入的物料將減少，有效減少堵塞情況發生，減少職工清理系統的工作量。

2）尾氣冷凝系統優化。在3#洗滌槽后增加二級冷凝裝置，對尾氣進行降溫，把尾氣中的水蒸氣冷凝下來，回收處理利用。冷凝器采用二級串聯冷凝，有效處理尾氣溫度，同時使尾氣的溫度達到尾氣排放要求。為使冷凝系統正常運行，增加一部600m3涼水塔，專供兩臺冷凝器使用，保證冷凝系統能夠有效冷凝蒸汽。

3）尾氣處理優化。在原有三級洗滌的基礎上增加電除塵設備，吸收未處理的尾氣粉塵及氟化物，大幅度降低尾氣粉塵及氟化物的含量。

6 尾氣處理效果

優化后尾氣處理流程，如圖2所示。

圖2 優化后尾氣處理流程圖

通過對無水氟化鋁生產尾氣處理技術的實施，有效降低排空氣體溫度，收集冷凝水，尾氣排放溫度（見表1）；有效降低排空氣體顆粒物及氟化物含量。同時一二三級洗滌槽中的固含量有效降低，洗滌系統文丘里內物料大幅 度減少，洗水固含量對比數據見表2。

表1 尾氣排放溫度數據

表2 洗水固含量對比數據

7 結語

通過對無水氟化鋁生產尾氣處理技術的分析研究，提出一整套的尾氣處理技術。通過技術實施，能夠有效吸收尾氣物料及蒸汽，從根本上改善了資源浪費、環境污染的問題，為氟化工的不斷發展進步奠定了堅實的基礎。