高濃度HCl廢氣的治理

李 錦

（上海達源環境科技有限公司 上海 200092）

目前，工業生產造成的環境污染日益嚴重，有色金屬工業是全國污染物排放的大戶，鎂、鈦工業又是有色金屬工業中的污染物排放大戶之一，要控制鎂、鈦工業的污染物排放，并保持鎂、鈦工業的快速發展，將鎂、鈦工業生產過程中產生的部分污染物有效的回收利用，值得環保行業認真探討和研究。

下面介紹某制鈦公司在生產海綿鈦過程中對所產生的廢氣進行治理并回收利用的工藝系統。

1 廢氣來源及含量

生產海綿鈦的國家現有日本、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，高鈦渣經磁選、球磨后送入氯化爐進行氯化；經收塵、冷凝得到粗四氯化鈦液體，再將其進行除釩脫硅及去掉其他雜質，得到精四氯化鈦液體；將所得的精四氯化鈦經金屬鎂還原得到的金屬鈦，即為海綿鈦坨。

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

1.1 來源及規模

廢氣的來源，主要為兩臺氯化爐生產過程中產生的尾氣。

1.2 主要污染因子

氯化爐產生的尾氣，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

根據建設單位的要求，本設計所要達到的設計目標為：中華人民共和國大氣綜合排放標準GB 16297-1996規定的排放標準，具體數值如下：

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3 含HCl廢氣的治理技術

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高濃度的HCl廢氣進行冷凝回收鹽酸，冷凝回收鹽酸后的廢氣再經水吸收。HCl的去除率可以達到90%以上。

水吸收法是含有高濃度HCl的廢氣，進入塔內，與噴淋水逆流接觸而被吸收。凈化后的尾氣向外排放。吸收液在循環槽中進行循環吸收，可回收15%～30%的鹽酸。可進一步利用它來制成氯系列的化合物，達到廢物的資源化利用，產生一定的經濟效益。

HCl在水中有相當大的溶解度，1個體積的水能溶解450個體積的HC 1。對于濃度較高的HCl廢氣，吸收率可達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行。這也是一種應用較多的方法。

其反應方程式為：

4 含Cl2廢氣的治理技術

對含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，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為副產品——次氯酸鹽。該法效率高，可達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，所用設備和工藝流程簡單，堿液價格較低，又能回收廢氣中的Cl2，生產中間產品或成品。所以這一方法在工業上國內外都得到廣泛應用。

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品，同時消除污染。

溶劑吸收法是指用有機或無機溶劑洗滌含氯廢氣，使溶劑吸收其中的氯，加熱或加壓解吸出純氯氣，解吸后的溶劑循環使用。或者將含氯溶劑作為生產原料用于生產過程。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。

缺點是幾種溶劑都有刺激性，要嚴格密封。

5 工程處理流程

針對本工程的特點，廢氣中同時含有HCl及氯氣，還含有很少量的氯硅烷等易結垢物質，我們采取“四級水洗”+“二級堿洗”串聯吸收法處理，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備類型，具有傳質快，吸收率高，不易結垢等諸多優點。

5.1 煙氣走向

生產過程中產生的煙氣依次進入一級增濃吸收塔、二級增濃吸收塔、三級增濃吸收塔、四級增濃吸收塔，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槽中；煙氣再由四級增濃吸收塔依次進入一級堿洗吸收塔、二級堿洗吸收塔，在此氫氧化鈉溶液與煙氣中殘留的氯氣和氯化氫氣體進行中和反應，進一步凈化煙氣。煙氣進入汽水分離器，在此進行氣水分離，分離液回流至二級堿洗循環槽。最后煙氣經排放風機加壓后通過煙囪排入大氣中。

5.2 增濃循環槽內循環液走向

增濃循環槽內循環液來自廠內提供的生產用自來水，補液過程是四級補給三級，三級補給二級，二級補給一級。一級增濃循環槽內的循環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，因此在循環液的鹽酸濃度達到30%后，需將循環液排入廢酸回收罐靜置幾天，然后經過過濾裝置濾掉廢酸內的二氧化硅雜質后，進入鹽酸回收罐回收利用。二級、三級、四級增濃循環槽內的循環液內的濃度依次遞減，當二級循環槽內的鹽酸濃度達到30%后，排入鹽酸回收罐進行利用。

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5.3 堿洗循環槽內循環液走向

堿液循環槽內的堿液補充是通過堿液儲池提供的，補液的過程是堿液池補給二級堿洗循環槽，二級堿洗循環槽補給一級堿洗循環槽。當一級堿洗循環槽內的p H值達到9，將循環液排放至Na Cl殘液收集池內，等待處理。

5.4 排污系統

增濃循環槽及堿液循環槽都設有放空閥門，當設備需要檢修時，可將循環槽內液體排放至安全水池。

5.5 自動控制

本工段采取半自動控制，氣路上設置空氣流量計，淋洗水泵采用變頻控制，各循環槽的補液、補堿是通過在中控室控制氣動閥門的開、停來實現的。各循環槽、鹽酸回收儲罐、堿液池都安裝液位計，在中控室能實施監控。

6 主要設計計算

*一、二、三、四級HCl增濃吸收系統/兩級堿洗吸收系統設*其它主要設備計算

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7 節能設計

本工程的用電設備主要為水洗循環泵、堿洗循環泵、引風機等，風機水泵類負載多是按滿負荷工作來選型的，然而，實際應用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態。常用擋風板、回流閥或開停/機時間，來調節風量或者流量；同時大電機在工頻狀態下頻繁開/停比較困難，勢必造成開/停機時的電流沖擊，由此造成了電能的損失和設備的損壞。采用變頻器直接控制風機、泵類負載是一種科學的控制方法，當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的(80%)，即51.2%，除去機械損耗及電機銅、鐵損等影響，節能效率也接近40%。本工程在煙氣進氣管上設置流量計，淋洗水泵、引風機使用變頻控制，根據進口煙氣量，對淋洗水泵的淋洗水量進行調節，節電率達到20～40%之間，節約能源，降低了生產成本。

8 應用情況

本廢氣處理技術，通過在該工程的實際應用，達到了設計目標要求，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，實現年銷售收入540萬元。

在實際工程中，海綿鈦生產過程中產生的廢氣得到有效的處理，廢氣達標排放，實現了HCl和Cl2的去除率在99.7%以上。廢氣中的HCl和Cl2回收，轉化成便于運輸和儲藏的鹽酸溶液（30%濃度）18000噸，實現年收入540萬元。整個廢氣處理工藝在封閉狀態下運行，無二次廢氣產生，運行穩定。

9 結語

通過四級水洗+二級堿洗法，成功實現了鈦業生產裝置中廢氣的治理，減少了大氣污染，廢氣達標排放。同時回收了廢氣中高濃度的HCl和Cl2，副產物30%的鹽酸可產生良好的經濟效益。整個工藝操作簡單，無二次廢氣產生，且采用的消耗品來源廣泛，價格便宜，效果顯著，便于操作。實踐證明：該工藝可作為鈦業廢氣治理的推薦工藝。

[1]北京市環境保護科學研究院等主編.三廢處理工程師手冊（廢氣卷）[G].北京：化學工業出版社,2000.

[2]動力管道設計手冊[G].北京：機械工業出版社,2006.1.

[3]北京市市政工程研究總院主編.給水排水設計手冊[G].北京：中國建筑工業出版社,2004.2.