制酸系統除氟工藝的優化

李杰

（新疆五鑫銅業有限責任公司 阜康 831500)

化工廠制酸工段制酸系統生產的原料主要為銅系統的冶煉煙氣，冶煉煙氣中除含SO2外，還含有As、HF等有害成分。尤其是煙氣中的HF是一種腐蝕性很強的酸，對硅質材料的腐蝕危害極大，硫酸系統含硅的設備設施及材料幾乎全部在干吸和轉化工序，主要有干吸塔內的瓷磚、瓷環填料以及轉化硅藻土為載體的釩觸媒等，為了有效防止冶煉煙氣中HF進入干吸工序，導致干燥塔內瓷磚、瓷環腐蝕、轉化器內觸媒中毒粉化失效，制酸工段針對除氟工藝的不足，對該工藝進行了完善、優化。

1 除氟裝置工作原理

該裝置采用目前煙氣除氟效果較好的水玻璃（偏硅酸鈉）除氟工藝，水玻璃的主要除氟的物質成分是SiO2，水玻璃[Na2·xOSiO2·yH2O]系含水化形態的SiO2，具有較高的活性。其工作原理如下：

反應（4）的平衡常數為：K=[SiF4][HF]2/[H2SiF6]=4×10-5。

從平衡常數看，H2SiF6是一個很穩定的多元絡合物，因此只要加入足夠的水玻璃，就可以使洗滌酸中的F-濃度降低。

2 除氟裝置工藝流程

在正常生產過程中，化工廠對硫酸系統凈化增加了除氟裝置，主要是優化以適應不斷變化的冶煉煙氣狀況。除氟裝置主要考慮了銅系統冶煉煙氣的走向以及凈化工序加水、串酸工藝。經過增加，56萬噸系統采用一級一次除氟生產工藝。

56萬噸系統將水玻璃加入點加至氣體冷卻塔，水玻璃在塔內經過不斷混合，通過串酸方式從后至前逐級串入一級動力波，進行一級除氟。將水玻璃加入點放置冷卻塔，主要考慮了一下幾方面因素：

（1）將水玻璃加入冷卻塔，通過逐級串酸，可延長水玻璃與氟化氫的反應時間，提高水玻璃的利用率。

（2）氟化氫氣體在低溫下溶解度大于在高溫下的溶解度，實際生產中，冷卻塔溫度比一級動力波酸溫度低20℃左右，經冷卻塔、一級動力波塔除氟后，煙氣中剩余的氟化氫氣體在冷卻塔中溶解效果增強，有利于煙氣中氟化氫氣體的脫除。

（3）從反應動力學角度考慮，溶液中氟化氫濃度越低，為了保證反應向正方向進行，就需要溶液中含有足夠的Na2SiO3，由冷卻塔加入水玻璃，通過逐級串酸，在冶煉煙氣凈化塔中形成了Na2SiO3濃度梯度，由冷卻塔至一級動力波Na2SiO3濃度逐漸降低，正好滿足了這個要求。

在對水玻璃加入點進行加裝后，有效防止冶煉煙氣中的氟含量突然且大幅度升高，短時間大于水玻璃除氟裝置的能力，部分HF進入干吸工序腐蝕瓷環填料現象的發生。

3 確定水玻璃的加入量

從進入凈化一級動力波入口煙氣中的氟含量的分析數據可以看出，冶煉煙氣中的氟波動范圍較大，且無規律可循。由于冶煉煙氣中含氟量無法進行在線分析，又沒有歷史趨勢，并且煙氣中的氟含量很不穩定，因此水玻璃的加入量很難準確按照HF和水玻璃反應的摩爾比來計算。

4 總結

目前，除氟裝置水玻璃的加入量按照一年來硫酸系統凈化一級動力波入口煙氣中的氟含量最高值計算得出，水玻璃采取定時定量加入。近期，整個制酸系統二段電霧出口氟含量控制在規定范圍內。

綜上所述，化工廠硫酸工段采用的除氟裝置在保障制酸系統正常生產方面起到了積極的作用繼續完善該除氟裝置。