氯化氫吸收裝置安全環保改進

顧濤，魯秀秀

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱“圣雄氯堿”)是一家以發展煤電鹽化為一體的循環經濟產業和生產高附加值化工產品的現代化氯堿企業，離子膜法燒堿生產規模40萬t/a，電石法聚氯乙烯生產規模55萬t/a。鹽酸生產裝置在氯堿生產中具有重要的作用，在聚氯乙烯裝置停車降量或燒堿裝置自用酸量不足時，須生產質量分數為31%的高純鹽酸。圣雄氯堿氯化氫吸收裝置采用兩級降膜吸收，排出的尾氣含量超標，不能滿足環保要求，因此，對氯化氫吸收工藝進行了改造。

1 改造前工藝狀況

1.1 吸收工藝

氯化氫氣體溶于水或者說用水吸收氯化氫氣體后生成了鹽酸，用高純水吸收則生成了高純鹽酸。該吸收過程本質上是氯化氫分子越過氣液兩相界面向水中擴散的過程。圣雄氯堿共有8套氯化氫降膜吸收器，2種吸收系統，其中4套為90 t/d的降膜吸收器(稱為“小降膜”)，另外4套為775 t/d的事故降膜吸收器(稱為“大降膜”)。裝置采用圓形塊孔式石墨吸收器和尾氣吸收塔組合體，從氯氫處理工序來的氫氣和氯氣在石墨合成爐經過氫氣、氯氣緩沖罐和阻火器后分別進入石墨合成爐燈頭下部，在爐內進行燃燒；爐體使用循環純水進行冷卻，從石墨合成爐上部出來的氯化氫氣體由頂部進入一級吸收器，與來自二級吸收器的稀酸接觸，生成的成品酸流入鹽酸儲槽；未被吸收的氯化氫氣體由塔下部出來進入二級吸收器上部，與來自尾氣吸收塔的稀鹽酸接觸，生成的稀鹽酸進入一級吸收器；未被吸收的氯化氫氣體由塔體下部進入尾氣吸收塔下部，與來自循環液泵的吸收水(脫鹽水)接觸，生成的稀鹽酸進入二級吸收器中；不能吸收的少量的氮氣和過量的氫氣經阻火器排空。氯化氫在吸收過程中放出的大量熱能在一級吸收器和二級吸收器被循環水帶走。氯化氫吸收工藝如圖1所示。

1.2 工藝參數及控制

吸收水吸收氯化氫過程的關鍵參數是鹽酸的濃度、氯化氫的溫度、吸收水的溫度等，具體見表1。

圖1 氯化氫降膜吸收工藝流程圖

表1 吸收氯化氫過程的關鍵參數

Table 1 Key parameters of hydrogen chloride absorption process

參數要求參數值增大參數值減小吸收水溫度≤25 ℃不利于吸收有利于吸收氯化氫溫度35 ℃不利于吸收有利于吸收鹽酸質量分數≤31%不利于吸收有利于吸收

1.3 鹽酸儲槽尾氣吸收工藝流程

鹽酸儲槽頂部尾氣連接至水力噴射器進口處，與來自循環液泵的吸收水在水力噴射器內部進行接觸吸收，利用水力噴射器產生的真空，吸收鹽酸儲槽頂部的氯化氫尾氣，氣水混合物回流至循環液槽中，不凝氣經循環液槽排空管排入大氣。

2 氯化氫吸收系統存在的問題

(1)此工藝采用三級降膜吸收，在生產正常時不制酸，所以降膜吸收器中不加入吸收水。由于降膜吸收器材質為石墨，長時間制酸會使石墨塊表面的澆灌樹脂保護層損壞，導致氯化氫氣體吸附在石墨塊中，在沒有吸收水循環時，石墨塊內部及表面的氯化氫氣體逸出，造成尾氣中氯化氫含量高。氯化氫尾氣的直接排放不但造成鹽酸合成爐周圍設備、管線的腐蝕，而且不利于員工的身體健康。

(2)圣雄氯堿循環液槽連接水力噴射器，隨著吸收水不斷循環使用，循環液槽中的脫鹽水pH值最低可達到1，在降膜吸收器循環使用時會直接影響尾氣吸收塔的吸收效果，造成氯化氫尾氣含量高，尾氣中氯化氫含量的測量結果如圖2所示。

(3)圣雄氯堿原設計有6臺101 m3的臥式鹽酸儲槽、12臺石墨合成爐。離子膜裝置運行到后期，離子膜性能下降。為保證離子膜安全穩定運行，對二次精制鹽水工藝參數控制更加嚴格，對高純鹽酸的需求量增大，這樣導致高純鹽酸儲存量增多。根據生產需要，圣雄氯堿增加2臺800 m3的鹽酸儲槽，導致原水力噴射器能力不足，使氯化氫尾氣含量超標，加快了鹽酸合成周圍設備及管線的腐蝕。

圖2 改造前尾氣中氯化氫含量

3 氯化氫吸收工藝的改造

圣雄氯堿針對工藝現狀，對降膜吸收器尾氣吸收裝置和鹽酸儲槽吸收裝置進行改造，改造后的工藝流程如圖3。

圖3 改造工藝流程圖

(1)制作1臺小型PVC尾氣吸收填料塔[2]，氣相入口連接至原尾氣吸收塔氣相出口；氣相出口一端放空，另一端連接至風機入口。尾氣吸收塔采用氣液逆流的方式，為增大氣液接觸面積和尾氣在塔內的停留時間，內部設置一定高度的填料，進一步吸收氯化氫氣體，對氣體進一步進行降溫，同時對其存在的不凝氣再次進行吸收；為獲得更好的效果，在吸收塔頂部設置液體分布器。

(2)新增1臺PVC循環罐，通過吸收水泵(流量3 m3/h，功率為2.2 kW)將吸收水輸送至新增PVC尾氣吸收填料塔頂部與尾氣進行接觸吸收；吸收水從塔底部進入新增PVC循環罐循環使用，定期檢測吸收水pH值和酸濃度，若酸質量分數高于29%，則將其輸送至鹽酸儲槽，然后再將新增循環罐液位補充至50%。

4 改造后的效果

改造投用后，吸收裝置運行效果良好，解決了因降膜吸收器吸收效果不好、水力噴射器能力不足造成氯化氫尾排含量高的問題，可將尾排氯化氫質量濃度降低至5 mg/m3以下，如圖4所示。

圖4 改造后尾氣中氯化氫含量

該項目投資小、見效快，達到了預期的效果，很好地解決了環境污染問題，改善了現場操作環境，綜合效益顯著。

5 結語

(1)含氯化氫的尾氣處理系統的設計思路是切實可行的，廢氣中的氯化氫排放量能夠嚴格地控制在20 mg/m3以下，符合國家排放標準。

(2)采用PVC作為尾氣處理系統材質，罐體外部采用玻璃鋼加強，充分利用了兩種材質的物理性質，達到了耐酸的目的，同時有效地降低了成本。

(3)氯化氫尾氣處理系統的成功投用，實現了環保達標的要求，有效地改善了周邊環境，保障了員工的身體健康。