化工過程高溫含鹽酸尾氣處理方案

1、化工過程高溫含鹽酸尾氣處理方案摘要：為了使排入大氣的含鹽酸高溫尾氣得到有效處理，通過理論與實際經(jīng)驗相結(jié)合，對含HCl高 溫尾氣處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計思路、合理選擇計算模型、工藝流程，并對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行精確的工藝計算，同時 對關(guān)鍵設(shè)備材質(zhì)進(jìn)行科學(xué)選擇。工業(yè)應(yīng)用運(yùn)行結(jié)果表明，該套尾氣處理系統(tǒng)工藝路線趨于合理，設(shè)備易于 選型，處理后尾氣達(dá)標(biāo)排放。關(guān)鍵詞：工藝設(shè)計，尾氣處理，急冷塔，噴淋塔，HCl1引言在煉油催化劑生產(chǎn)過程中，為了調(diào)節(jié)反應(yīng)過程中的PH值且提高催化劑顆粒的耐磨損性 能，成膠過程中加入了適量的鋁溶膠和鹽酸，這些氯離子絕大部分在焙燒成型過程中以HCl 氣體的形式被除去，最終催化劑產(chǎn)品中氯離子含量W1

2、%。因此，膠體在高溫成型過程中，大 量HCl與水蒸汽、高溫空氣一起由引風(fēng)機(jī)排出，溫度一般在160-400C之間，部分立式焙燒 爐尾氣溫度甚至高達(dá)600C，直接排放極易形成酸雨、酸霧，同時伴生巨大的熱污染，對人 體和周邊環(huán)境產(chǎn)生極大危害，高溫鹽酸氣體在空氣中降溫過程析出的酸霧液滴對幾乎所有常 用的金屬均有強(qiáng)腐蝕性。隨著環(huán)保規(guī)范的越來越嚴(yán)苛，直接排放已不可取，使得選擇合理的 吸收工藝和設(shè)備成為各大催化劑廠研究的主要課題之一。近年來，我們對高溫含HCl尾氣逐漸采用急冷塔+吸收塔的系統(tǒng)處理方式，利用HCl極 易溶于水的特性，先使用霧化水對尾氣進(jìn)行降溫處理，然后對溶于水中的HCl采用NaOH中 和，尾氣

3、達(dá)標(biāo)后排放，水循環(huán)使用。本套系統(tǒng)已應(yīng)用于建長公司2011年的趕酸爐、活化爐 尾氣治理項目中，工藝路線可靠，設(shè)備易于實現(xiàn)，運(yùn)行效果良好。2工程實例條件參數(shù)某催化劑生產(chǎn)公司趕酸爐、活化爐尾氣參數(shù)整理見表2.1：表2.1趕酸爐、活化爐尾氣參數(shù)序號位號TC:1m空氣kg h-1mHClkg h-1mH2Okg h-1備注1F-210120460517.21.83.42F-205360350452.552.243F-207470350452.552.274F-211360350452.551.83.4根據(jù)表2. 1的數(shù)據(jù)，趕酸爐、活化爐尾氣有以下特點(diǎn):尾氣排放溫度高(最高可達(dá)470C),現(xiàn)有的尾氣直排大

4、氣，尾氣經(jīng)周邊環(huán)境降溫 后，在空氣中易出現(xiàn)鹽酸結(jié)露情況，對人員健康及設(shè)備防腐均有重大負(fù)面影響；HCl絕對排放量大，約為8 kgh-i。按照排氣筒30m計算，尾氣中含量超出最高 允許排放值36倍，排放速率超出國家II類標(biāo)準(zhǔn)的5倍；HCl濃度偏低(混合后氣體中HCl (w)約為0.421%)；尾氣中水汽含量約為17.8 kgh-i，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和狀態(tài)。3工藝研究3.1工藝流程設(shè)計尾氣經(jīng)緩沖罐匯集后，被送至急冷吸收系統(tǒng)進(jìn)行處理。在60-80C，HCl的溶解度較大， 在HCl被水吸收的同時注入堿液中和，故在設(shè)計塔型的時候，需充分考慮噴嘴效果和混合效 果，按HCl完全被吸收進(jìn)行計算。主要流程圖見圖2.1。

5、急冷塔采用技術(shù)先進(jìn)的“并流順噴洗滌”工藝流程，主要功能是將高溫尾氣降溫至 80C以下，同時吸收部分HCl。急冷塔塔頂設(shè)置并聯(lián)的兩組噴嘴，其中一組為正常供水，另 一組由自控閥控制。當(dāng)急冷塔內(nèi)工作溫度超過給定溫度或另一組水壓低于設(shè)定值時，自控閥 打開補(bǔ)水降溫。吸收塔采用氣液逆流的方式，內(nèi)部設(shè)置一定高度的填料，增大氣液接觸面積和氣體 停留時間，作用是進(jìn)一步吸收HCl，對氣體進(jìn)行再一次降溫，同時對其存在的粉塵進(jìn)行吸收， 為獲得更好的效果，在吸收塔內(nèi)設(shè)置液體再分布器及除沫器。對系統(tǒng)用水的使用，利用換熱器進(jìn)行降溫后循環(huán)使用，定期排污、定期補(bǔ)堿。自控方面，急冷塔尾氣入口出口均設(shè)置溫度遠(yuǎn)傳顯示，其中出口測溫點(diǎn)

6、與第二組進(jìn) 水噴嘴聯(lián)鎖控制，吸收塔底部設(shè)置液位聯(lián)鎖，在液位較低的情況下自動補(bǔ)充化學(xué)水，從而保 證系統(tǒng)在排污周期內(nèi)可以穩(wěn)定、連續(xù)、安全運(yùn)行。傾A圖2.1工藝流程圖3.2主要工藝計算尾氣處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵熱力學(xué)過程如下：4股尾氣在尾氣緩沖罐內(nèi)混合后溫度Tmix=325C；尾氣中的干空氣降溫至出口溫度（放熱）；尾氣所含水蒸氣降溫至出口溫度（放熱）；尾氣中所含HCl氣體降溫至出口溫度（放熱）；鹽酸溶液生成熱（放熱）；酸堿中和熱（放熱）；循環(huán)水（經(jīng)換熱器冷卻至40C ）的升溫和汽化（吸熱）。若暫不考慮尾氣處理系統(tǒng)的散熱，壓力為微負(fù)壓操作，按絕熱恒壓過程處理，計算過程 如下：3.2.1對急冷塔進(jìn)行熱量衡算2

7、- 5Tmix=325C，急冷塔出口溫度Tj76C，相應(yīng)飽和濕度Hwi=0.411kgH20/kg絕干空氣尾氣中的干空氣降溫放熱AH1 = ixCpin1dT = 491580為/九尾氣中的水蒸氣% = f325 mdT = 8905KJ/h276尸2 2尾氣中HCl氣體降溫放熱XH3= 席赤Cp3n3dT = fix（a + bT + cT2）%dT =仲98.15（28.167+ 1.8096X 10-3T + 1.5468X 10-6T2）8000dT = 202.849為/h349.1536.5急冷塔內(nèi)進(jìn)水溫度t=40C，汽化熱q=2401KJ/kgH20急冷塔內(nèi)進(jìn)水汽化量m=皿1 =

8、 500687,849 = 208.6切/九HE q2401急冷塔出口氣體濕度0. 1207kgH0/kg絕干空氣 = 匹=0.74m圓整后取D=l. 0m,實際空速u=0. 8m/s nue50塑料鮑爾環(huán)散堆填料的實際噴淋密度煩實際=07京;2= 153/ (m2 q)大于最小噴淋密度umin = (Lw) a = 0.08 x 112 = 8.96m3/ (m2 - h) , L 合適。利用等板高度法對填料高度層計算得2 = HETP % = 900mm根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，計算結(jié)果需要增加一定的安全系數(shù)(1.2-1.5)，高度取1400mm。吸收塔內(nèi)設(shè)液體再分布器及除沫器。4關(guān)鍵設(shè)備材質(zhì)的選擇鹽

9、酸尾氣具有高溫、高腐蝕性，HCl氣體的露點(diǎn)腐蝕使得普通材質(zhì)的設(shè)備很快就會被腐 蝕，耐高溫、耐腐蝕材質(zhì)的選擇對工業(yè)方案的實施有著重要的影響。尾氣處理系統(tǒng)主要關(guān)鍵 設(shè)備見表4.1，操作工況見表4.2.表4.1關(guān)鍵設(shè)備序號設(shè)備名稱規(guī)格數(shù)量1尾氣急冷塔1000X2300X141臺2尾氣吸收塔1000X6866X161臺3風(fēng)機(jī)材質(zhì)：玻璃鋼；全壓：7000Pa2臺4循環(huán)水泵LDF-65-2002臺表4.2尾氣處理設(shè)備工況設(shè)備操作溫度/C操作壓力/MPa介質(zhì)急冷塔上部錐段325 （最高 460）微負(fù)壓尾氣中HCl含量0.42%急冷塔下部錐段76-150微負(fù)壓尾氣中HCl含量0.42%急冷塔出口76微負(fù)壓吸收

10、塔出口66微負(fù)壓氣相HCl含量約為0.002%根據(jù)操作條件并結(jié)合經(jīng)驗參數(shù)，關(guān)鍵設(shè)備最終確定以下材質(zhì):急冷塔上部錐段采用哈氏合金鋼。根據(jù)腐蝕手冊6哈氏合金耐高溫氧化，膨脹 系數(shù)接近于不銹鋼，耐腐蝕性適用于各種濃度的鹽酸，是少數(shù)耐鹽酸的合金之一，在10%沸 鹽酸中腐蝕率0.25mm/s，適用于急冷塔上部注水霧化冷卻部位。而且相對于搪瓷類材質(zhì)， 哈氏合金具有可焊性，修復(fù)性較好，運(yùn)行周期較長的優(yōu)點(diǎn)。急冷塔下部錐段及出口部位、吸收塔及后續(xù)尾氣管線均采用玻璃鋼，該材料在小 于90C條件下對任意濃度的鹽酸具有良好的耐腐蝕性。現(xiàn)有四臺爐子尾氣均直排大氣，其 尾氣煙囪材質(zhì)雖然采用316L，但是在實際排空過程中，

11、由于露點(diǎn)腐蝕的存在，需要定期更 換煙囪，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。玻璃鋼材質(zhì)相對會更經(jīng)濟(jì)實惠。風(fēng)機(jī)和機(jī)泵過流部位均采用耐鹽酸腐蝕材質(zhì)。5尾氣處理系統(tǒng)運(yùn)行效果尾氣處理系統(tǒng)投用后，工業(yè)應(yīng)用效果良好。2013年11月經(jīng)過環(huán)保檢測站現(xiàn)場取樣進(jìn)行的工業(yè)檢測結(jié)果標(biāo)明，尾氣排放口的氣體HCl 排放速率約為1.78mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GB16297-1996大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的排放標(biāo) 準(zhǔn)(見表5.1)，完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計目的。同時對尾氣系統(tǒng)的粉塵亦有良好的吸收效果，粉 塵排放速率0.4mg/m3，其出口粉塵含量也可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。表5.1 GB16297-1996大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)污染物最高允許排放值 mg

12、m-3最高允許排放速率kg h-1排氣筒高度二級三級HCl現(xiàn)有污染源150301.72.6403.04.5HCl新污染源100301.42.2402.63.86結(jié)語含HCl高溫尾氣處理系統(tǒng)的設(shè)計思路是切實可行的，廢氣中的HCl的排放量能夠嚴(yán) 格控制在20mg/m3以下，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。采用哈氏合金作為高溫尾氣處理系統(tǒng)急冷塔塔蓋材質(zhì)，其他部位采用玻璃鋼材質(zhì)， 充分利用了兩種材質(zhì)的特性，達(dá)到了耐高溫、耐強(qiáng)酸的目的，同時有效的降低了成 本。高溫HCl尾氣處理系統(tǒng)的成功投用，實現(xiàn)了催化劑分公司環(huán)保達(dá)標(biāo)的要求，有效地 改善了周邊環(huán)境，保護(hù)了職工的身體健康。參考文獻(xiàn):王樹楹.現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南.北京：中國石