制酸系统除氟工艺的优化

李杰

（新疆五鑫铜业有限责任公司 阜康 831500)

化工厂制酸工段制酸系统生产的原料主要为铜系统的冶炼烟气，冶炼烟气中除含SO2外，还含有As、HF等有害成分。尤其是烟气中的HF是一种腐蚀性很强的酸，对硅质材料的腐蚀危害极大，硫酸系统含硅的设备设施及材料几乎全部在干吸和转化工序，主要有干吸塔内的瓷砖、瓷环填料以及转化硅藻土为载体的钒触媒等，为了有效防止冶炼烟气中HF进入干吸工序，导致干燥塔内瓷砖、瓷环腐蚀、转化器内触媒中毒粉化失效，制酸工段针对除氟工艺的不足，对该工艺进行了完善、优化。

1 除氟装置工作原理

该装置采用目前烟气除氟效果较好的水玻璃（偏硅酸钠）除氟工艺，水玻璃的主要除氟的物质成分是SiO2，水玻璃[Na2·xOSiO2·yH2O]系含水化形态的SiO2，具有较高的活性。其工作原理如下：

反应（4）的平衡常数为：K=[SiF4][HF]2/[H2SiF6]=4×10-5。

从平衡常数看，H2SiF6是一个很稳定的多元络合物，因此只要加入足够的水玻璃，就可以使洗涤酸中的F-浓度降低。

2 除氟装置工艺流程

在正常生产过程中，化工厂对硫酸系统净化增加了除氟装置，主要是优化以适应不断变化的冶炼烟气状况。除氟装置主要考虑了铜系统冶炼烟气的走向以及净化工序加水、串酸工艺。经过增加，56万吨系统采用一级一次除氟生产工艺。

56万吨系统将水玻璃加入点加至气体冷却塔，水玻璃在塔内经过不断混合，通过串酸方式从后至前逐级串入一级动力波，进行一级除氟。将水玻璃加入点放置冷却塔，主要考虑了一下几方面因素：

（1）将水玻璃加入冷却塔，通过逐级串酸，可延长水玻璃与氟化氢的反应时间，提高水玻璃的利用率。

（2）氟化氢气体在低温下溶解度大于在高温下的溶解度，实际生产中，冷却塔温度比一级动力波酸温度低20℃左右，经冷却塔、一级动力波塔除氟后，烟气中剩余的氟化氢气体在冷却塔中溶解效果增强，有利于烟气中氟化氢气体的脱除。

（3）从反应动力学角度考虑，溶液中氟化氢浓度越低，为了保证反应向正方向进行，就需要溶液中含有足够的Na2SiO3，由冷却塔加入水玻璃，通过逐级串酸，在冶炼烟气净化塔中形成了Na2SiO3浓度梯度，由冷却塔至一级动力波Na2SiO3浓度逐渐降低，正好满足了这个要求。

在对水玻璃加入点进行加装后，有效防止冶炼烟气中的氟含量突然且大幅度升高，短时间大于水玻璃除氟装置的能力，部分HF进入干吸工序腐蚀瓷环填料现象的发生。

3 确定水玻璃的加入量

从进入净化一级动力波入口烟气中的氟含量的分析数据可以看出，冶炼烟气中的氟波动范围较大，且无规律可循。由于冶炼烟气中含氟量无法进行在线分析，又没有历史趋势，并且烟气中的氟含量很不稳定，因此水玻璃的加入量很难准确按照HF和水玻璃反应的摩尔比来计算。

4 总结

目前，除氟装置水玻璃的加入量按照一年来硫酸系统净化一级动力波入口烟气中的氟含量最高值计算得出，水玻璃采取定时定量加入。近期，整个制酸系统二段电雾出口氟含量控制在规定范围内。

综上所述，化工厂硫酸工段采用的除氟装置在保障制酸系统正常生产方面起到了积极的作用继续完善该除氟装置。