氯化氢吸收装置安全环保改进

顾涛，鲁秀秀

(新疆圣雄氯碱有限公司，新疆 吐鲁番 838100)

新疆圣雄氯碱有限公司(以下简称“圣雄氯碱”)是一家以发展煤电盐化为一体的循环经济产业和生产高附加值化工产品的现代化氯碱企业，离子膜法烧碱生产规模40万t/a，电石法聚氯乙烯生产规模55万t/a。盐酸生产装置在氯碱生产中具有重要的作用，在聚氯乙烯装置停车降量或烧碱装置自用酸量不足时，须生产质量分数为31%的高纯盐酸。圣雄氯碱氯化氢吸收装置采用两级降膜吸收，排出的尾气含量超标，不能满足环保要求，因此，对氯化氢吸收工艺进行了改造。

1 改造前工艺状况

1.1 吸收工艺

氯化氢气体溶于水或者说用水吸收氯化氢气体后生成了盐酸，用高纯水吸收则生成了高纯盐酸。该吸收过程本质上是氯化氢分子越过气液两相界面向水中扩散的过程。圣雄氯碱共有8套氯化氢降膜吸收器，2种吸收系统，其中4套为90 t/d的降膜吸收器(称为“小降膜”)，另外4套为775 t/d的事故降膜吸收器(称为“大降膜”)。装置采用圆形块孔式石墨吸收器和尾气吸收塔组合体，从氯氢处理工序来的氢气和氯气在石墨合成炉经过氢气、氯气缓冲罐和阻火器后分别进入石墨合成炉灯头下部，在炉内进行燃烧；炉体使用循环纯水进行冷却，从石墨合成炉上部出来的氯化氢气体由顶部进入一级吸收器，与来自二级吸收器的稀酸接触，生成的成品酸流入盐酸储槽；未被吸收的氯化氢气体由塔下部出来进入二级吸收器上部，与来自尾气吸收塔的稀盐酸接触，生成的稀盐酸进入一级吸收器；未被吸收的氯化氢气体由塔体下部进入尾气吸收塔下部，与来自循环液泵的吸收水(脱盐水)接触，生成的稀盐酸进入二级吸收器中；不能吸收的少量的氮气和过量的氢气经阻火器排空。氯化氢在吸收过程中放出的大量热能在一级吸收器和二级吸收器被循环水带走。氯化氢吸收工艺如图1所示。

1.2 工艺参数及控制

吸收水吸收氯化氢过程的关键参数是盐酸的浓度、氯化氢的温度、吸收水的温度等，具体见表1。

图1 氯化氢降膜吸收工艺流程图

表1 吸收氯化氢过程的关键参数

Table 1 Key parameters of hydrogen chloride absorption process

参数要求参数值增大参数值减小吸收水温度≤25 ℃不利于吸收有利于吸收氯化氢温度35 ℃不利于吸收有利于吸收盐酸质量分数≤31%不利于吸收有利于吸收

1.3 盐酸储槽尾气吸收工艺流程

盐酸储槽顶部尾气连接至水力喷射器进口处，与来自循环液泵的吸收水在水力喷射器内部进行接触吸收，利用水力喷射器产生的真空，吸收盐酸储槽顶部的氯化氢尾气，气水混合物回流至循环液槽中，不凝气经循环液槽排空管排入大气。

2 氯化氢吸收系统存在的问题

(1)此工艺采用三级降膜吸收，在生产正常时不制酸，所以降膜吸收器中不加入吸收水。由于降膜吸收器材质为石墨，长时间制酸会使石墨块表面的浇灌树脂保护层损坏，导致氯化氢气体吸附在石墨块中，在没有吸收水循环时，石墨块内部及表面的氯化氢气体逸出，造成尾气中氯化氢含量高。氯化氢尾气的直接排放不但造成盐酸合成炉周围设备、管线的腐蚀，而且不利于员工的身体健康。

(2)圣雄氯碱循环液槽连接水力喷射器，随着吸收水不断循环使用，循环液槽中的脱盐水pH值最低可达到1，在降膜吸收器循环使用时会直接影响尾气吸收塔的吸收效果，造成氯化氢尾气含量高，尾气中氯化氢含量的测量结果如图2所示。

(3)圣雄氯碱原设计有6台101 m3的卧式盐酸储槽、12台石墨合成炉。离子膜装置运行到后期，离子膜性能下降。为保证离子膜安全稳定运行，对二次精制盐水工艺参数控制更加严格，对高纯盐酸的需求量增大，这样导致高纯盐酸储存量增多。根据生产需要，圣雄氯碱增加2台800 m3的盐酸储槽，导致原水力喷射器能力不足，使氯化氢尾气含量超标，加快了盐酸合成周围设备及管线的腐蚀。

图2 改造前尾气中氯化氢含量

3 氯化氢吸收工艺的改造

圣雄氯碱针对工艺现状，对降膜吸收器尾气吸收装置和盐酸储槽吸收装置进行改造，改造后的工艺流程如图3。

图3 改造工艺流程图

(1)制作1台小型PVC尾气吸收填料塔[2]，气相入口连接至原尾气吸收塔气相出口；气相出口一端放空，另一端连接至风机入口。尾气吸收塔采用气液逆流的方式，为增大气液接触面积和尾气在塔内的停留时间，内部设置一定高度的填料，进一步吸收氯化氢气体，对气体进一步进行降温，同时对其存在的不凝气再次进行吸收；为获得更好的效果，在吸收塔顶部设置液体分布器。

(2)新增1台PVC循环罐，通过吸收水泵(流量3 m3/h，功率为2.2 kW)将吸收水输送至新增PVC尾气吸收填料塔顶部与尾气进行接触吸收；吸收水从塔底部进入新增PVC循环罐循环使用，定期检测吸收水pH值和酸浓度，若酸质量分数高于29%，则将其输送至盐酸储槽，然后再将新增循环罐液位补充至50%。

4 改造后的效果

改造投用后，吸收装置运行效果良好，解决了因降膜吸收器吸收效果不好、水力喷射器能力不足造成氯化氢尾排含量高的问题，可将尾排氯化氢质量浓度降低至5 mg/m3以下，如图4所示。

图4 改造后尾气中氯化氢含量

该项目投资小、见效快，达到了预期的效果，很好地解决了环境污染问题，改善了现场操作环境，综合效益显著。

5 结语

(1)含氯化氢的尾气处理系统的设计思路是切实可行的，废气中的氯化氢排放量能够严格地控制在20 mg/m3以下，符合国家排放标准。

(2)采用PVC作为尾气处理系统材质，罐体外部采用玻璃钢加强，充分利用了两种材质的物理性质，达到了耐酸的目的，同时有效地降低了成本。

(3)氯化氢尾气处理系统的成功投用，实现了环保达标的要求，有效地改善了周边环境，保障了员工的身体健康。