含氯廢棄物焚燒煙氣中HCl回收及提濃研究

杜建英

江蘇方正環(huán)保集團(tuán)有限公司，中國(guó)·江蘇 徐州 221000

1 引言

對(duì)含氯廢棄物的回收利用的主要路徑是進(jìn)行熱處理，即通過(guò)焚燒、裂解以及氣化等方式，對(duì)其進(jìn)行有效分解。在焚燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氯化氫物質(zhì)，對(duì)大氣造成一定程度的危害。如果利用水對(duì)煙氣中的HCI 進(jìn)行溶解，得到稀鹽酸溶液，但是其利用率較低，不便于運(yùn)輸，因此推廣受到限制。論文對(duì)不同工況下含氯廢棄物焚燒后的煙氣回收提濃技術(shù)進(jìn)行了精細(xì)化研究。

2 低濃度HCI 的吸收

在焚燒過(guò)程中，要注重對(duì)溫度進(jìn)行合理控制，防止產(chǎn)生致癌物質(zhì)二噁英。循環(huán)鹽酸溶液進(jìn)行在液體分布器中產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，吸收一定的熱量，導(dǎo)致煙氣溫度下降，部分氯化氫在稀鹽酸溶液中溶解。煙氣進(jìn)入急冷塔之后，氯化氫濃度下降到10%以下，這時(shí)候可以采取一級(jí)等溫吸收—多級(jí)絕熱吸收技術(shù)，對(duì)煙氣中的氯化氫進(jìn)行吸收提濃。其中具體的吸收過(guò)程如圖1所示[1]。

圖1 煙氣中低濃度HCI 吸收流程

在降膜吸收器中，開始等溫吸收，循環(huán)稀鹽酸溶液利用氣液并流對(duì)煙氣中的氯化氫進(jìn)行吸收。經(jīng)過(guò)這一過(guò)程，煙氣中的濃度下降到0.5%以下。在填料吸收塔，利用多級(jí)逆流接觸對(duì)煙氣中的氯化氫進(jìn)行吸收，之后煙氣中的氯化氫濃度降低到0.1%以下，最后煙氣進(jìn)入堿洗塔，進(jìn)行排放。

在這一過(guò)程中，需要及時(shí)向水洗塔補(bǔ)充充足的水分，確保循環(huán)鹽酸溶液的濃度。通過(guò)吸收提濃，最終獲得20%左右的稀鹽酸溶液[2]。

3 稀鹽酸的精制提濃

3.1 高純氣體吸收提濃技術(shù)

對(duì)含氯廢棄物進(jìn)行燃燒后，通過(guò)對(duì)煙氣的吸收提純，可以獲得品質(zhì)較高的稀鹽酸，并使之并流換熱器內(nèi)和高純氯化氫氣體融合，經(jīng)過(guò)降膜吸收器吸收，可以獲得31.1%的鹽酸成品。這種方法應(yīng)用簡(jiǎn)單，且具有較高的安全性。由于對(duì)稀鹽酸以及高純氣體的要求較高，應(yīng)用范圍有限。

3.2 氯化氫脫吸再吸收技術(shù)

利用HCI 脫吸—再吸收技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽酸的精制提濃。主要應(yīng)用步驟是：對(duì)低濃度的鹽酸溶液中的氯化氫實(shí)施解吸，從而進(jìn)一步提升焚燒煙氣中的氯化氫含量，在降膜吸收器中實(shí)施再次吸收，并通過(guò)解吸她對(duì)煙氣中的顆粒物進(jìn)行脫除，然后把濃度較高的氯化氫輸送到塔釜，從而獲得高質(zhì)量的鹽酸溶液。

HCI-H2O 系統(tǒng)的二元相圖如圖2所示。可以知道氯化氫和水具有一個(gè)共沸點(diǎn)，即108.61 攝氏度，在這一狀態(tài)下，其組成成分為氯化氫20.5%，水79.5%。在這種情況下，可以采用加鹽精餾以及變壓精餾的方式對(duì)稀鹽酸進(jìn)行脫吸[3]。

圖2 常壓下HCI-H2O 系統(tǒng)的二元相圖

3.2.1 變壓精餾

隨著壓力的變化，HCI-H2O 共沸物的成分出現(xiàn)一定的差異，壓力越大，共沸物的濃度越小。因此，可以利用變壓精餾的途徑打破共沸系統(tǒng)的平衡，對(duì)稀鹽酸中的氯化氫進(jìn)行分解和吸收。其主要的提濃流程如圖3所示。鹽酸通過(guò)脫吸塔進(jìn)入真空精餾塔，在脫吸塔的塔頂冷凝作用下，獲得22%的鹽酸溶液，然后通過(guò)換熱器進(jìn)入高壓塔。在高壓精餾塔塔頂?shù)穆然瘹淦髽I(yè)通過(guò)降膜吸收器的冷凝作用，獲得31%的鹽酸成品。

在變壓精餾過(guò)程中，不需要利用其他物質(zhì)，從而能進(jìn)一步提升獲得的鹽酸成品的純度和品質(zhì)，在制作過(guò)程中不會(huì)對(duì)大氣產(chǎn)生污染等。但是需要注意的是，在石墨降膜吸收器內(nèi)進(jìn)行運(yùn)作時(shí)，對(duì)吸收效果要求很高，對(duì)相關(guān)設(shè)備的壓力達(dá)到了1.0 兆帕以上，溫度達(dá)到了180℃以上。而且在變壓精餾過(guò)程中，對(duì)能源的消耗量比較大。

圖3 變壓精餾提濃稀鹽酸工藝流程

3.2.2 加鹽精餾

在這一流程中，需要結(jié)合實(shí)際情況施加一定的氯化鈣，使鹽得到充分溶解，這種情況下，水的蒸氣壓降低，沸點(diǎn)提升，導(dǎo)致HCI-H2O 共沸體系不復(fù)存在。在具體實(shí)施中，稀鹽酸的濃度不同，蒸氣壓降低的效果不同。其具體流程如圖4所示。氯化鈣溶液和稀鹽酸溶液通過(guò)混合過(guò)濾，進(jìn)入解吸塔塔頂，利用液體分布器和霧狀噴淋的方式，使HCI-H2O 共沸體系失去平衡，氯化氫在一次鹽酸吸收液被吸收，在冷凝器中通過(guò)二次吸收，獲得31%的鹽酸成品。

這種方式的成本消耗比較低，操作簡(jiǎn)單，而且提濃的效果比較好，應(yīng)用較為廣泛。而且在操作過(guò)程中，對(duì)設(shè)備的要求不高，對(duì)能源消耗少，能在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛普及。值得注意的是，在過(guò)程中需要對(duì)氯化鈣的輸送管采取一定的保溫措施[4]。

圖4 加鹽精餾提濃稀鹽酸流程

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煙氣中的濃度下降到0.5%以下時(shí)，填料吸收塔可利用多級(jí)逆流接觸對(duì)煙氣中的氯化氫進(jìn)行吸收，之后煙氣中的氯化氫濃度降低到0.1%以下。根據(jù)工況的不同、稀鹽酸的純度的不同，運(yùn)用高純氣體吸收提濃技術(shù)時(shí)，經(jīng)過(guò)降膜吸收器吸收，可以獲得31.1%的鹽酸成品；運(yùn)用氯化氫脫吸再吸收技術(shù)時(shí)，可以采用加鹽精餾以及變壓精餾的方式對(duì)稀鹽酸進(jìn)行脫吸，也可采取不同的提濃工藝，達(dá)到對(duì)氯化氫回收利用的目的效果。

隨著節(jié)能減排以及能源節(jié)約意識(shí)逐漸提升，對(duì)含氯廢棄物焚燒煙氣中的氯化氫吸收和提濃工藝的研究越來(lái)越受到重視。相關(guān)人員要注重結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)焚燒煙氣中的氯化氫進(jìn)行吸收、提濃、精制等，從而獲得高質(zhì)量的鹽酸成品，并確保煙氣符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)之后才能排放到大氣中。由此可見，加強(qiáng)對(duì)焚燒煙氣中的氯化氫進(jìn)行吸收提濃具有較高的研究?jī)r(jià)值。