化工制藥工藝殘渣燃燒過程固氯初探

李佳欣 徐紅納（牡丹江醫(yī)學院，黑龍江 牡丹江157011）

隨著社會的不斷發(fā)展以及科學技術(shù)水平的不斷提升，人們對于環(huán)境和安全問題的重視程度隨之提高，這給化工制藥行業(yè)提出了更高的要求。對于化工制藥領(lǐng)域而言，其雖然給人們提供了藥物支持，但是其在生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)一些殘渣，一旦殘渣處理不到位，就會生成一些有毒有害的氣體，給人們的生命安全構(gòu)成威脅。因此，在化工制藥過程中，必須要加強對殘渣處理工作的重視，通過采取一系列手段，使得殘渣焚燒充分，減少有毒有害氣體的排放，進而給人們的人身安全提供必要保障。

1實驗裝置及方法分析

本次研究中所采用的反應器為石英玻璃管，中間含有耐高溫的陶瓷砂芯，溫控裝置為熱電偶溫控儀，反應中所需的空氣來自于空氣鋼瓶，尾氣吸收裝置中主要成本是質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH，樣品取自于某化工制藥廠的半固體黑色殘渣，在對殘渣進行化學分析后發(fā)現(xiàn)，其含有大量的有機氯化物，在進行氯化氫氣體測量前，先對樣品進行去水化處理，然后放置于恒溫箱中進行干燥處理，研磨至顆粒狀備用。

先稱取適量的樣品殘渣加入到反應器陶瓷砂芯上，通過外部的陶瓷加熱管進行加熱處理，然后通過熱電偶溫控儀進行反應溫度的調(diào)控，確保其處于規(guī)范狀態(tài)。反應中所需的氧氣來自于空氣鋼瓶，其從石英管下部通入，反應尾氣從石英管上部排放至尾氣吸收裝置，尾氣吸收裝置主要是質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH，樣品中所釋放的氯化氫氣體會被NaOH 所吸收，在吸收后通過色譜分析可以進行定量分析，計算樣品釋放氯化氫的量。

2實驗結(jié)果分析

2.1 溫度對殘渣樣品中氯化氫生成量的影響

在實驗過程中將反應溫度提升速率控制在10℃/min,同時需要確保體系中空氣流動速率為100mL/min，并且安排工作人員對不同溫度下氯化氫釋放量進行記錄和整理。

根據(jù)實驗結(jié)果可知，當體系溫度達到450℃時，殘渣樣品開始釋放氯化氫氣體，隨著體系溫度的不斷上升，氯化氫氣體的釋放量呈現(xiàn)增高的趨勢，當溫度達到550℃-600℃時，體系中氯化氫釋放濃度最大，后續(xù)隨著體系溫度的升高，氯化氫氣體的釋放量出現(xiàn)降低的趨勢，當溫度達到750℃時，反應基本停止，此時殘渣樣品中不再釋放氯化氫氣體。此時通過對殘渣樣品反應后承重發(fā)現(xiàn)，其殘渣熱灼減率達到78%，可見殘渣樣品中的氯基本轉(zhuǎn)化為氯化氫氣體。

2.2吸收劑對固氯效果的影響

本次研究中起到固氯效果的吸收劑主要氧化鈣（CaO）和碳酸鈣（CaCO3）兩種，其主要的固氯原理如下：

在上述反應中，對于氧化鈣的固氯反應屬于可逆反應；而對于碳酸鈣的固氯反應，當體系溫度達到700℃時，由于樣品不會再釋放氯化氫氣體，所以碳酸鈣會直接進行分解反應，反應如下：

在本次實驗中，其中對于碳酸鈣吸收劑而言，當體系溫度在700℃以下時，可以認為是碳酸鈣直接與氯化氫氣體發(fā)生固氯反應，以達到實質(zhì)性的固氯效果。為了研究兩種吸收劑的固氯效果，實驗中要對不同吸收劑與殘渣質(zhì)量比進行效果分析和判斷。在實驗中同樣控制空氣流動速率為100mL/min，升溫速率為10℃/min，當體系溫度達到氯化氫氣體釋放濃度最大時（650℃），保持恒溫反應10min，然后計算不同吸收劑與殘渣樣品質(zhì)量比值。

由此可知，隨著吸收劑和樣品比值的逐漸增加，氧化鈣的固氯效果更加理想，其中當二者比值達到0.8左右時，氧化鈣吸收劑的固氯效果可以達到98%左右。而對于碳酸鈣吸收劑而言，當其與樣品比值達到2.0 左右時，固氯效果最佳，固氯率達到77%左右。而對于兩種吸收劑而言，其固氯效果達到最佳后，隨著著固氯劑／殘渣質(zhì)量比的繼續(xù)增加，固氯效果不會再發(fā)生變化，而是趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3溫度對固氯效果的影響

將吸收劑參數(shù)設(shè)定為最佳狀態(tài)，即氧化鈣、碳酸鈣與樣品質(zhì)量比分別為0.8、2.0，在這種情況下進行溫度對固氯效果影響的實驗分析，詳細如下：首先需要將實驗條件設(shè)定在規(guī)范狀態(tài)下，即空氣流動速率為100mL/min，升溫速率為10℃/min。由此可知，當體系溫度在550℃-650℃左右時，此時體系中氯化氫濃度相對較低，證明兩種吸收劑具有良好的固氯效果。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，體系中氯化氫的濃度不斷增加，證明吸收劑的固氯效果開始呈現(xiàn)降低趨勢，尤其是當體系溫度達到700℃以后，固氯效果更差，造成這種問題的原因一方面是由于吸收劑氧化鈣固氯反應中發(fā)生了可逆反應所致，另一方面是碳酸鈣吸收劑在溫度達到700℃以后時，發(fā)生了自身分解反應，導致固氯效果降低。由此可見，要想達到理想的固氯效果，必須要綜合考慮吸收劑和溫度等多方面因素，確保各項參數(shù)處于最優(yōu)狀態(tài)。

2.4木屑對固氯效果的影響

在本次實驗中，為了提升殘渣樣品的熱值和可燃性，選擇木屑作為助燃劑，所以木屑會對固氯效果產(chǎn)生一定程度的影響。對于木屑而言，其作為一種固體廢棄物燃料，其熱值是殘渣樣品熱值的2倍左右，同時其燃燒溫度較低，所以特別適用于本次試驗中的助燃劑。在研究木屑對固氯效果的影響前，同樣需要設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，即在空氣流動速率為100mL/min，升溫速率為10℃/min 時，分析樣品／木屑／氧化鈣比值為1：3：0.8 和樣品／木屑／碳酸鈣比值為1：2：3時的固氯效果。根據(jù)實驗結(jié)果分析可知，在體系中加入一定比例的木屑助燃劑后，混合物熱值得到有效提升，此時吸收劑的固氯效果同樣十分良好，即前者固氯率達到97%左右（氧化鈣），后者固氯率達到76%左右（碳酸鈣）。通過分析發(fā)現(xiàn)，殘渣中加入木屑后對固氯的影響認為是，木屑熱解過程的兩個峰值分別在溫度340℃和450℃，低于殘渣熱分解峰值出現(xiàn)的溫度560℃，故混合物在加熱過程中木屑先于殘渣分解，木屑分解產(chǎn)生的熱量使得殘渣局部溫度過熱，促進了殘渣的分解。而殘渣整體溫度還較低，這樣就有利于氣固吸收反應的進行。

3 結(jié)語

綜上所述，在化工制藥過程中會生成一定的殘渣，這些殘渣中含有的氯元素，在焚燒處理后會生成氯化氫氣體，對環(huán)境造成嚴重影響。因此，需要應用相關(guān)措施進行固氯處理，本次對固氯試驗研究發(fā)現(xiàn)，為了有效提升固氯效果，必須要綜合考慮溫度、吸收劑以及助燃劑等的影響，確保固氯效果達到最佳，從而確?；ぶ扑幍陌踩?。