含氯化氫廢氣的處理與回收利用

劉巧玲（神華準能資源綜合開發有限公司氧化鋁中試廠，內蒙古 薛家灣 010300）

含氯化氫廢氣的處理與回收利用

劉巧玲（神華準能資源綜合開發有限公司氧化鋁中試廠，內蒙古 薛家灣 010300）

化工行業、冶煉及電鍍行業生產過程中產生的副產品氯化氫氣體，若直接排放到大氣中，會嚴重污染環境，危害人體健康，同時造成極大的浪費；若采取一定的措施處理可以回收重新利用，并且保證尾氣達標排放，達到環保和經濟效益共贏。本文利用負壓抽吸引流物理吸收和化學吸收共同作用原理，針對酸法生產氧化鋁生產裝置的氯化氫廢氣的回收，采用吸收劑分段循環和降溫相結合的回收工藝，研究和設計了廢氣的吸收裝置，實驗結果表明：可以使鹽酸質量分數達到30%，氯化氫回收率達到97.5%以上。

氯化氫氣體；達標排放；環保和經濟效益；氯化氫回收

隨著經濟轉型，近幾年化工行業逐漸向西部轉移，西部大氣污染由原來的以燃煤為主的“煤煙型”污染，又增加了化工、冶金行業排放的有毒廢氣的污染。大氣污染物特征因子由原來的“二氧化硫、氮氧化物、顆粒物”等又增加了像氯化氫等帶酸性的刺激性的有毒氣體，隨之而來的地區控制標準、控制排放量及地區管控措施均需逐步完善。本文主要介紹化工行業、冶煉及電鍍行業生產過程中副產品氯化氫氣體的回收處理、回收裝置設計及利用。

1 氯化氫氣體危害及回收利用方法

1.1 含氯化氫廢氣的危害

化工行業、冶煉及電鍍行業生產過程中排出的含氯化氫廢氣若不進行處理直接排入環境，經擴散，在對流層被降水清除，據報道美國東北部降水中氯化氫所占的比例為5%，形成了較重的酸雨，嚴重破壞了建筑、森林和湖泊，影響了農作物的生長，損害了人民的身心健康。

目前國家相關法規已將HC1列入有毒有害氣體類別，并出臺了部分控制標準，如工業中對HC1的排放也有具體明確的規定，如《電鍍污染物排放標準》(GB21900—2008)、《大氣污染物綜合排放標》(GB16297—1996)；在《職業性接觸毒物危害程度分級》(GBZ 230—2010)、《工業企業設計衛生標準》(TJ36—79)、《工作場所有害因素職業接觸限值》(GBZ2—2007)、《危險化學品重大危險源辨識》(GB18218-2009)等對HC1氣體的排放均有嚴格的規定和控制等。

HC1氣體對人體健康危害如下：HC1氣體對呼吸道粘膜和眼睛有非常強烈的刺激作用。急性中毒癥狀：輕者出現頭痛、頭暈、惡心、眼睛痛、痰中帶血、咳嗽、聲音嘶啞、呼吸困難、胸悶、胸痛等。重者肺部產生炎癥、肺部水腫、肺不擴張。眼角膜可見潰瘍或混濁。直接接觸皮膚可出現大量紅色小丘疹，像粟粒樣且呈潮紅痛伴熱。慢性影響表現在：較高濃度長期接觸，可引起胃腸功能紊亂障礙、慢性支氣管炎及牙齒酸蝕癥。HC1氣體局部作用引起的癥狀有皮膚損傷、粘膜受損、結膜炎和角膜壞死，導致燒傷并伴有劇烈疼痛感。呼吸道吸入后易引起鼻炎、鼻中隔穿孔、牙齒糜爛、喉頭發炎、支氣管發炎、肺炎、導致頭痛和心悸且有窒息感。吞咽下時，會刺激口腔、喉、食管以及胃粘膜，引起流涎、惡心、嘔吐、腸穿孔、打寒戰、渾身發熱、焦躁不安甚至休克及腎發炎。長期接觸低濃度氯化氫氣體可使皮膚干燥并變土色，也可引起咳嗽、頭痛、失眠、呼吸困難、心悸亢進以及胃劇痛等情況。而慢性中毒患者的最明顯癥狀是牙齒表面變得特別粗糙、特別是前門牙產生斑點。因此，回收治理工業廢氣中產生的氯化氫氣體是十分必要的，它對人體產生的傷害應該引起足夠的重視。

1.2 氯化氫氣體回收的機理

根據不同的操作方法，氯化氫常用回收方法與裝置包括了液體分散型和氣體分散型兩種。由于氣體側阻力很大，用水或堿液吸收氯化氫時，要用液體分散性裝置比較有利。工業上常用的分散型氯化氫吸收裝置的襯里材料通常是橡膠、聚氯乙烯、搪瓷等，主要有：填料塔、噴液滌氣塔等，具體用何種材料應視具體的工藝情況來確定。本文利用負壓抽吸引流物理吸收和化學吸收共同作用原理，針對酸法氧化鋁生產裝置的氯化氫廢氣的回收，采用吸收劑分段循環和降溫相結合的回收工藝，研究和設計了廢氣的吸收裝置。

1.2.1 氯化氫的特性

氯化氫在常溫常壓下具有刺激性臭味，是無色帶有毒性的氣體。它極易溶于水，在0℃時，1體積的水大約能溶解500體積的氯化氫。它的水溶液為鹽酸，呈酸性。工業用鹽酸因為含有少量三氯化鐵，常呈微黃色。氯化氫氣體密度為(25℃，101.325kPa)：1.500kg/m3，是空氣的1.268倍；液體密度為(-85.1℃ ，101.325kPa)：1191kg/m3；熔 點：-114.2℃ ；沸 點(101.325kPa)：-85.0℃；生成熱-92.34KJ/mol，表明氯化氫氣體在空氣中不燃燒，熱量穩定，約1500℃才分解。氯化氫不與水反應但極易溶于水中，空氣中經常以鹽酸煙霧的形式存在。

根據氯化氫氣體極易溶于水的特性，用水及稀鹽酸分段吸收處理含有氯化氫氣體的工業廢氣，制成30%的鹽酸，所得到的鹽酸可用于工業生產，該處理方法將廢氣中的氯化氫氣體分離并綜合利用，既有較高的環境效益，又有較高的經濟效益和社會效益，是一種可廣泛采用的好方法。

1.2.2 氯化氫極易溶解于水的內在機理

從以上反應式可以看出:一個水分子就可以吸收一個氯化氫分子,其反應的過程,是物理化學過程,且放出熱量Q。當壓力一定時,降低溫度有利于氯化氫氣體的回收。

HCL·H2O原子團的結構,當HCL分子進入水分子以后,由于氧原子有較強的負電荷引力,所以HCL分子中的氫原子與氧原子形成引力,這個正是氯化氫氣體極易溶解于水的內在機理。

2 化工行業中帶有氯化氫氣體廢氣的來源

工業廢氣中氯化氫的來源主要來自化工及冶煉行業的生產，例如采用鹽酸做原料生產的行業、冶煉行業及電鍍行業等，由于氯化氫氣體極易揮發，生產過程中通過設備、閥門、管道連接處不嚴密點均可散發到作業場所，隨著濃度增加影響人體健康；還有其工藝末尾環節產生含氯化氫氣體的廢氣，排入大氣，嚴重影響生態環境。

3 目前采用的含氯化氫氣體工業廢氣治理方法

3.1 吸收裝置的組成和工藝

為了形成負壓抽吸待處理的有毒氣體，在一定壓力下，利用液體吸收劑，經過噴射泵噴射水流的沖擊作用，基于恒定的溫度與壓強下，使溶質向液相轉移，使一定量的吸收劑與氣體接觸，并且為了達到平衡，直到液相中溶質達到飽和，不再增加濃度，從而能夠利用其分離操作除去有害組分，達到氣液相混合的目的，以凈化氣體、制備某種氣體的溶液。如：有機合成制備或生產的時候，會產生大量的氯化氫氣體，通常情況下，針對化合物制備工業生產過程中伴有的有害廢氣，我們都用水做吸收劑制成鹽酸，采用水噴射泵、耐腐蝕循環泵等形成循環吸收塔的串級吸收處理，防止有害氣體的產生和釋放。在水噴射泵的抽吸下，氯化氫氣體經過由吸收塔與水一次吸收接觸，而經過耐腐蝕陶瓷循環，沒有吸收完全的含氯化氫溶液會被抽提到二級、三級水噴射泵與被抽吸的反應生產的氯化氫氣體再次氣液混合吸收，從而到達飽和濃度和相平衡。

3.2 應用及結果

為了在低溫下進行吸收，應設法移走溶解熱，確保酸的濃度和提高吸收氯化氫的能力。但是要注意降低吸收液的溫度必須用冷卻水，用夾套冷卻水對吸收罐進行降溫，并且為了提高氯化氫的吸收效率，可以將冷凝器加裝在釋放有毒氣體進入噴射泵之前，從而保證氣體被充分的吸收，達到降溫的效果。為了制成濃度為30%成品鹽酸，一級水噴射泵下水經過內腐蝕循環泵抽提，不對外排放廢水而繼續會用下，依次從二級和三級噴射泵負壓再次進入吸收罐吸收尾氣。經過二、三級負壓射流吸收后，可用5%氫氧化鈉堿液淋洗罐吸收的方法，來解決所剩殘留氯化氫氣體，并且在選擇相應的氣體吸收液上，此裝置可以根據被吸收氣體的不同來選擇，如：處理NH3氣體的時候，吸收液可以選擇稀硫酸。經過測定，這種吸收裝置使用后，含酸廢水不再排放，吸收氯化氫效率大大提升，經過循環使用，能減少新鮮水的用量和外排廢氣量，可以制得30%的副產品鹽酸。

采用本系統吸收合成反應時釋放的氯化氫廢氣分為三個階段，廢氣質量分數為30%：第一階段表現為上升的支線，為快速階段；第二階段由于受濃度增大的影響，傳質推動力度濃度差主編減少，因此該階段表現為平緩的拋物線，為慢速階段；第三階段表現為延長的水平線，為平緩階段，這說明氯化氫的吸收與揮發達到平衡，隨著時間延長而溶液濃度不變達到飽和狀態。如果在相同的條件下，用該新設計的處理裝置吸收氯化氫的溶液含量高，在吸收時間相同的基礎上，要達到某一相同濃度，跟以往沒有改進的裝置相比，新裝置所需時間比較短。由此可見，吸收工藝完全能適應酸法生產氧化鋁，具有良好的操作彈性。

根據環境化學與監測實驗，選擇不同的反應時間，對處理系統的運行效果進行分時段連續監測，氯化氫廢氣的進氣和放空排放量數據具有以下結果：三級吸收和淋洗塔只有極少部分直接經放空管被排放到空氣中，能夠吸收在97.5%以上的廢氣，具有很高的凈化效率。并且經過該凈化系統處理后，含HCL廢氣完全可以符合環保排放標準。

4 含氯化氫廢氣治理流程

4.1 作業場所逸散氯化氫氣體的治理及回收利用流程

4.1.1 系統工藝流程

4.1.2 工藝簡述

（1）由酸洗槽或反應釜等裝置產生的含鹽酸霧酸性廢氣，經集氣罩、風管進入除酸霧器，除酸霧器內裝有耐腐蝕材質的絲狀物，其去除率達90%，收集的酸霧經自然冷卻后形成鹽酸，排入鹽酸收集器。含酸廢氣由塔底進入以玻璃鋼為材質，內裝PVC波紋填料的吸收塔，在吸收塔中與上部噴淋水溶液逆向接觸被吸收排入塔底，經耐酸循環泵，循環吸收。一級塔吸收率達95%以上，多級塔吸收率達97.5%左右，其HC1含量達30%時排入鹽酸收集器，用作原料返回使用。處理后的廢氣經擋水設備液氣分離后達標氣體通過煙囪排入環境。

（2）若廢氣中氯化氫氣體溫度高，則需通過石墨冷卻器冷卻，增加吸收效果，吸收液返回系統。

（3）尾氣經過帶有填料裝置的吸收液為水的吸收塔（結合實際情況確定吸收塔級數）吸收，吸收液配備酸度計、液位計。當酸液酸濃

度達到規定值時，將酸液打到系統回收；繼續補充新水到規定液位值，排放至大氣中氯化氫氣體排放濃度符合《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297—1996)。

4.2 工藝過程中產生的含有氯化氫氣體的廢氣治理及回收利用流程

4.2.1 系統工藝流程圖

4.2.2 工藝簡述：

（1）液體水在淋洗塔中自塔頂向下以霧狀（或小液滴）噴灑而下，廢氣則由塔體（逆向流）達到氣液接觸使廢氣冷卻，去除顆粒物。

吸收水的低濃度鹽酸循環液自吸收塔頂均勻淋下并沿著填料表面下流，廢氣通過填料間隙上升與液體做連續的逆流接觸，廢氣中可溶的氯化氫氣體不斷地被吸收，鹽酸循環液濃度不斷升高，達到回收標準。

堿吸收塔中高濃度循環堿液自塔頂均勻淋下并沿著填料表面下流，尾氣通過填料間隙上升與液體做連續的逆流接觸，尾氣中少量的氯化氫氣體不斷地被吸收，使得尾氣中氯化氫氣體濃度降低，達到尾氣氯化氫氣體環保排放標準。

5 結果及討論

（1）在中試生產裝置的尾氣回收上，采用吸收劑分段多級循環抽吸和降溫相結合的連續回收工藝，可以使得鹽酸質量分數達到30%，氯化氫回收率達到97.5%，實驗結果滿意，并達到了綜合利用的目的。

（2）將噴射泵的噴嘴制成排管狀，可以保證抽吸效能，并對準中軸線。同時，為了使吸收水的用量得到調控，在吸收水之前，在集中控制室中，可以加裝一超聲波流量計，便于自動化操作，提高氣體吸收質量。

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[2]中華人民共和國國家標準：大氣污染物綜合排放標準（GB16297-1996）[M]北京：中國環境科學出版社，1996.

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劉巧玲，大學本科，高級工程師，神華準能資源綜合開發有限公司氧化鋁中試廠環保專工。