含HCl尾气的处理方案

含HCl尾气的处理方案
摘要：为了使排入大气的含盐酸高温尾气得到有效处理，通过理论与实际经验相结合，对含HCl高温尾气处理系统优化设计思路、合理选择计算模型、工艺流程，并对关键设备进行精确的工艺计算，同时对关键设备材质进行科学选择。

工业应用运行结果表明，该套尾气处理系统工艺路线趋于合理，设备易于选型，处理后尾气达标排放。

关键词：工艺设计；尾气处理；急冷塔；喷淋塔；HCl
1引言
在化工生产过程中，为了调节反应过程中的PH值，需加入适量的盐酸，这些氯离子绝大部分在焙烧成型过程中以HCl气体的形式被除去，最终催化剂产品中氯离子含量≤1%。

因此，胶体在高温成型过程中，大量HCl与水蒸汽、高温空气一起由引风机排出，温度一般在160-400℃之间，部分立式焙烧炉尾气温度甚至高达600℃，直接排放极易形成酸雨、酸雾，同时伴生巨大的热污染，对人体和周边环境产生极大危害，高温盐酸气体在空气中降温过程析出的酸雾液滴对几乎所有常用的金属均有强腐蚀性。

随着环保规范的越来越严苛，直接排放已不可取，使得选择合理的吸收工艺和设备成为各大催化剂厂研究的主要课题之一。

近年来，我们对高温含HCl尾气逐渐采用急冷塔+吸收塔的系统处理方式，利用HCl极易溶于水的特性，先使用雾化水对尾气进行降温处理，然后对溶于水中的HCl采用NaOH中和，尾气达标后排放，水循环使用。

本套系统已应用于建长公司2011年的赶酸炉、活化炉尾气治理项目中，工艺路线可靠，设备易于实现，运行效果良好。

2工程实例条件参数
某催化剂生产公司赶酸炉、活化炉尾气参数整理见表2.1：
表2.1 赶酸炉、活化炉尾气参数
序号位号T
℃V
Nm3·h-1
m空气
kg·h-1
mHCl
kg·h-1
m H2O
kg·h-1
备注
1 F-210 120 460 517.
2 1.8 3.4
2 F-205 360 350 452.55 2.2 4
3 F-207 470 350 452.55 2.2 7
4 F-211 360 350 452.5
5 1.8 3.4
根据表2.1的数据，赶酸炉、活化炉尾气有以下特点：
（1）尾气排放温度高（最高可达470℃），现有的尾气直排大气，尾气经周边环境降温后，在空气中易出现盐酸结露情况，对人员健康及设备防腐均有重大负面影响；
（2）HCl绝对排放量大，约为8 kg·h-1。

按照排气筒30m计算，尾气中含量超出最高允许排放值36倍，排放速率超出国家Ⅱ类标准的5倍；
（3）HCl浓度偏低（混合后气体中HCl（w）约为0.421%）；
（4）尾气中水汽含量约为17.8 kg·h-1，远未达到饱和状态。

3工艺研究
3.1工艺流程设计
尾气经缓冲罐汇集后，被送至急冷吸收系统进行处理。

在60-80℃，HCl的溶解度较大，在HCl 被水吸收的同时注入碱液中和，故在设计塔型的时候，需充分考虑喷嘴效果和混合效果，按HCl完全被吸收进行计算。

主要流程图见图2.1。

1）急冷塔采用技术先进的“并流顺喷洗涤”工艺流程，主要功能是将高温尾气降温至80℃以下，同时吸收部分HCl。

急冷塔塔顶设置并联的两组喷嘴，其中一组为正常供水，另一组由自控阀控制。

当急冷塔内工作温度超过给定温度或另一组水压低于设定值时，自控阀打开补水降温。

2）吸收塔采用气液逆流的方式，内部设置一定高度的填料，增大气液接触面积和气体停留时间，作用是进一步吸收HCl，对气体进行再一次降温，同时对其存在的粉尘进行吸收，为获得更好的效果，在吸收塔内设置液体再分布器及除沫器。

3）对系统用水的使用，利用换热器进行降温后循环使用，定期排污、定期补碱。

4）自控方面，急冷塔尾气入口出口均设置温度远传显示，其中出口测温点与第二组进水喷嘴联锁控制，吸收塔底部设置液位联锁，在液位较低的情况下自动补充化学水，从而保证系统在排污周期内可以稳定、连续、安全运行。

图2.1 工艺流程图
3.2主要工艺计算
尾气处理系统中的关键热力学过程如下：
①4股尾气在尾气缓冲罐内混合后温度Tmix=325℃；
②尾气中的干空气降温至出口温度（放热）；
③尾气所含水蒸气降温至出口温度（放热）； ④尾气中所含HCl 气体降温至出口温度（放热）； ⑤盐酸溶液生成热（放热）； ⑥酸碱中和热（放热）；
⑦循环水（经换热器冷却至40℃）的升温和汽化（吸热）。

若暂不考虑尾气处理系统的散热，压力为微负压操作，按绝热恒压过程处理，计算过程如下： 3.2.1对急冷塔进行热量衡算[2]- [5]
Tmix=325℃，急冷塔出口温度T 1=76℃，相应饱和湿度H w1=0.411kgH 2O/kg 绝干空气 尾气中的干空气降温放热∆H 1= C P 1n 1dT Tmix
T 1
=491580KJ /
尾气中的水蒸气∆H 2= C P 2m 2dT 325
76=8905KJ / 尾气中HCl 气体降温放热∆H 3= C P 3n 3dT Tmix
T 1
= (a +bT +cT 2)n 3dT Tmix
T 1
= (28.167+
598.15
349.151.8096×10−3T +1.5468×10−6T 2)8000
36.5dT =202.849KJ /
急冷塔内进水温度t=40℃，汽化热q=2401KJ/kgH 2O 急冷塔内进水汽化量m H 2O =
∆H q
=500687.849
2401
=208.6kg /ℎ
急冷塔出口气体湿度0.1207kgH 2O/kg 绝干空气<< H w1，没有达到饱和。

在计算时，进水量即为汽化量。

在实际操作中，为充分保证降温和吸收效果，也为了便于喷嘴选型，急冷塔进水宜为汽化量的10~30倍，进入吸收塔的介质为气液两相。

3.2.2对吸收塔进行设计选型[2]- [5]
吸收塔入口温度T 1=76℃，相应饱和湿度H w1=0.411kgH 2O/kg 绝干空气； 取吸收塔尾气出口温度T 2=66℃，相应饱和湿度H w2=0.2172kgH 2O/kg 绝干空气； 吸收塔循环水入口温度40℃；
设吸收塔循环水逆流吸热后出口温度50℃；
尾气与过量水接触，HCl 水溶液生成热∆H 4=∆H S n 3=36412KJ / 尾气中的干空气降温∆H 5= C P 5n 1dT T 1
T 2=20405.2KJ / 尾气中的水蒸气∆H 6= C P 6(m 2+m H 2O )dT T 1
T 2=4507.7KJ / 盐酸与碱液中和∆f H m =28655.34KJ / 吸收塔需要移出热量 ∆H 吸收塔=61324.9KJ / 吸收热量需要的循环水量m H 2O 吸收塔=
∆H 吸收塔Cp∆T =1468.6kg /ℎ
吸收塔塔顶出口气体V =2108.95kg =
n 1+
m 2+m H 2O
M
RT P
=2186m 3/。