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含氯廢棄物焚燒煙氣中HCl回收及提濃研究

文檔作者：文晶文檔來源：三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月31日
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第40卷第1期
2018年1月
能源與環(huán)保
China Energy and Environmental Protection
V01．40 No．1
Jan． 2018
含氯廢棄物焚燒煙氣中HCI回收及提濃研究
文晶
(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌443002)
摘要：根據(jù)不同工藝條件下產(chǎn)生的含氯廢棄物焚燒的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了焚燒后煙氣中HCl的吸收、解
吸、提濃、精制工藝流程，制備高品質(zhì)鹽酸，吸收后的煙氣經(jīng)堿洗后可達(dá)標(biāo)排放。煙氣中HCI的吸收工
藝為：一級等溫吸收—，多級絕熱吸收一尾氣堿洗；雜質(zhì)含量較少的稀鹽酸的提濃精制工藝：稀鹽酸一
級過濾—，高純氣體提濃一HCl吸收；雜質(zhì)含量較多的稀鹽酸的提濃精制工藝：變壓精餾解吸提濃葉
HCl再吸收及加鹽精餾解吸提濃一HCl在吸收過程，該提濃精制技術(shù)避免了單純精餾存在的HCI提
濃困難、鹽酸品質(zhì)較差等弊端，適宜工業(yè)化推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：含氯廢棄物；鹽酸；吸收；提濃
中圖分類號：X78 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003—0506(2018)Ol一0071—05
Study on recovery and concentration of HCI in flue gas of
incineration of chlorine-containing waste
Wen Jing
(ImtitⅢe of Electrical and New Energy，China Three Gorges University，‰7m喈443002，China)
Abstract：In this paper，the absorption，desorption，enrichment and refining process of HCl in flue gas after incineration were studied ac—
cording to the process characteristics of chlorine waste incineration produced under different process conditions．The high quality hydro—
chloric acid was prepared，alkaline washing can be up to standard discharge standards．The absorption process of HCl in flue gas is：first—
order isothermal absorption·-multi··stage adiabatic absorption—-tail gas caustic washing；dilute hydrochloric acid with less impurity concen--
tration refining process：dilute hydrochloric acid pfimary filtration—high purity gas enrichment—HCl absorption：impurity content of dilute
hydrochloric acid refinement refining process：that is，pressure distillation desorption concentrated·HCl re-absorption and salt distillation
desorption enrichment·HCI in the absorption process，the refinement of refined technology to avoid a simple distillation of the existence
of HCl enrichment difficulties，poor quality of hydrochloric acid and other defects，suitable for industrial applications．
Keywords：chlorine·containing waste hydrochloric acid absorption enrichment；hydrochloric acid；absorption；concentration
O 引言
聚氯乙烯是一種高分子有機(jī)聚合材料，分子中
含有將近58％的氯，聚氯乙烯具有質(zhì)輕、可塑性強(qiáng)
等多種優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)得到r廣泛應(yīng)用。自2007年以
來，我國PVC的需求量以42萬t／a的速度增長。
PVC制備過程的氯化、精餾、聚合等工藝會產(chǎn)生大
量的含氯廢棄物，這些含氯廢棄物具有種類多、結(jié)構(gòu)
復(fù)雜、毒性大、危險(xiǎn)性高、難于自然降解等問題‘1“。
我國每年能有效回收的廢棄PVC材料及制備過程
產(chǎn)生廢棄物僅有20％左右(以產(chǎn)量計(jì))，未回收的含
氯廢棄物給生態(tài)環(huán)境帶來了難以逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影
響‘3|。
目前，對含氯廢棄物的資源化回收技術(shù)主要是
熱處理技術(shù)，包括焚燒、裂解和氣化等，這種方法在
短時(shí)間內(nèi)能達(dá)到減容、減量等目的。焚燒可將含氯
收稿日期：2017—08—10；責(zé)任編輯：郭海霞DOI：10．19389／j．cnki．1003—0506．2018．01．014
作者簡介：文晶(1996一)，女，山西懷仁人，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化。
引用格式：文晶．含氯廢棄物焚燒煙氣中HCI回收及提濃研究[J]．能源與環(huán)保，2018，40(1)：71-75．
wen Jing．Study on recovery and concentration of HCI in flue gas of incineration of chlorine—containing waste[J]．China Energy and Environ—
mental Protection，2018，40(1)：7l-75．
·71·
萬方數(shù)據(jù)
2018年第1期能源與環(huán)保第40卷
廢棄物分解為無機(jī)的二氧化碳、水、氯化氫、氯氣和
少量氮氧化物H1。
焚燒煙氣中的HCl若未經(jīng)處理直接排人大氣，
會帶來嚴(yán)重的污染問題，也是對可回收資源的浪費(fèi)。
堿液吸收煙氣中的HCl，會造成環(huán)境的二次污染"1；
以水為溶劑吸收煙氣中的HCl，得到的稀鹽酸溶液
存在品質(zhì)差、價(jià)格低、運(yùn)輸困難，應(yīng)用范圍較窄。因
此，良好的HCl吸收提濃工藝是含氯廢棄物資源化
回收利用的核心技術(shù)之一。
本文以流化床焚燒不同工藝下含氯廢棄物產(chǎn)生
的煙氣為研究對象，通過對煙氣中含有的HCl氣體
進(jìn)行吸收制備不同濃度的鹽酸溶液。結(jié)合相關(guān)研究
成果，設(shè)計(jì)了不同工況下含氯廢棄物焚燒后煙氣中
HCl回收提濃精制技術(shù)，即吸收一變壓精餾技術(shù)和
吸收一加鹽耦合解吸精餾過程。該提濃精制技術(shù)避
免了單純精餾存在的弊端，適宜工業(yè)化推廣應(yīng)用。
1低濃度氯化氫的吸收
焚燒過程巾溫度的控制是非常重要的，流化床
焚燒可有效避開致癌毒性的二嗯英生成溫度區(qū)間，
含氯廢棄物經(jīng)焚燒生成HCI反應(yīng)式如下M’6j：
C。HmClp+U02叫XC02+YCO+ZHzO+
形HCl
其焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馓N(yùn)含大量的熱能，利用
余熱鍋爐對余熱進(jìn)行回收。余熱回收后，煙氣溫度
由1 100～1 200℃降至550 oC，在急冷塔中以>550
℃／s冷卻速度迅速冷卻至100℃以下，可減少二嗯
英物質(zhì)的生成。川。進(jìn)入急冷塔的循環(huán)鹽酸經(jīng)液體
分布器以霧狀形態(tài)與煙氣接觸進(jìn)行熱傳遞，稀鹽酸
汽化吸熱可使煙氣迅速降溫，少量HCl會溶解在稀
鹽酸溶液中。循環(huán)稀鹽酸溶液在噴淋降溫過程中會
吸收煙氣中的顆粒物雜質(zhì)，品質(zhì)較差，不作為產(chǎn)品酸
輸出‘8馴。
煙氣經(jīng)急冷塔后，HCl濃度≤10％(體積分?jǐn)?shù))。
綜合考慮鹽酸的物性和經(jīng)濟(jì)因素，可采用一級等溫
吸收一多級絕熱吸收工藝，吸收低濃HCl。煙氣中
低濃度氯化氫的吸收過程如圖1所示。
圖1 煙氣中低濃度氯化氫的吸收過程
Fig．1 Absorption process of low concentration of hydrogen chloride in flue gas
在石墨降膜吸收器中進(jìn)行HCl等溫吸收。管
程中的循環(huán)稀鹽酸溶液通過氣液并流吸收煙氣中的
低濃度HCl。殼程冷卻水帶走過多的溶解熱，使得
吸收過程溫度變化幅度不明顯¨J。降膜吸收得到
的鹽酸溶液，一部分進(jìn)入提濃系統(tǒng)生產(chǎn)成品鹽酸，一
部分補(bǔ)充急冷塔液位。
煙氣中的HCl經(jīng)降膜吸收后，濃度<0．5％，此
時(shí)需要提高吸收塔的理論級數(shù)，以增強(qiáng)吸收效果。
·72·
煙氣進(jìn)入填料吸收塔，稀鹽酸溶液于煙氣通過多級
逆流接觸對低濃度HCl進(jìn)一步吸收。多級吸收后
HCt的濃度<0．1％，煙氣經(jīng)堿洗后達(dá)標(biāo)排放。多級
吸收得到的稀鹽酸液可補(bǔ)充到一級降膜吸收器的循
環(huán)槽中。
正常運(yùn)行中，煙氣中HCl一級等溫吸收一多級
絕熱吸收工藝只需向水洗塔補(bǔ)充足量的水，以便維
持水洗塔循環(huán)鹽酸溶液的濃度，保證吸收效果。根
萬方數(shù)據(jù)
2018年第1期文晶，等：含氯廢棄物焚燒煙氣中HCI回收及提濃研究第40卷
據(jù)不同工況下產(chǎn)生的含氯廢棄物，焚燒后煙氣中
HCI含量的不同，此吸收工藝可得到濃度15％～
25％的稀鹽酸溶液‘101。
2稀鹽酸的精制提濃
2．1 高純氣體吸收提濃工藝
含氯廢棄物焚燒過程中溫度控制較好時(shí)，經(jīng)吸
收工藝得到的稀鹽酸中炭黑等顆粒物雜質(zhì)較少，品
質(zhì)較高。此類鹽酸經(jīng)適當(dāng)?shù)倪^濾凈化后，與外部引
入的高純HCI氣體在并流換熱器內(nèi)混合，進(jìn)人石墨
降膜吸收器，進(jìn)降膜接觸吸收，可制得3l％的成品
鹽酸[1川，對外輸出銷售。此工藝歸納為：較純凈稀
鹽酸一級過濾_高純氣體提濃一HCl吸收。
高純HCI提濃工藝流程短，操作簡單，安全可
靠。在某多晶硅生產(chǎn)工藝含氯廢棄物焚燒項(xiàng)目中使
用此技術(shù)制得了優(yōu)質(zhì)的工業(yè)鹽酸，獲得了業(yè)主的肯
定。但此工藝對稀鹽酸的品質(zhì)(雜質(zhì)含量)要求高，
不適用于原料組成波動(dòng)大或煙氣雜質(zhì)含量高的提濃
工況，外供的高純HCI氣體等問題也限制了此工藝
的推廣應(yīng)用。
2．2氯化氫脫吸再吸收工藝
一般而言，含氯廢棄物經(jīng)熱解焚燒后的煙氣組
分復(fù)雜、固含量高、灰分較多，焚燒過程控制復(fù)雜，煙
氣中顆粒物雜質(zhì)容易混入稀鹽酸溶液中，不能滿足
高純氣體提濃工藝對鹽酸純凈度(雜質(zhì)含量)和工
藝的要求。采用HCl脫吸一再吸收工藝對鹽酸進(jìn)
行精制提濃，可避免鹽酸吸收液純凈度對提濃工藝
的限制¨}¨1。
此工藝流程為：將低濃度鹽酸溶液中的HCI進(jìn)
行解吸，提高煙氣中HC]的濃度，在石墨降膜吸收
器內(nèi)進(jìn)行二次吸收，同時(shí)利用解吸塔分離煙氣中的
固體顆粒物，提濃后的HCl隨液相進(jìn)入塔釜，制得
高品質(zhì)的鹽酸溶液¨?。
Hcl—H，0系統(tǒng)的二元相圖如圖2所示。由此
可知，HCI與水存在共沸點(diǎn)為108．6℃，共沸溫度下
HCl一水體系組成：HCl濃度20．4％，水79．6％。在
常規(guī)解吸過程中，當(dāng)進(jìn)料HCI濃度<20．4％時(shí)，解
吸塔頂只能得到HCl—H：0的共沸物，氣相中HCl
濃度不高，也不能保證二次吸收過程得到高濃度鹽
酸溶液；當(dāng)進(jìn)料中HCI濃度>20．4％時(shí)，塔釜得到
Hcl—H，O的共沸物，HCI濃度過高不能有效滿足分
離要求。因此，需要運(yùn)用特殊精餾方式破壞共沸體
系，以提高Hcl—H，O分離效果。
圖2 常壓下HCI—H：O系統(tǒng)的二元相圖
Fig．2 Binary phase diagram of HCl—H20 system under
atnlosphedc pressure
常用的特殊精餾方法有：萃取精餾、加鹽精餾、
變壓精餾、均相恒沸精餾、非均相恒沸精餾和反應(yīng)精
餾。相關(guān)研究表明，適用于稀鹽酸脫吸的方法：加鹽
精餾；變壓精餾¨5|。
(1)變壓精餾。由表1數(shù)據(jù)可知，不同壓力下，
共沸物的組成不同，隨著壓力的增加，HCl與H：O
形成的共沸物的濃度隨壓力的升高而降低。因此，
可以通過變壓精餾方式破壞共沸體系，解吸稀鹽酸
中的HCl。其工藝流程如圖3所示，工藝流程可歸
納為：變壓精餾解吸提濃一Hcl再吸收。
表1 氯化氫與水恒沸物的組成及壓力
Tab．1 Composition and pressure of hydrogen cmonde
and water azeotropes
壓力／kPa HC|濃度／％ 壓力／kPa HCI濃度／％
6．666 23．2 173．319 19．3
13．332 22．9 186．651 19．1
26．664 22．3 199．984 19．0
39．997 21．8 213．316 18．9
53．329 21．4 226．648 18．8
66．661 21．1 239．980 18．7
79．993 20．7 253．313 18．6
93．326 20．4 266．645 18．5
101．325 20．2 279．977 18．4
106．658 20．2 293．309 18．3
119．990 19．9 306．641 18．2
133．322 19．7 319．974 18．1
146．655 19．5 333．306 18．O
159．987 19．4
變壓精餾工藝，來自前一工段的稀鹽酸和高壓
塔塔釜的稀鹽酸混合后，從脫吸塔中部進(jìn)入真空精
餾塔，在脫吸塔的塔頂冷凝得到22％左右的鹽酸溶
液，塔釜得到脫吸后的稀酸液(HCl濃度<0．5％)，
·73·
萬方數(shù)據(jù)
2018年第1期能源與環(huán)保第40卷
圖3變壓精餾提濃稀鹽酸工藝流程
Fig．3 Process of distillation concentrated distillation
dilute hydrochloric acid process flow chart
稀鹽酸溶液與塔頂冷凝液換熱后可作為HCl循環(huán)
吸收液。塔頂?shù)玫降南←}酸經(jīng)過換熱器升溫后由泵
打入高壓塔。高壓精餾塔塔頂?shù)腍Cl氣體濃度>
60％，經(jīng)降膜吸收器冷凝吸收后得到3l％的成品鹽
酸；高壓精餾塔塔釜得到濃度約為18％的稀鹽酸，
進(jìn)入真空系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)吸收¨6|。
變壓精餾提濃稀鹽酸工藝的優(yōu)勢是不引入其他
物質(zhì)，有利于保證成品酸的品質(zhì)，不發(fā)生二次污染
物[171；但對石墨降膜設(shè)備的吸收效果要求比較高，
再沸器須承受壓力>1．0 MPa，溫度耐受>180℃。
變壓精餾過程接近平衡點(diǎn)，精餾能耗較高。
(2)加鹽精餾。在精餾過程中加入適量
CaCl：[18|，將鹽溶解于稀鹽酸中，H20的蒸汽壓下
降，沸點(diǎn)升高，以此破壞Hcl—H：0共沸體系。不同
濃度稀鹽酸對鹽的溶解度不同，故而不同組分蒸汽
壓下降的程度有差別。此精餾方法成本低、效果好，
被廣泛應(yīng)用于HCl提濃純化過程。加鹽精餾工藝
流程如圖4所示，此工藝可歸納為：加鹽精餾解吸提
濃一HCl再吸收。
CaCI：濃溶液與稀鹽酸溶液在攪拌槽內(nèi)均勻混
合并過濾，進(jìn)料泵將濾液送人解吸塔塔頂，經(jīng)液體分
布器以霧狀噴淋形式破壞來自前一工段的HCl—
H，0共沸體系，HCl從一次鹽酸吸收液中解吸出來，
濃HCl經(jīng)除霧器除霧后，冷凝器內(nèi)降膜二次吸收后
得到31％的鹽酸溶液；解吸塔塔釜得到含有少量
HCl的CaCl，稀溶液¨91。將塔釜液通過循環(huán)泵送人
CaCl，提濃系統(tǒng)，提濃后循環(huán)使用。水蒸氣經(jīng)循環(huán)
水冷凝后作為吸收水加人吸收循環(huán)液儲罐，過程氣
(煙氣)隨之進(jìn)入洗氣塔進(jìn)行第二道洗滌吸收。
加鹽精餾工藝簡單安全，提濃吸收后的鹽酸品
質(zhì)較高，可滿足多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)要求ⅢJ。精餾過程不
·74·
氯化
丁藝
稀鹽
圖4加鹽精餾提濃稀鹽酸流程
Fig．4 Salt distillation distillation and dilute
hydrochloric acid flow chart
涉及變溫、變壓，對設(shè)備的耐壓、耐溫要求并不苛刻，
能源消耗較低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。由于一次稀鹽酸吸
收液中顆粒物雜質(zhì)較多，加鹽精餾系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)
間后必須補(bǔ)充CaCl：的新鮮溶液，會產(chǎn)生含鹽和顆
粒物雜質(zhì)的廢水。為防止CaCI：溶液鹽析，CaCl：溶
液輸送管道需要保溫伴熱措施【21|。
(3)除炭黑工藝。變壓精餾的高壓塔和加鹽精
餾的解吸塔，是HCl提濃精制制鹽酸的關(guān)鍵設(shè)備。
精餾塔的空速較低(0．10～O．25 m／s)、噴淋流量較
大(70～100 m3／(m2·h))，綜合考慮CaCl：鹽析及
雜質(zhì)堵塞等問題，結(jié)合精餾操作曲線和實(shí)際經(jīng)濟(jì)效
益，特殊精餾工藝選用成本低、耐腐蝕、大通徑的塑
料或陶瓷填料。解吸過程的FP為0．8～1．4，采用
散堆填料。來自上一工段的煙氣中含有的雜質(zhì)(主
要為炭黑)，可通過精餾設(shè)備中的填料進(jìn)行有效分
離。綜合考慮以上因素，精餾工藝分離炭黑過程選
用460姍的鮑爾環(huán)作為精餾塔提餾段填料¨1。精
餾段物料較清潔(雜質(zhì)含量少)，可選用大孔隙率的
陶瓷波紋填料，減少理論塔板數(shù)。塔頂安裝絲網(wǎng)除
霧裝置，保證成品鹽酸的品質(zhì)。
3結(jié)語
本文根據(jù)不同工況下含氯廢棄物焚燒的工藝特
點(diǎn)，在兼顧環(huán)保要求和經(jīng)濟(jì)性的前提下，設(shè)計(jì)了焚燒
后煙氣中HCI的吸收、解吸、提濃、精制工藝流程，
制備高品質(zhì)鹽酸，吸收后的煙氣經(jīng)堿洗后可達(dá)標(biāo)排
放。煙氣中HCl的吸收工藝為：一級等溫吸收-+多
級絕熱吸收一尾氣堿洗；雜質(zhì)含量較少的稀鹽酸的
提濃精制工藝為：稀鹽酸一級過濾-+高純氣體提濃
一HCl吸收；雜質(zhì)含量較多的稀鹽酸的提濃精制工
萬方數(shù)據(jù)
2018年第1期文晶。等：含氯廢棄物焚燒煙氣中HCI回收及提濃研究第40卷
藝為：解吸一特殊精餾一再吸收。對不同煙氣中
HCl回收工藝的優(yōu)勢、劣勢和關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了分析
探討。本文中工藝設(shè)計(jì)亦可應(yīng)用于其他含鹵素廢棄
物(如含氟有機(jī)物)的焚燒煙氣中酸的回收、精制、
提濃過程。
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