含氯化氢废气的处理与回收利用

刘巧玲（神华准能资源综合开发有限公司氧化铝中试厂，内蒙古 薛家湾 010300）

含氯化氢废气的处理与回收利用

刘巧玲（神华准能资源综合开发有限公司氧化铝中试厂，内蒙古 薛家湾 010300）

化工行业、冶炼及电镀行业生产过程中产生的副产品氯化氢气体，若直接排放到大气中，会严重污染环境，危害人体健康，同时造成极大的浪费；若采取一定的措施处理可以回收重新利用，并且保证尾气达标排放，达到环保和经济效益共赢。本文利用负压抽吸引流物理吸收和化学吸收共同作用原理，针对酸法生产氧化铝生产装置的氯化氢废气的回收，采用吸收剂分段循环和降温相结合的回收工艺，研究和设计了废气的吸收装置，实验结果表明：可以使盐酸质量分数达到30%，氯化氢回收率达到97.5%以上。

氯化氢气体；达标排放；环保和经济效益；氯化氢回收

随着经济转型，近几年化工行业逐渐向西部转移，西部大气污染由原来的以燃煤为主的“煤烟型”污染，又增加了化工、冶金行业排放的有毒废气的污染。大气污染物特征因子由原来的“二氧化硫、氮氧化物、颗粒物”等又增加了像氯化氢等带酸性的刺激性的有毒气体，随之而来的地区控制标准、控制排放量及地区管控措施均需逐步完善。本文主要介绍化工行业、冶炼及电镀行业生产过程中副产品氯化氢气体的回收处理、回收装置设计及利用。

1 氯化氢气体危害及回收利用方法

1.1 含氯化氢废气的危害

化工行业、冶炼及电镀行业生产过程中排出的含氯化氢废气若不进行处理直接排入环境，经扩散，在对流层被降水清除，据报道美国东北部降水中氯化氢所占的比例为5%，形成了较重的酸雨，严重破坏了建筑、森林和湖泊，影响了农作物的生长，损害了人民的身心健康。

目前国家相关法规已将HC1列入有毒有害气体类别，并出台了部分控制标准，如工业中对HC1的排放也有具体明确的规定，如《电镀污染物排放标准》(GB21900—2008)、《大气污染物综合排放标》(GB16297—1996)；在《职业性接触毒物危害程度分级》(GBZ 230—2010)、《工业企业设计卫生标准》(TJ36—79)、《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2—2007)、《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)等对HC1气体的排放均有严格的规定和控制等。

HC1气体对人体健康危害如下：HC1气体对呼吸道粘膜和眼睛有非常强烈的刺激作用。急性中毒症状：轻者出现头痛、头晕、恶心、眼睛痛、痰中带血、咳嗽、声音嘶哑、呼吸困难、胸闷、胸痛等。重者肺部产生炎症、肺部水肿、肺不扩张。眼角膜可见溃疡或混浊。直接接触皮肤可出现大量红色小丘疹，像粟粒样且呈潮红痛伴热。慢性影响表现在：较高浓度长期接触，可引起胃肠功能紊乱障碍、慢性支气管炎及牙齿酸蚀症。HC1气体局部作用引起的症状有皮肤损伤、粘膜受损、结膜炎和角膜坏死，导致烧伤并伴有剧烈疼痛感。呼吸道吸入后易引起鼻炎、鼻中隔穿孔、牙齿糜烂、喉头发炎、支气管发炎、肺炎、导致头痛和心悸且有窒息感。吞咽下时，会刺激口腔、喉、食管以及胃粘膜，引起流涎、恶心、呕吐、肠穿孔、打寒战、浑身发热、焦躁不安甚至休克及肾发炎。长期接触低浓度氯化氢气体可使皮肤干燥并变土色，也可引起咳嗽、头痛、失眠、呼吸困难、心悸亢进以及胃剧痛等情况。而慢性中毒患者的最明显症状是牙齿表面变得特别粗糙、特别是前门牙产生斑点。因此，回收治理工业废气中产生的氯化氢气体是十分必要的，它对人体产生的伤害应该引起足够的重视。

1.2 氯化氢气体回收的机理

根据不同的操作方法，氯化氢常用回收方法与装置包括了液体分散型和气体分散型两种。由于气体侧阻力很大，用水或碱液吸收氯化氢时，要用液体分散性装置比较有利。工业上常用的分散型氯化氢吸收装置的衬里材料通常是橡胶、聚氯乙烯、搪瓷等，主要有：填料塔、喷液涤气塔等，具体用何种材料应视具体的工艺情况来确定。本文利用负压抽吸引流物理吸收和化学吸收共同作用原理，针对酸法氧化铝生产装置的氯化氢废气的回收，采用吸收剂分段循环和降温相结合的回收工艺，研究和设计了废气的吸收装置。

1.2.1 氯化氢的特性

氯化氢在常温常压下具有刺激性臭味，是无色带有毒性的气体。它极易溶于水，在0℃时，1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。它的水溶液为盐酸，呈酸性。工业用盐酸因为含有少量三氯化铁，常呈微黄色。氯化氢气体密度为(25℃，101.325kPa)：1.500kg/m3，是空气的1.268倍；液体密度为(-85.1℃ ，101.325kPa)：1191kg/m3；熔 点：-114.2℃ ；沸 点(101.325kPa)：-85.0℃；生成热-92.34KJ/mol，表明氯化氢气体在空气中不燃烧，热量稳定，约1500℃才分解。氯化氢不与水反应但极易溶于水中，空气中经常以盐酸烟雾的形式存在。

根据氯化氢气体极易溶于水的特性，用水及稀盐酸分段吸收处理含有氯化氢气体的工业废气，制成30%的盐酸，所得到的盐酸可用于工业生产，该处理方法将废气中的氯化氢气体分离并综合利用，既有较高的环境效益，又有较高的经济效益和社会效益，是一种可广泛采用的好方法。

1.2.2 氯化氢极易溶解于水的内在机理

从以上反应式可以看出:一个水分子就可以吸收一个氯化氢分子,其反应的过程,是物理化学过程,且放出热量Q。当压力一定时,降低温度有利于氯化氢气体的回收。

HCL·H2O原子团的结构,当HCL分子进入水分子以后,由于氧原子有较强的负电荷引力,所以HCL分子中的氢原子与氧原子形成引力,这个正是氯化氢气体极易溶解于水的内在机理。

2 化工行业中带有氯化氢气体废气的来源

工业废气中氯化氢的来源主要来自化工及冶炼行业的生产，例如采用盐酸做原料生产的行业、冶炼行业及电镀行业等，由于氯化氢气体极易挥发，生产过程中通过设备、阀门、管道连接处不严密点均可散发到作业场所，随着浓度增加影响人体健康；还有其工艺末尾环节产生含氯化氢气体的废气，排入大气，严重影响生态环境。

3 目前采用的含氯化氢气体工业废气治理方法

3.1 吸收装置的组成和工艺

为了形成负压抽吸待处理的有毒气体，在一定压力下，利用液体吸收剂，经过喷射泵喷射水流的冲击作用，基于恒定的温度与压强下，使溶质向液相转移，使一定量的吸收剂与气体接触，并且为了达到平衡，直到液相中溶质达到饱和，不再增加浓度，从而能够利用其分离操作除去有害组分，达到气液相混合的目的，以净化气体、制备某种气体的溶液。如：有机合成制备或生产的时候，会产生大量的氯化氢气体，通常情况下，针对化合物制备工业生产过程中伴有的有害废气，我们都用水做吸收剂制成盐酸，采用水喷射泵、耐腐蚀循环泵等形成循环吸收塔的串级吸收处理，防止有害气体的产生和释放。在水喷射泵的抽吸下，氯化氢气体经过由吸收塔与水一次吸收接触，而经过耐腐蚀陶瓷循环，没有吸收完全的含氯化氢溶液会被抽提到二级、三级水喷射泵与被抽吸的反应生产的氯化氢气体再次气液混合吸收，从而到达饱和浓度和相平衡。

3.2 应用及结果

为了在低温下进行吸收，应设法移走溶解热，确保酸的浓度和提高吸收氯化氢的能力。但是要注意降低吸收液的温度必须用冷却水，用夹套冷却水对吸收罐进行降温，并且为了提高氯化氢的吸收效率，可以将冷凝器加装在释放有毒气体进入喷射泵之前，从而保证气体被充分的吸收，达到降温的效果。为了制成浓度为30%成品盐酸，一级水喷射泵下水经过内腐蚀循环泵抽提，不对外排放废水而继续会用下，依次从二级和三级喷射泵负压再次进入吸收罐吸收尾气。经过二、三级负压射流吸收后，可用5%氢氧化钠碱液淋洗罐吸收的方法，来解决所剩残留氯化氢气体，并且在选择相应的气体吸收液上，此装置可以根据被吸收气体的不同来选择，如：处理NH3气体的时候，吸收液可以选择稀硫酸。经过测定，这种吸收装置使用后，含酸废水不再排放，吸收氯化氢效率大大提升，经过循环使用，能减少新鲜水的用量和外排废气量，可以制得30%的副产品盐酸。

采用本系统吸收合成反应时释放的氯化氢废气分为三个阶段，废气质量分数为30%：第一阶段表现为上升的支线，为快速阶段；第二阶段由于受浓度增大的影响，传质推动力度浓度差主编减少，因此该阶段表现为平缓的抛物线，为慢速阶段；第三阶段表现为延长的水平线，为平缓阶段，这说明氯化氢的吸收与挥发达到平衡，随着时间延长而溶液浓度不变达到饱和状态。如果在相同的条件下，用该新设计的处理装置吸收氯化氢的溶液含量高，在吸收时间相同的基础上，要达到某一相同浓度，跟以往没有改进的装置相比，新装置所需时间比较短。由此可见，吸收工艺完全能适应酸法生产氧化铝，具有良好的操作弹性。

根据环境化学与监测实验，选择不同的反应时间，对处理系统的运行效果进行分时段连续监测，氯化氢废气的进气和放空排放量数据具有以下结果：三级吸收和淋洗塔只有极少部分直接经放空管被排放到空气中，能够吸收在97.5%以上的废气，具有很高的净化效率。并且经过该净化系统处理后，含HCL废气完全可以符合环保排放标准。

4 含氯化氢废气治理流程

4.1 作业场所逸散氯化氢气体的治理及回收利用流程

4.1.1 系统工艺流程

4.1.2 工艺简述

（1）由酸洗槽或反应釜等装置产生的含盐酸雾酸性废气，经集气罩、风管进入除酸雾器，除酸雾器内装有耐腐蚀材质的丝状物，其去除率达90%，收集的酸雾经自然冷却后形成盐酸，排入盐酸收集器。含酸废气由塔底进入以玻璃钢为材质，内装PVC波纹填料的吸收塔，在吸收塔中与上部喷淋水溶液逆向接触被吸收排入塔底，经耐酸循环泵，循环吸收。一级塔吸收率达95%以上，多级塔吸收率达97.5%左右，其HC1含量达30%时排入盐酸收集器，用作原料返回使用。处理后的废气经挡水设备液气分离后达标气体通过烟囱排入环境。

（2）若废气中氯化氢气体温度高，则需通过石墨冷却器冷却，增加吸收效果，吸收液返回系统。

（3）尾气经过带有填料装置的吸收液为水的吸收塔（结合实际情况确定吸收塔级数）吸收，吸收液配备酸度计、液位计。当酸液酸浓

度达到规定值时，将酸液打到系统回收；继续补充新水到规定液位值，排放至大气中氯化氢气体排放浓度符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996)。

4.2 工艺过程中产生的含有氯化氢气体的废气治理及回收利用流程

4.2.1 系统工艺流程图

4.2.2 工艺简述：

（1）液体水在淋洗塔中自塔顶向下以雾状（或小液滴）喷洒而下，废气则由塔体（逆向流）达到气液接触使废气冷却，去除颗粒物。

吸收水的低浓度盐酸循环液自吸收塔顶均匀淋下并沿着填料表面下流，废气通过填料间隙上升与液体做连续的逆流接触，废气中可溶的氯化氢气体不断地被吸收，盐酸循环液浓度不断升高，达到回收标准。

碱吸收塔中高浓度循环碱液自塔顶均匀淋下并沿着填料表面下流，尾气通过填料间隙上升与液体做连续的逆流接触，尾气中少量的氯化氢气体不断地被吸收，使得尾气中氯化氢气体浓度降低，达到尾气氯化氢气体环保排放标准。

5 结果及讨论

（1）在中试生产装置的尾气回收上，采用吸收剂分段多级循环抽吸和降温相结合的连续回收工艺，可以使得盐酸质量分数达到30%，氯化氢回收率达到97.5%，实验结果满意，并达到了综合利用的目的。

（2）将喷射泵的喷嘴制成排管状，可以保证抽吸效能，并对准中轴线。同时，为了使吸收水的用量得到调控，在吸收水之前，在集中控制室中，可以加装一超声波流量计，便于自动化操作，提高气体吸收质量。

[1]化工原理，谭天恩，窦梅，周明华[M]化学工业出版社，2006.

[2]中华人民共和国国家标准：大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）[M]北京：中国环境科学出版社，1996.

[3]倪啸,陈斌武.氯化氢催化氧化制氯气的Deacon工艺[J].聚氯乙烯.2014(05).

[4]王大壮,刘国桢.制氯技术对比与氧化制氯技术展望[J].中国氯碱.2013(05).

[5]王琴,孙根行,孙安妮.废盐酸电解回用技术研究[J].现代化工.2011(03).

[6]万永周,乔旭,陶秀祥,刘炯天.氯化氢催化氧化用催化剂研究[J].中国矿业大学学报.2008(05).

[7]谢雷军,王群孝,季诚建.亚磷酸二甲酯尾气中氯化氢的回收[J].农药,2000,39(11).

[8]孙震,朱兆友.旋转填料床用于易溶气体吸收的传质性能研究[J].青岛化工学院学报,1998,19(4).

刘巧玲，大学本科，高级工程师，神华准能资源综合开发有限公司氧化铝中试厂环保专工。