高含氯化工废料焚烧烟气中回收盐酸分析

康生平

摘要：本文简要分析高含氯化工废料烟气特性，重点强调增湿降温+绝热吸收工艺以及换热降温+绝热吸收工艺，并以此为基础对废料焚烧烟气中的回收盐酸进行分析，期望能够为相关人员提供参考。

关键词：绝热吸收；含氯废料；焚烧；盐酸

引言：氯烃类废料随着工艺生产的分离段以及反应段产生，因为这种废料不仅理化性质较为复杂，具有较高的毒性，且不容易被降解，所以焚烧法是目前最有效的一种处理手段。而对高含氯化工废料焚烧烟气中回收酸盐展开研究分析，则能为加强酸盐回收提供依据，并为降低焚烧成本提供便利。

1.烟气特性分析

本文所使用的三氯乙烯量约为100kg/h；并选择天然气作为焚烧燃料；使焚烧温度始终保持在1250℃；此外，为了更好地对盐酸进行分析，需要将焚烧炉出口位置的烟气干基氧体积控制在6%—10%这一范围，这样当工艺喷水进入到烟气当中后，会让烟气的温度迅速降到200℃；从而使烟气经过布袋除尘器后，温度会降到10℃，让系统能够在负压状态下运行。

借助Aspen Plus创建了一个过程模型，如图1所示。该模型显示了每个工艺段的输入和输出材料。根据研究发现，氯烃类废料在经过焚烧后，其中的氯化元素会转化成HCI以及少量的Cl2。此时焚烧炉出口位置的HCI物质浓度大概为4.9%。根据二噁英控制要求，当工作人员向急冷塔中喷入工艺水后，烟气内的温度会在1s内迅速降低到200°C，同时在出口烟气内水物质量会由原来的6.1%上涨到44.7%。同时盐酸含量则会降低到2.8%。

图 1 Aspen Plus流程模拟图

2.增湿降温+绝热吸收工艺

和传统湿法洗涤工艺相似，当工作人员将大量盐酸溶液喷进增湿段后，烟气内的温度会迅速降低，直到烟气内的湿度出现饱和。然后烟气会在经过填料塔时进行HCI吸收，最后从二级吸收塔的顶部排出，而副产盐酸则会被一级吸收塔所采出。当盐酸从烟气中采出后，一级吸收塔内的液位会出现下降，这时二级吸收塔会向一级吸收塔传输盐酸，以此来补充一级吸收塔内液。而二级吸收塔则需要工艺水进行维持。通过整个工艺流程不难发现，工艺水在消耗过程中不仅产生了盐酸，而且能够有效降低布袋出口位置的烟气温度。

图 2 增湿降温+绝热吸收工艺流程图

通过计算能够发现，当处于增湿降温这一阶段时，混合器内的工艺水流量会不断增加，使得烟气中的水汽含量不断提升，一直到烟气内的湿度处于饱和状态后，温度为25°C时，其工艺水为107.1 kg/h，而当烟气内的温度下降到90.4°C时，此时烟气内的盐酸以及水蒸气浓度为2.6%以及48.5%。依据传质极限原理不难发现，当处于露点状态时，HCl在气相中的分压最高，可获得的盐酸极限质量分数为18.5%。

为了更好地掌握增湿降温工艺下，盐酸质量分数，本文将混合器内的工艺水量设置成零，同时把调节塔中的工艺水量从原来的500kg/h调节至2000kg/h。如图3所示。通过研究发现，随着调节塔内的工艺水量不断增加，塔釜内获得的盐酸质量分数也在不断增加，而接近质量分数则由原来的18.5%下降到3.9%，另外提取的盐酸温度则从原来的90.4°C缓慢下降到83.2°C。顶部排气温度在此范围内缓慢下降（80±2°C）。由于放热分解，吸收塔出口处的液相温度总是高于气相温度。在上述区间中，根据计算可以得知，塔顶尾气中的HCl浓度始终处于符合法定排放要求中。

图 3 工艺水喷淋量对盐酸质量分数与温度的影响

3.换热降温+绝热吸收工艺

为了增加回收的盐酸浓度，袋式真空出口处的烟气在中心壁上冷却，而湿冷却降低气态HCl的分压[1]。隔板热交换过程可实现烟气冷却，保持气相中HCl浓度不变，热交换器出口烟气由缓冲塔回收进入二次吸收塔，回收盐酸。

通过改变换热器的热负荷，如图7所示，当烟气产生第一露点时，平衡温度为88.8℃，相应的液态盐酸质量分数为19.0%。由于湿度对温度敏感，随着温度降低，大量水将从烟雾中流出，缓冲塔锅炉的排放量将相应增加，盐酸质量比将继续降低。气相中的水蒸气和HCl浓度随着系统温度的降低而降低，并且两者之间的关系进一步增加，这表明不可能通过降低烟气温度来增加气相中HCl的分压。当温度降至50°C时，烟气中的大部分盐酸已从气相转移到液相，气相中的盐酸浓度趋于零；当温度在40至50°C之间时，主要发生水蒸气冷凝和盐酸稀释。

在进入后吸收塔时，首先使用热交换器将烟气温度降至饱和露点，然后进入吸收塔的烟气中气态HCl的质量比最高，并调节吸收塔顶部的工艺水量，以验证吸收。从塔式锅炉中提取的盐酸的质量比例从19.0%降至3.9%，盐酸的生产温度从88.8°C降至82.6°C，塔顶废气的温度在78°C至80°C的范围内缓慢降低。吸收塔出口处的液相温度总是高于气相温度。在上述工艺水量变化范围内，计算表明塔顶废气中的HCl浓度始终处于可追溯水平，并符合法定排放要求。

使用热交换器将烟气温度降低至露点温度，并将吸收塔顶部工艺的水量调节至380kg/h，以检查每个罐上两相系统的浓度和温度变化[2]。从烟气吸收塔入口到塔的第五平台的盐酸完成了气相向液相的转移，气相质量比从2.77%降至可追溯值。环境温度下的工艺水通过塔的顶部进入。由于气液温差，塔前面板上的空气-水传热波动，水蒸气的温度和浓度波动。在板2和5之间，每个板中的水蒸气处于简单平衡，因为气相中实际上没有HCl，系统温度和水蒸气的定量比例分别在80°C的相对稳定水平下测量。

正因为如此，相较于增湿降温这种方式而言，虽然换热降温这种方式使得质量分数增加，但是塔板数量以及投资成本却变高。

结论：总而言之，要想加强高含氯化工废料焚烧烟气中回收盐酸分析，提高盐酸回收质量，就必须综合考虑各种盐酸回收方法和实际情况，从而进行有利方案选择。只有这样，才能把各种盐酸回收方法整合在一起，以此来加强对废料焚烧烟气中的盐酸回收，降低焚烧成本。

参考文献：

[1]魏玺,陈太珂,欧阳盛.高含氯废弃物焚烧炉尾部吸收系统性能分析[J].化工生产与技术,2022,28(05):18-19+28+8.

[2]丁伟杰.关于从高含氯化工废料焚烧烟气中回收盐酸的模拟研究[J].上海化工,2021,46(04):21-26.