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鎳電解二系統(tǒng)中含氯廢氣的治理

文檔作者：林敏清劉航文檔來(lái)源：金川公司鎳鈷研究設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月12日
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· 38· 有色冶金節(jié)能 口環(huán)保與綜合利用
鎳電解二系統(tǒng)中含氯廢氣的治理
林敏清劉航
(金川公司鎳鈷研究設(shè)計(jì)院，甘肅金昌737100)
[摘 要】 通過(guò)對(duì)精煉廠原有余氯尾氣設(shè)施運(yùn)行過(guò)程中的各種弊病的分析，在鎳電解二系統(tǒng)余氯尾氣工程設(shè)計(jì)中
選用了逆流串液吸收，維護(hù)量小的湍沖塔，增設(shè)了廢氣冷卻、循環(huán)液冷卻及在線監(jiān)控儀表聯(lián)動(dòng)控制等設(shè)施。并從補(bǔ)
堿、配堿及堿液質(zhì)量的控制方面加以改進(jìn)，完善了工程設(shè)計(jì)。
[關(guān)鍵詞] 源頭減量；逆流串液；湍沖塔；FRP／CPVC；換熱器
[中圖分類號(hào)]X758 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B [文章編號(hào)]1008—5122(2010)03—0038—05
Treatment of Chlorine Exhaust Gas for
Second System of Nickel Electrolysis
LIN Min-qing，LIU Hang
Abstract：This paper analyses various disadvantages about the facility of residual chlorine tail gas in the
operating process in refinery．In order to make it to be more perfect，in the Nickel Electrolysis Second
system ，the engineering design chooses the countercurrent measure to absorb the string liquid；adopts the
method of maintenance for the hidebound rushing tower；adds the refrigeration of exhaust gas and circu—
lating liquid，meter linkage control—monitor on line and SO on；and improves the control in the aspect of
quality of alkali addition，alkali preparation and alkali liquor．
Key words：reduction in source； countercurrent liquid string； rushing tower； FRP／CPVC； heat exchanger
氯氣做為一種強(qiáng)氯化劑經(jīng)常用在原料預(yù)處理、
浸出、凈化除雜、提純、富集、電積鈷等各生產(chǎn)工序
中。各工序中氯氣的使用效率約為70％ ～80％ ，反
應(yīng)不完全的氯氣將會(huì)隨著廢氣排放。對(duì)含氯尾氣的
治理，首先是源頭減量提高氯氣的利用率，減少余氯
的外排量，其次是尾氣治理，達(dá)標(biāo)排放。多年來(lái)，某
精煉廠含氯尾氣的治理設(shè)施不同程度的存在缺陷，
造成環(huán)境污染，不利于資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)
的建設(shè)和發(fā)展。為此，將進(jìn)一步對(duì)含氯尾氣進(jìn)行治
[收稿日期】2009一l1—19
[作者簡(jiǎn)介]林敏清(1969一)，女，四川1人，大學(xué)本科
注冊(cè)設(shè)備師，主要從事環(huán)保、給排水專業(yè)工程設(shè)計(jì)任務(wù)。
理，現(xiàn)介紹如下。
1 工藝工況
鎳電解二系統(tǒng)銅渣浸出工序、凈化除鉆工序、氯
氣的投加及氯氣與溶液混合反應(yīng)過(guò)程中，氯氣的使
用效率不高造成含氯廢氣的外溢，污染操作環(huán)境。
許多簡(jiǎn)易治理設(shè)施是在生產(chǎn)投入使用后增設(shè)的，導(dǎo)
致氯氣治理設(shè)施均存在先天不足，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的
惡劣。2002年至今，精煉廠先后對(duì)鎳電解生產(chǎn)過(guò)程
中產(chǎn)生的含氯廢氣進(jìn)行了治理。但隨著產(chǎn)能的不斷
增加，原有余氯吸收設(shè)施不能滿足生產(chǎn)要求，另外存
在自動(dòng)化水平低、設(shè)備設(shè)施檢修率高等問(wèn)題。
2008年由監(jiān)測(cè)站實(shí)際測(cè)量，銅渣每套系統(tǒng)的風(fēng)
奪． ．一
一用
一利
一合
一綜
一～與保
一環(huán)
．奪． ．
2010年6月第3期 鎳電解二系統(tǒng)中含氯廢氣的治理—— 林敏清 劉 航 ·39·
量為3 000～5 000 m ／h，人口氯氣濃度為10 000～
15 000 mg／L，并含有少量酸霧、水蒸汽、HC1氣體，廢
氣溫度為110℃ ，共兩個(gè)系統(tǒng)；凈化除鈷每套系統(tǒng)的
風(fēng)量為3 000～5 000 m ／h，廢氣溫度為70℃ ，共4
套，只有2套同時(shí)運(yùn)行，人口氯氣濃度為50 000～
100 000 mg／L，并含有少量酸霧、水蒸汽、HC1氣體。
設(shè)計(jì)兩工序尾氣混合風(fēng)量為16 000 m ／h，氯廢氣濃
度為45 000 mg／m ，混合溫度為90℃ 。
2 處理方法的比選
2．1 方法的比較與選擇
氯氣污染的治理方法主要有以下幾種? ：水吸
收法、堿吸收法、氯化亞鐵溶液和鐵屑反應(yīng)法、溶劑
吸收法、氫氧化鈣一硫酸法、燃燒一水吸收法／電解
法、壓縮冷凍法和吸附法，各種方法比較見表1。
表1 氯氣治理方法比較
上述方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)鎳電解二系統(tǒng)的
含氯廢氣的處理方法應(yīng)區(qū)別對(duì)待。鑒于精煉廠含氯
尾氣治理工藝的應(yīng)用情況，參考現(xiàn)有氯堿車間的事
故氯氣的治理工藝、20萬(wàn)t離子膜燒堿事故氯氣的
治理的工藝、1．5萬(wàn)t／a海綿鈦冶煉項(xiàng)目中含氯尾氣
治理的工藝流程均采用是濕法堿液吸收。但是每個(gè)
工程中均有其獨(dú)特之處，不能完全照搬照抄。綜上
所述，考慮到凈化除鉆及銅渣浸出的工況條件、使用
吸收試劑的經(jīng)濟(jì)成本以及吸收后產(chǎn)物的回收處理等
各種因素，采用液堿吸收法進(jìn)行處理較為合適。吸
收后液直接排入單獨(dú)的余氯吸收后液的排水管網(wǎng)，
進(jìn)入8 000 m 工業(yè)廢水處理站。
2．2 吸收法的控制參數(shù)
堿液吸收是我國(guó)當(dāng)前處理含氯廢氣的主要方
法。堿液吸收含氯廢氣的機(jī)理為：
Cl2+2NaOH— }Na0C1+NaC1+H20 (1)
只要有足夠的OH一離子，氯的溶解與吸收就將
進(jìn)行下去。在一定的溫度下，堿液對(duì)氯氣的吸收速
率取決于堿溶液的濃度或pH值。表2為各種濃度
或pH值下的NaOH溶液對(duì)cl，的吸收速率。
由表2看出，吸收過(guò)程中不僅存在化學(xué)吸收還
存在物理吸收。當(dāng)NaOH溶液的濃度在0．1 mol／L
以上時(shí)，化學(xué)吸收速率比較大，與化學(xué)吸收相比，物
理吸收的速率要小得多；當(dāng)NaOH濃度降低時(shí)，化學(xué)
吸收速率下降，物理吸收的速率增加。
· 40· 有色冶金節(jié)能 口環(huán)保與綜合利用
表2各種濃度或pH值下的NaOH溶液對(duì)CIz的吸收速率 3 吸收塔型的比選
堿液吸收法中可選用的塔型有湍沖塔、填料塔、板
式塔和噴淋塔。表3為吸收塔型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。
針對(duì)以上各種設(shè)備的使用原理及現(xiàn)場(chǎng)使用情
況，含氯廢氣的處理設(shè)施主要以填料塔、湍沖塔為
主。本次含氯廢氣中所含介質(zhì)成份復(fù)雜，廢氣中含
有少量的揮發(fā)性的金屬、無(wú)機(jī)鹽、酸霧等。填料塔雖
然吸收效率較高，操作彈性較大，但在操作過(guò)程中，
由于結(jié)垢要經(jīng)常更換填料，維護(hù)量較大。維護(hù)管理
表3 吸收塔型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍
不到位時(shí)會(huì)出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，影響達(dá)標(biāo)排放。湍沖塔
效率高、操作彈性大，對(duì)成份復(fù)雜的廢氣有很好的適應(yīng)
性，可降低維修工作量，方便管理，因此選用湍沖塔。
4 吸收塔材質(zhì)的比選
吸收塔材料常選用硬聚氯乙烯、高分子塑料或
鋼襯塑料。氯氣是強(qiáng)氧化劑，吸收后液亦為強(qiáng)氧化
劑。為保證正常運(yùn)行，材質(zhì)的選擇非常重要。表4
為各種材質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。
綜上所述，塔體及管道材質(zhì)的選擇不僅要考慮
使用溫度，同時(shí)要考慮耐腐蝕性。只有耐溫、耐腐蝕
性較好的材質(zhì)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好的材質(zhì)才是最佳選
擇。結(jié)合精煉廠的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮成本，建議本項(xiàng)目
的設(shè)備材質(zhì)選擇CPVC增強(qiáng)玻璃鋼。
表4 吸收塔各種材質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍
5 工藝流程的選擇
5．1 吸收機(jī)理
NaOH液堿吸收氯氣的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
反應(yīng)熱為103．25 kJ／mol，可使溶液溫度逐漸升高。
吸收反應(yīng)為非等溫吸收，吸收的相過(guò)程基于物理吸
收的原理而來(lái)的。從各種濃度用NaOH吸收c1：的
吸收速率可以看出，不僅存在著化學(xué)吸收也存在著
物理吸收，且物理吸收的速率隨著液堿的濃度降低
而增加，整個(gè)過(guò)程中遵循亨利定律。表5為氯在水
中的亨利系數(shù)、平衡常數(shù)，表6為氯氣在水中的溶解
度。
2010年6月第3期 鎳電解二系統(tǒng)中含氯廢氣的治理—— 林敏清劉 航 ·41·
表5 氯在水中的亨利系數(shù)、平衡常數(shù)
表6 不同溫度下氯氣在水中的溶解度
上表中可以看出，氣體分子擴(kuò)散過(guò)程中，溶質(zhì)的
溶解度隨著溫度的升高而減少，隨氣體的分壓增加
而增加。因此，加壓和降溫對(duì)吸收操作有利，因?yàn)榧?
壓和降溫可以提高氣體的溶解度，反之升溫和減壓
則有利于脫吸過(guò)程。
本工藝流程中為提高吸收的效率，從源頭上對(duì)
廢氣進(jìn)行降溫，使廢氣溫度從90℃ 降低為40℃ 。
5．2 工藝流程
本著治理氯氣的原則：源頭減量，達(dá)標(biāo)排放，從
兩個(gè)方面進(jìn)行鎳電解二系統(tǒng)余氯吸收工程的改造。
5．2．1 源頭減量
鎳電解二系統(tǒng)凈化除鉆工序，含鈷溶液與來(lái)自
管道的含氯99．9％ 的氯氣通過(guò)文丘里負(fù)壓投加進(jìn)
入溶液中，并在靜態(tài)管道混合器里與溶液混合，避免
了以前正壓投加時(shí)的氯氣泄漏。本次設(shè)計(jì)封閉除鈷
反應(yīng)流槽，前端增設(shè)平衡補(bǔ)氣閥，平衡管道里的壓力
使反應(yīng)槽中為負(fù)壓操作，可改善生產(chǎn)操作環(huán)境。
5．2．2 余氯尾氣治理工序
除鈷反應(yīng)槽中，反應(yīng)后剩余的含氯尾氣，由管道
匯合再與銅渣浸出的含氯管道匯合接人湍沖塔。采
用逆流接觸吸收，由后一級(jí)吸收往前一級(jí)循環(huán)槽串
液，最后一級(jí)保持新鮮的堿液，確保尾氣達(dá)標(biāo)，第一
級(jí)的堿液由酸度計(jì)與pH計(jì)在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)控制吸收
液的排放。由于在第一級(jí)外排吸收液，因此可以提
高堿液的利用率。尾氣進(jìn)入吸收塔前進(jìn)行冷卻降
溫，以保證吸收效率。氯氣與堿液逆流接觸反應(yīng)時(shí)
由于放熱溶解溫度升高。因此在前三級(jí)堿液吸收反
應(yīng)后，吸收液必須進(jìn)行冷卻降溫，確保吸收效率。第
一級(jí)的循環(huán)槽一備一用，串液量由每個(gè)循環(huán)槽的液
位控制，氣動(dòng)開閉閥與后一級(jí)的循環(huán)堿泵聯(lián)鎖。后
三級(jí)的堿液循環(huán)槽無(wú)備用。堿液循環(huán)泵采用變頻調(diào)
節(jié)。串液閥門、堿液循環(huán)泵均與前一級(jí)循環(huán)槽液位
聯(lián)鎖，工藝流程見圖1。
尾氣+排 ? ? 廢氣流向
— — 液體流向
圖1 余氯尾氣治理工藝流程圖
6 換熱設(shè)備的設(shè)置
渣
為提高吸收效率，吸收過(guò)程產(chǎn)生的熱量必須換
走。銅渣含氯廢氣溫度為110℃ ，凈化除鈷含氯廢
氣溫度為70℃ 。設(shè)兩種廢氣的定壓比熱容相等，即
CP，=CP =CP(標(biāo)態(tài))。經(jīng)計(jì)算，混合后的廢氣溫度
為90℃ ，濕空氣的體積比熱容為1．324 7 kJ／m k，廢
氣量為16 000 m ／h，含氯濃度為45 000 mg／m 。經(jīng)計(jì)
算換熱量為2．94×10 W。因?yàn)槭菤庖簱Q熱，為增大
換熱器的傳熱系數(shù)，進(jìn)氣時(shí)對(duì)氣體進(jìn)行霧化處理，提
高傳熱系數(shù)。選用列管式換熱器，換熱溶積F=
120．00 m ，材質(zhì)為鈦材。
氯氣與堿液逆流接觸反應(yīng)時(shí)會(huì)生成反應(yīng)熱，反應(yīng)
熱為103．25 kJ／mol。第一級(jí)的反應(yīng)熱為2．98×10 W，
選液液列管式換熱器，F(xiàn)=60 m ，材質(zhì)為鈦材。
循環(huán)水總量為100 m ／h。分別用在冷卻高溫廢
氣、第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)循環(huán)液降溫。進(jìn)口溫度
為45℃ ，出口溫度為30℃ 。設(shè)冷卻塔一座，50 m
冷水池一座，并配備軟化水系統(tǒng)及加壓提升泵。
7 自動(dòng)控制
氯氣為高度危害的氣體，操作過(guò)程中會(huì)有危險(xiǎn)，
也是本次工程中的危險(xiǎn)源。因此設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考
慮到上述因素，加強(qiáng)自動(dòng)控制，杜絕事故發(fā)生。吸收
后液與pH 值聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，液位與水泵聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，串
· 42· 有色冶金節(jié)能 口環(huán)保與綜合利用
液、補(bǔ)堿與液位聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，前端設(shè)余氯分析儀、壓力、
溫度監(jiān)測(cè)，后端設(shè)余氯分析儀、壓力、溫度監(jiān)測(cè)，列管
式換熱器進(jìn)出口均設(shè)溫度監(jiān)測(cè)。第一級(jí)的循環(huán)槽肩
負(fù)著本系統(tǒng)中95％ 的氯氣吸收的任務(wù)。吸收液從
后級(jí)串向前級(jí)時(shí)液堿的濃度為9％ ，此時(shí)是不能用
循環(huán)冷水管
pH值來(lái)監(jiān)測(cè)的。因此在第一級(jí)的循環(huán)槽內(nèi)設(shè)了兩
塊表，一塊是酸度計(jì)，一塊是pH計(jì)，當(dāng)濃度高時(shí)用
酸度計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，濃度低時(shí)用pH值在線監(jiān)測(cè)。為預(yù)防
儀表的探頭被霧氣、鹽份結(jié)垢影響運(yùn)行，設(shè)高位熱水箱
定時(shí)對(duì)噴頭進(jìn)行清洗。自動(dòng)控制的原理詳見圖2。
圖2 自動(dòng)控制PID設(shè)備連接圖
8 輔助設(shè)施的設(shè)置
輔助工序主要為配堿、補(bǔ)堿、貯堿工序。
含氯廢氣治理過(guò)程中主要消耗的原材料為NaOH，
輔助材料為自來(lái)水、循環(huán)冷卻水?；S提供的30％
NaOH 存液由槽車運(yùn)至堿液貯槽。NaOH 的利用率為
95％ ，最大日消耗30％的燒堿量為60 t，體積量為45．45
113 ，10％的NaOH溶液需要的體積量為163．20 m 。自
來(lái)水消耗為120 m ，循環(huán)冷卻水的用量為100 m 。日排
放的吸收后液廢水量為164．83 m 。
配堿過(guò)程中選用比例調(diào)節(jié)控制，30％ NaOH溶
液與自來(lái)水1：2．6定量供給，配制成10％ 的NaOH
溶液。鑒于精煉廠吸收液中結(jié)垢堵塞嚴(yán)重的現(xiàn)象，
本次在配堿液后，設(shè)精密過(guò)濾機(jī)一臺(tái)，過(guò)濾堿液中的
雜質(zhì)。配堿槽根據(jù)補(bǔ)堿槽的液位調(diào)節(jié)。第一·級(jí)循環(huán)
堿槽外排吸收液一個(gè)半小時(shí)一次，由后一級(jí)的循環(huán)
堿槽串液補(bǔ)充。由于堿液循環(huán)槽在吸收反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)
生反應(yīng)熱，在冬季運(yùn)行時(shí)不需要保溫，但堿貯槽、配
堿槽、補(bǔ)堿槽、自來(lái)水管道在冬季存在結(jié)冰現(xiàn)象，設(shè)
計(jì)選用電伴熱保溫。
9 結(jié)語(yǔ)
本工程吸取原有的余氯吸收設(shè)施運(yùn)行過(guò)程中的
教訓(xùn)，充分考慮到影響吸收效率的各項(xiàng)因素：采用逆
流串液吸收，增設(shè)了對(duì)廢氣和循環(huán)液的降溫措施，增
加了液堿的過(guò)濾，串液時(shí)配堿、補(bǔ)堿槽等設(shè)備，設(shè)置
了前后端余氯分析儀。確保本項(xiàng)目設(shè)施正常運(yùn)行，
達(dá)標(biāo)排放，目前該項(xiàng)目已進(jìn)入設(shè)備招標(biāo)階段。
[參考文獻(xiàn)]
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