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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：三峽大學電氣與新能源學院		點擊數(shù)：	更新時間： 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
(三峽大學電氣與新能源學院，湖北宜昌443002)
摘要：根據(jù)不同工藝條件下產生的含氯廢棄物焚燒的工藝特點，設計了焚燒后煙氣中HCl的吸收、解
吸、提濃、精制工藝流程，制備高品質鹽酸，吸收后的煙氣經堿洗后可達標排放。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，該提濃精制技術避免了單純精餾存在的HCI提
濃困難、鹽酸品質較差等弊端，適宜工業(yè)化推廣應用。
關鍵詞：含氯廢棄物；鹽酸；吸收；提濃
中圖分類號：X78 文獻標志碼：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聚合材料，分子中
含有將近58％的氯，聚氯乙烯具有質輕、可塑性強
等多種優(yōu)點，在國內得到r廣泛應用。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、聚合等工藝會產生大
量的含氯廢棄物，這些含氯廢棄物具有種類多、結構
復雜、毒性大、危險性高、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
產生廢棄物僅有20％左右(以產量計)，未回收的含
氯廢棄物給生態(tài)環(huán)境帶來了難以逆轉的負面影
響‘3|。
目前，對含氯廢棄物的資源化回收技術主要是
熱處理技術，包括焚燒、裂解和氣化等，這種方法在
短時間內能達到減容、減量等目的。焚燒可將含氯
收稿日期：2017—08—10；責任編輯：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，研究方向為電氣工程及其自動化。
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若未經處理直接排人大氣，
會帶來嚴重的污染問題，也是對可回收資源的浪費。
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
存在品質差、價格低、運輸困難，應用范圍較窄。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之一。
本文以流化床焚燒不同工藝下含氯廢棄物產生
的煙氣為研究對象，通過對煙氣中含有的HCl氣體
進行吸收制備不同濃度的鹽酸溶液。結合相關研究
成果，設計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，即吸收一變壓精餾技術和
吸收一加鹽耦合解吸精餾過程。該提濃精制技術避
免了單純精餾存在的弊端，適宜工業(yè)化推廣應用。
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，
含氯廢棄物經焚燒生成HCI反應式如下M’6j：
C。HmClp+U02叫XC02+YCO+ZHzO+
形HCl
其焚燒產生的高溫煙氣蘊含大量的熱能，利用
余熱鍋爐對余熱進行回收。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
英物質的生成。川。進入急冷塔的循環(huán)鹽酸經液體
分布器以霧狀形態(tài)與煙氣接觸進行熱傳遞，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，品質較差，不作為產品酸
輸出‘8馴。
煙氣經急冷塔后，HCl濃度≤10％(體積分數(shù))。
綜合考慮鹽酸的物性和經濟因素，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，一部分進入提濃系統(tǒng)生產成品鹽酸，一
部分補充急冷塔液位。
煙氣中的HCl經降膜吸收后，濃度<0．5％，此
時需要提高吸收塔的理論級數(shù)，以增強吸收效果。
·72·
煙氣進入填料吸收塔，稀鹽酸溶液于煙氣通過多級
逆流接觸對低濃度HCl進一步吸收。多級吸收后
HCt的濃度<0．1％，煙氣經堿洗后達標排放。多級
吸收得到的稀鹽酸液可補充到一級降膜吸收器的循
環(huán)槽中。
正常運行中，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，經吸
收工藝得到的稀鹽酸中炭黑等顆粒物雜質較少，品
質較高。此類鹽酸經適當?shù)倪^濾凈化后，與外部引
入的高純HCI氣體在并流換熱器內混合，進人石墨
降膜吸收器，進降膜接觸吸收，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。在某多晶硅生產工藝含氯廢棄物焚燒項目中使
用此技術制得了優(yōu)質的工業(yè)鹽酸，獲得了業(yè)主的肯
定。但此工藝對稀鹽酸的品質(雜質含量)要求高，
不適用于原料組成波動大或煙氣雜質含量高的提濃
工況，外供的高純HCI氣體等問題也限制了此工藝
的推廣應用。
2．2氯化氫脫吸再吸收工藝
一般而言，含氯廢棄物經熱解焚燒后的煙氣組
分復雜、固含量高、灰分較多，焚燒過程控制復雜，煙
氣中顆粒物雜質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(雜質含量)和工
藝的要求。采用HCl脫吸一再吸收工藝對鹽酸進
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
行解吸，提高煙氣中HC]的濃度，在石墨降膜吸收
器內進行二次吸收，同時利用解吸塔分離煙氣中的
固體顆粒物，提濃后的HCl隨液相進入塔釜，制得
高品質的鹽酸溶液¨?。
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，當進料HCI濃度<20．4％時，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；當進料中HCI濃度>20．4％時，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精
餾。相關研究表明，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，
進入真空系統(tǒng)進行循環(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，有利于保證成品酸的品質，不發(fā)生二次污染
物[171；但對石墨降膜設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，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均勻混
合并過濾，進料泵將濾液送人解吸塔塔頂，經液體分
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經除霧器除霧后，冷凝器內降膜二次吸收后
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)隨之進入洗氣塔進行第二道洗滌吸收。
加鹽精餾工藝簡單安全，提濃吸收后的鹽酸品
質較高，可滿足多數(shù)工業(yè)生產要求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，對設備的耐壓、耐溫要求并不苛刻，
能源消耗較低，易實現(xiàn)工業(yè)化。由于一次稀鹽酸吸
收液中顆粒物雜質較多，加鹽精餾系統(tǒng)運行一段時
間后必須補充CaCl：的新鮮溶液，會產生含鹽和顆
粒物雜質的廢水。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鍵設備。
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
雜質堵塞等問題，結合精餾操作曲線和實際經濟效
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(主
要為炭黑)，可通過精餾設備中的填料進行有效分
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。
3結語
本文根據(jù)不同工況下含氯廢棄物焚燒的工藝特
點，在兼顧環(huán)保要求和經濟性的前提下，設計了焚燒
后煙氣中HCI的吸收、解吸、提濃、精制工藝流程，
制備高品質鹽酸，吸收后的煙氣經堿洗后可達標排
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、劣勢和關鍵設備進行了分析
探討。本文中工藝設計亦可應用于其他含鹵素廢棄
物(如含氟有機物)的焚燒煙氣中酸的回收、精制、
提濃過程。
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