烧碱装置酸性尾排气体吸收工艺确定

摘 要：在化工产业的发展中，每家化工企业始终将环境保护和资源节约作为企业发展的生命。通过构筑产业循环式组合发展模式，充分实现排放物资源化、再利用，大力实施清洁生产，企业的环保和节能工作效果显著。文章主要对烧碱装置酸性尾排气体吸收工艺确定进行阐述。

关键词：烧碱装置；酸性尾排气体；吸收工艺；确定

烧碱装置在生产过程中会产生含有氯化氢、硫化氢、二氧化碳等气体的尾气。氯化氢气体遇水很容易吸收，去除尾排中的氯化氢气体较容易。硫化氢气体的含量占尾气排放虽然很少，但对环境还是会造成许多不良影响，硫化氢（H2S）是一种具有高度刺激性气味的气体，在生产过程中是一种有害杂质，是对自然环境最具危害的气体之一。它不仅对生产设备等造成腐蚀，而且严重地威胁人身安全、造成当前环境污染。目前我国正在加强环境污染管理，逐渐减少氯化氢、硫化氢、二氧化碳的排放，保护人类赖以生存环境。国家对居民区环境大气、车间空气及工业废气中硫化氢的浓度也有明确的规定，居民区环境大气中硫化氢的最高浓度不得超过0.101mg/m3，车间工作地点空气中硫化氢最高浓度不得超过10mg/m3。由此可见，氯化氢、硫化氢二氧化碳等尾气的脱除对于烧碱装置生产顺利进行和环境保护都有着重要的现实意义。我公司在治理氯化氢、二氧化碳和少量硫化氢气体的尾气过程中，经过对原氯氢干燥用的立式储罐和耐腐蚀泵及筛板塔等进行技术改造，改造成为尾气排放吸收装置。通过尾气排放吸收装置的运行，厂区大气环境污染问题得到了很大的改观。

1 尾气物质吸收反应机理：对于酸性气体通常可采用水和稀碱液来综合吸收，先用喷淋罐吸收尾排氯化氢气体；然后再用低浓度的氢氧化钠溶液吸收硫化氢、二氧化碳等，其反应机理如下：

H++OH-=H2O H2S+OH-=HS-+H2O HS-+OH-=S2-+H2O

CO2+H2O=H2CO3 2NaOH+CO2=NaCO3+H2O

尾气中的氯化氢气体极容易与水结合生成稀盐酸；碳酸钠溶液系碱性溶液，硫化氢属酸性气体，可以用中和反应的原理来脱除尾气中的硫化氢，生成氢氧化钠与碳酸氢钠，其反应化学方程式为：Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3

氢氧化钠与碳酸氢钠反应生成碳酸钠，其反应式为：NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O，在脱硫过程中，当气体中有氧、二氧化碳、硫化氢存在时会产生如下副反应：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，为节省碱液的用量，塔底碱液的浓度可以控制得比较低，以利于碱液与硫化氢和二氧化碳发生如下反应：

H2S+NaOH=NaHS+H2O CO2+NaOH=NaHCO3

显然上述反应比生成Na2CO3和Na2S反应能节省一些烧碱。

硫化氢的脱除率随PH值的减少而降低，PH值在9.6以上脱除率在98%以上。随着温度的升高，碳酸钠和碳酸氢钠的溶解度增大，但是，在36℃以上碳酸钠溶解度随着温度变化不大，因此设定吸收过程中控制吸收液的温度在32～38℃较为合适。

2 技术改造过程及避免出现的问题

尾排气体首先通过立式直接喷淋罐吸收氯化氢气体，没有被吸收的二氧化碳和硫化氢气体再进入稀碱填料吸收塔吸收硫化氢、二氧化碳等。所用设备有：尾排气体输送风机、立式直接喷淋罐、耐腐蚀泵A、稀盐酸循环罐、填料吸收塔、耐腐蚀泵B、稀碱液循环罐、列管式换热器等。

2.1 先用水直接喷淋吸收尾气

用耐腐蚀水泵把水直接打入立式直接喷淋罐中喷洒头中，当水喷射速率为8～12m/s时，在尾气与喷洒水液充分混合区域内，上升的气体的运动轨迹非常复杂，形成大量的涡团，气液剧烈扰动，非常有利于气液两相的充分混合，氯化氢气体与水结合形成液体稀盐酸。尾气中的氯化氢气体很容易就被喷淋水脱除，但硫化氢、二氧化碳气体还不能被脱除，需要进入下道稀碱填料吸收塔工序进行脱除。

2.2 填料塔吸收设计的基本条件

填料塔具有结构简单、压力降小，并且可用于各种材料制造等优点。在处理容易产生泡沫的物质以及用于真空操作时，有其独特的优越性。近年来由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了填料塔的通过能力和分离效能，又保持了压力降小及性能稳定的特点。填料塔操作时，在任一横截面上，保证气液的均匀分布都是十分重要的。对于任一装填完毕的填料塔，气速的分布是否均匀，主要取决于液体分布的均匀程度。氯碱系统经常排放二氧化碳、硫化氢等酸性尾气，这种废气多是间断排放，浓度不高，排放量相对较少，回收价值低，处理费用较高。我公司为了保护当地大气环境，利用氯氢干燥闲置的耐腐蚀泵、筛板塔、换热器和储罐进行改造。拆除筛板塔内的塔盘等内件，重新设计填料塔内件：（1）采用莲蓬头喷洒器，它是开有许多小孔的球面形状，液体借助于输送泵的压力，经喷射器上的小孔喷出，喷洒半径较大，气液交换效率高。液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。莲蓬头喷洒器的安装位置须高于填料层表面1000mm，以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过喷洒器。（2）填料支撑板采用梁型气体喷射式支撑板，它可以提供100%的自由截面，更重要的是由于支撑板凹凸的几何形状，填料装入时，仅有很小一部分被填料所堵塞，从而保存了足够大的有效自由截面。大大地减少气体上升的阻力。（3）填料是填料塔中的传质元件，采用塑料鲍尔环填料，无论鲍尔环在填料塔中怎样放置，喷洒到填料上的稀碱液，有的沿鲍尔环外壁流动，有的穿过鲍尔环小窗流向内壁，有的沿着叶片流向中心。弯向环心的叶片，增大了气体的湍动程度，叶片交错开窗，缩小了相邻填料间的滞留死区。因此鲍尔环填料层的空隙率大，不易引起偏流和沟流，生产能力大，气体压力降小，经久耐用，且具有良好的耐腐蚀性，取材容易，价格便宜，气液两相在填料层中可逆向连续接触。（4）液体再分布装置采用梅花型改进分布锥，它具有通过气体量大、不影响填料塔操作、装填填料方便等优点。

2.3 填料塔吸收出现的问题及注意事项

填料塔内气体的均匀分布对塔的传质效率有直接影响

（1）当二氧化碳和硫化氢气体尾排含量超标时，要检查莲蓬喷头的喷淋半径是否过小，或者是喷头上喷淋孔有部分堵塞，影响到液体不能均匀喷淋。（2）当喷淋的液体在填料中出现偏流情况，是因为气体从水平进气管直接喷入塔内时，喷射气流冲向另一侧塔壁，此时部分动能转变为静压能，形成局部高压区，因此在塔的横截面上出现了压力波动。填料层的压力降较小，其数值与压力波动值处于同一数量级时，则填料层内各处的气体速度将有显著差异，造成喷淋液体出现偏流。这就要在物料气体入口处设置气体分布板，保证气体均匀地上升。注意在喷淋吸收过程中，先开尾排气体输送风机，再开耐腐蚀泵A和耐腐蚀泵B，启动泵时，操作人员应缓慢打开泵出口阀门，用回流阀调节耐腐蚀泵B送入填料吸收塔压力至3 kg/cm3左右，注意开始时送入填料吸收塔流量不宜过大，以免填料吸收塔内液面回流不及，造成淹塔。填料吸收塔正常操作时，利用稀碱循环罐中的换热管和列管式换热器对稀碱循环液进行加热和冷却，来保证稀碱循环液温度控制在32～38℃内。当稀碱液循环罐中的游离碱的含量降到3%时，通知化验人员加强对循环碱液做样次数，当循环碱液游离碱含量达到2%左右时，就要逐步更换稀碱循环罐中的碱液。

3 结束语

通过增加尾气吸收装置后，尾气排放中的氯化氢、硫化氢、二氧化碳含量明显降低了。经过检测，车间工作地点空气中硫化氢最高浓度只有8mg/m3。完全低于国家规定的污染物排放标准。同时本改造装置又回收了部分稀盐酸，并且把稀盐酸应用于生产中的其它环节。本次改造既减少尾气排放对大气环境的污染，同时对废物进行了再次资源又利用，达到了对尾气排放的标本兼治。

作者简介：李占福（1966，5-），男，黑龙江省齐齐哈尔市，大学本科，工程师。