喷雾焙烧法处理盐酸废液再生回收工艺 杜新垚 周建军 (河北钢铁集团邯钢公司西区冷轧厂,邯郸 056015) 1摘 要 通过主要介绍喷雾焙烧法的工艺流程,酸再生相关工艺参数,讨论了各项工艺参数的变化对副产品氧化铁粉的影响,并确定出当前最佳的生产参数控制,阐明了喷雾焙烧法处理盐酸废液再生回收是一项节能增效的系统 关键词 喷雾焙烧 酸再生 工艺参数 氧化铁粉 Application of Spray Hydrochloric Acid Regeneration Technology Du Xinyao Zhou Jianjun (Cold Rolling Plant , Handan Limited Company Hebei Iron and Steel Group , Handan, 056015 ) Abstract Introduced by the spray roasting process, and acid regeneration process parameters, discussed the process parameters on the by-product of iron oxide powder, and to determine the current best parameter control of production, illustrates the spray roasting treatment of waste hydrochloric acid is a renewable energy recovery efficiency of the system. Key words spraying , ARP, process parameters, iron oxide 1 引言 河北钢铁集团邯钢公司二冷轧酸再生系统,由美国 ISSI 设计总承包,以酸洗钢板废酸为原料,采用喷雾焙烧技术获得再生盐酸,同时得到副产物 Fe2O3粉,既提高了酸洗工序的效益,降低了生产成本,又保护了环境。
酸轧线主要生产国内高品质的家电、汽车用板,年产量达 215 万吨,产品的质量尤为重要,其中在当前国内的酸洗工艺中 ,大多采用盐酸作为酸洗钢板的介质板材表面的氧化铁皮被盐酸处理后形成 FeCl2和 FeCl3,并溶解在酸液中酸液中盐酸的质量浓度通常为 200 g/ L ,随着酸洗过程的进行,酸液中的铁离子浓度逐步升高 ,而游离盐酸的浓度相应降低当 Fe2 +的质量浓度达到 110~ 130 g/ L 时 ,酸液就失去了高效酸洗的能力 ,成为废酸被连续排出该废酸液量大 , Fe2 +、 Fe3+和 Cl-离子浓度高 ,温度也高达 80 ℃如果就此排放 ,不仅会造成严重的环境污染 ,也会降低企业的经济效益为了高效利用盐酸、回收铁离子 ,将废酸液送往酸再生站 ,再生成游离盐酸送回酸洗机组 ,同时副产高效益的 Fe2O3粉为满足酸轧主线年产 215t, 起配套酸再生机组由 ISSI 公司设计, 采用 2 条 8m3/h 酸再生机组和 1 条 16m3/h 脱硅机组,其中脱硅机组是酸再生机组的上道工序,用于去除废酸液中的 SiO2 等杂质 ,从而提高酸再生工序生产的 Fe2O3纯度。
杜新垚,男,大学,助理工程师,主要从事钢铁板带化学处理和氧化铁粉的生产工作, Duxin1983@ 周建军,男,大学,助理工程师,主要从事钢铁板带酸洗工艺控制研究工作, hglzzhoujianjun@ 第八届(2011)中国钢铁年会论文集 2 工艺流程 2.1 16m3/h脱硅机组工艺流程介绍 脱硅机组工艺流程如图 1 所示 图 1 脱硅机组工艺流程图 2.1.1 废酸的预热和中和 由酸轧线返回的废酸储存于废酸罐中,后废酸溶液被送到预热器中,通过蒸汽间接将废酸加热到 85~90℃,然后再送入装满废铁的废钢中和罐,废酸中的 HCl 与铁反应生产 H2 和 FeCl2,并将 pH 值提高到 1.0 2HCl+Fe=FeCl2+H2↑ 中和后的废酸 UIL(又称未处理的铁溶液)不断地送入 UIL 罐(未处理的铁溶液罐) ,以便后续过程的使用 2.1.2 氨溶液的中和 通过热交换器将中和后的废酸冷却到 38~ 40℃,由中和罐送入第一个 pH 调节罐经与配量为 25%的氨溶液反应后, pH 值达到 3 在第一个 pH 调节罐中,压缩空气通过液体后,将一少部分 Fe+2氧化成 Fe+3,来自 1 号 pH 调节罐的部分中和废酸送入 2 号 pH 调节罐。
在控制量中加入 25%的氨水使 pH 值达到 4.5 左右在 1 号和 2 号 pH 调节罐中,通过观察 pH 监测器和氨水控制泵的流速可以自动控制 pH 值 在 2 号 pH 值调节罐中, Fe+3作用生成 Fe2O3一些氧化铁也可在部分反应中形成溶液中沉淀物溢流到沉淀罐以待将来处理 FeCl2+ 2NH3 +2H2O= Fe(OH)2+ 2NH4Cl FeCl3+ 3H3 +3H2O= Fe(OH)3+3NH4Cl 2.1.3 凝结和沉淀 在凝结罐中加入絮凝剂, 使得溶液中的胶状氧化颗粒成絮状沉淀到凝结罐中 溶液由凝结罐通过一个中心斜槽被送入沉淀罐溶液在沉淀罐的存留平均时间为 3~ 5h在此期间,絮状沉淀物从上层的澄清液中沉淀出来溢流到 PIL 缓冲罐中,通过压滤机过滤挤压后的滤饼作为废物送入垃圾场流入收集罐的清液用泵送喷雾焙烧法处理盐酸废液再生回收工艺 到 2 号废酸罐 2.2 2 条 8m3/h 酸再生机组工艺流程介绍 酸再生装置主要是处理在预沉淀和除硅装置中产生的过滤后的废酸在不需要除硅或产生 Fe( OH)3沉淀时,再生酸装置也可直接处理废酸溶液,见图 2 图 2 酸再生机组工艺流程图 2.2.1 水喷洒起始阶段 在酸控制前,首先通过烧嘴将炉顶温度加热到 400℃,将喷枪下到炉子里,当炉顶温度再升高到 380℃时将第二个喷枪下到炉子里,当炉顶温度升至 360℃时下第三根喷枪,烧嘴区温度达到 700℃使焙烧炉得到进一步加热。
漂洗水经 1 号漂洗泵排出送至蒸汽分离器在水控制过程中,吸收器和吸收塔一直保持在循环模式水控制持续到金属外壳温度达到 220℃为止 2.2.2 净化铁溶液 酸再生和净化铁溶液或废酸溶液打到“酸控制”模式,按照要求从罐区被抽出送入文丘里洗涤器文丘里循环泵不断地从文丘里洗涤器抽出溶液送至文丘里分离器, 其目的是冷却来自焙烧炉的热气以及漂洗固体颗粒在热气和来自分离器的溶液混合的过程中,酸蒸气大量的产生,溶液被浓缩溶液 /蒸汽混合物通过切线入口回到分离器,包含氧化产物的热气和所有的 HCl 蒸汽(在酸喷洒过程中焙烧炉内随后所产生的)不断地进入吸收塔在分离器中产生的浓缩溶液称为浓缩酸溶液机组内采用文丘里洗涤器和分离器分开 ,这种特殊的结构直接接触式换热器充分利用了热能 ,体现了热能综合利用的理念 ,对节能降耗具有推动意义 2.2.3 喷雾焙烧过程 很快浓缩酸溶液达到浓缩平衡(浓度约 1.38~ 1.40) ,这时浓缩酸打到焙烧炉进行“酸喷洒”模式一旦进入这种模式,给浓缩酸溶液供水的自动阀关闭,来自文丘里循环泵的供应阀门打开现在浓缩酸供液泵第八届(2011)中国钢铁年会论文集 向喷枪供应浓缩酸。
浓缩酸供液泵产生 15.0kg/cm2的压力,并且向焙烧炉喷酸雾 在焙烧炉内,浓缩酸溶液与热氧化产物接触并与 O2和 H2O 反应生成氧化铁反应如下: 4FeCl2+4H2O+O2=2Fe2O3+8HCl ( 1) 2FeCl3+3H2O=2Fe2O3+6HCl ( 2) 氧化产物沉淀到焙烧炉底,含有 HCl 和其他氧化产物的气体经烟道排出,按照如上所述将更进一步地热传送在文丘里中,被排放出的气体所带出的一部分氧化物与纯 HCL 作用生成 FeCl3,如反应式( 2)的逆过程焙烧炉内的各项平均温度如下: 焙烧炉内锥部: 500℃; 烧嘴区域: 730℃; 焙烧炉顶部: 400℃; 进入文丘里洗涤器前的气体温度: 380℃; 文丘里分离器: 90℃ 2.2.4 HCl吸收和气体洗涤: 从蒸汽分离器分离出来的 HCl 气体进入柱形吸收器的底部,吸收器的材质为聚丙烯,它形状特殊,表面积很大,这是为了使蒸汽以低速被吸收, 1 号洗涤器中的预定量的水喷洒到吸收器的顶部。
HCl 气体流过吸收器与喷洒水充分接触,这个过程中产生的 HCl 溶于水中通过控制喷洒到吸收器中的水流量来控制盐酸的浓度, 再生酸溶液收集到吸收盆中,不断地再送回罐区 必要时, 来自罐区的再生酸又被送回到酸洗线 2.2.5 吸收塔废气的洗涤 吸收塔中的废气进入洗涤器的底部,在塔顶再经过喷洒器除去这些过程中废气里残留的 HCl再 循 环 洗涤泵给吸收塔供水,新鲜水用来补给吸收水塔中损失掉的水 2.2.6 喷雾焙烧法盐酸废液再生步骤 ( 1)水操作:焙烧炉点火升温达到炉顶 400℃后,进行水操作 ( 2)酸操作之前的 5~ 10min,停止向文丘里预浓缩器中补给漂洗水,向文丘里预浓缩器中补给盐酸;使盐酸和烟道中带出的氧化铁粉反应 ( 3)酸操作:停止向文丘里预浓缩器中补给盐酸,来自储罐的盐酸废液经过滤后进入文丘里预浓缩器中预浓缩, 然后经焙烧炉供料泵加压进入焙烧炉喷雾焙烧, 氯化氢气体经吸收形成再生酸回收, 氧化铁粉回收 ( 4)停炉:该工艺降低了水操作转换为酸操作过程排放烟气中氧化铁粉浓度,基本解决了喷氧化铁粉的问题;同时降低吸收塔吸收下来的再生酸中的铁含量 3 优化喷雾参数,提高氧化铁粉品质 通过对研究酸再生机组工艺参数 ,例如反应温度、浓缩酸密度、空煤比、水质等 ,对副产品氧化铁粉(Fe2O3粉 )质量的影响。
提出了合理的可以保证氧化铁粉质量的工艺参数从焙烧反应炉的控制元件布局及物理化学反应过程可看出 :从废酸液到再生盐酸、 Fe2O3粉的流程中 ,可以变化的因素有废酸浓度、喷洒量及压力 ,反应温度 ,炉内负压 ,空煤比及炉内含氧量 ,而且反应温度是影响喷雾焙烧法 Fe2O3粉质量的核心参数 3.1 反应温度对 Fe2O3粉质量的影响 通过取样分析,取样分析 Fe2 +及 Cl-,结果表明:随着反应温度的提高 , Fe2O3粉样品的平均粒径及容重都增大从生产现场对于氧化铁粉宏观形貌观察,发现反应温度过低(低于 600℃) ,废酸球珠反应不彻底 ,粉体色泽偏黑 ,放置时间稍长 ,便有浅绿色的 FeCl2液体渗出 ,化学成分中 Cl-明显偏高 , Fe2O3含量降低, 当温度超出 800℃后, 粉体有过烧的情况, 故焙烧炉反应温度可过高过低都会直接影响到 Fe2O3粉质量,一般控制在 680~ 720℃ 喷雾焙烧法处理盐酸废液再生回收工艺 3.2 浓缩酸密度、喷洒流量与压力 浓缩酸密度、喷洒流量与压力对 Fe2O3粉质量的影响主要表现在对酸液雾化效果的影响如果酸液密度增大 ,黏度增加 ,喷洒量减小 ,则酸液不易喷成雾状 ,不利于物理化学反应的进行 ,生产中浓缩酸密度一般控制在 113~ 114 g/ cm3。
如果喷洒压力过大 ,易堵塞枪头 ,形成片状流体 ,导致 Fe2O3粉质量不均匀 ,为保证废酸液的雾化效果 ,喷洒压力控制在 1.35~ 1.45 MPa ,喷洒流。