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1、摘 要： 为了使排入大气的含盐酸高温尾气得到有效处理，通过理论与实际经验相结合，对含 HCl 高 温尾气处理系统优化设计思路、合理选择计算模型、工艺流程，并对关键设备进行精确的工艺计算，同时 对关键设备材质进行科学选择。工业应用运行结果表明，该套尾气处理系统工艺路线趋于合理，设备易于 选型，处理后尾气达标排放。关键词：工艺设计，尾气处理，急冷塔，喷淋塔，HCl1 引言在炼油催化剂生产过程中，为了调节反应过程中的PH值且提高催化剂颗粒的耐磨损性 能，成胶过程中加入了适量的铝溶胶和盐酸，这些氯离子绝大部分在焙烧成型过程中以HCl 气体的形式被除去，最终催化剂产品中氯离子含量W1%。因此，胶体在高温
2、成型过程中，大 量HCl与水蒸汽、高温空气一起由引风机排出，温度一般在160-400C之间，部分立式焙烧 炉尾气温度甚至高达600C，直接排放极易形成酸雨、酸雾，同时伴生巨大的热污染，对人 体和周边环境产生极大危害，高温盐酸气体在空气中降温过程析出的酸雾液滴对几乎所有常 用的金属均有强腐蚀性。随着环保规范的越来越严苛，直接排放已不可取，使得选择合理的 吸收工艺和设备成为各大催化剂厂研究的主要课题之一。近年来，我们对高温含 HCl 尾气逐渐采用急冷塔+吸收塔的系统处理方式，利用 HCl 极 易溶于水的特性，先使用雾化水对尾气进行降温处理，然后对溶于水中的HCl采用NaOH中 和，尾气达标后排放，
3、水循环使用。本套系统已应用于建长公司2011 年的赶酸炉、活化炉 尾气治理项目中，工艺路线可靠，设备易于实现，运行效果良好。2工程实例条件参数某催化剂生产公司赶酸炉、活化炉尾气参数整理见表2.1：表 2.1 赶酸炉、活化炉尾气参数序号位号m空气mHClmH2O备注Nm3 h-ikg h-ikg h-ikg h-iF-210120460517.21.83.4F-205360350452.552.2F-207470350452.552.2F-211360350452.551.83.4根据表2.1 的数据，赶酸炉、活化炉尾气有以下特点：(1) 尾气排放温度高(最高可达470C),现有的尾气直排大气，
4、尾气经周边环境降温 后，在空气中易出现盐酸结露情况，对人员健康及设备防腐均有重大负面影响；(2) HC1绝对排放量大，约为8 kgh-i。按照排气筒30m计算，尾气中含量超出最高 允许排放值36倍，排放速率超出国家II类标准的5倍；(3) HC1浓度偏低(混合后气体中HCl (w)约为0.421%)；(4) 尾气中水汽含量约为17.8 kg h-i，远未达到饱和状态。3 工艺研究3.1 工艺流程设计尾气经缓冲罐汇集后，被送至急冷吸收系统进行处理。在60-80C，HCl的溶解度较大， 在HCl被水吸收的同时注入碱液中和，故在设计塔型的时候，需充分考虑喷嘴效果和混合效 果，按HCl完全被吸收进行计
5、算。主要流程图见图2.1。1) 急冷塔采用技术先进的“并流顺喷洗涤”工艺流程，主要功能是将高温尾气降温至 80C以下，同时吸收部分HCl。急冷塔塔顶设置并联的两组喷嘴，其中一组为正常供水，另 一组由自控阀控制。当急冷塔内工作温度超过给定温度或另一组水压低于设定值时，自控阀 打开补水降温。2) 吸收塔采用气液逆流的方式，内部设置一定高度的填料，增大气液接触面积和气体 停留时间，作用是进一步吸收HCl，对气体进行再一次降温，同时对其存在的粉尘进行吸收， 为获得更好的效果，在吸收塔内设置液体再分布器及除沫器。3) 对系统用水的使用，利用换热器进行降温后循环使用，定期排污、定期补碱。4) 自控方面，急
6、冷塔尾气入口出口均设置温度远传显示，其中出口测温点与第二组进 水喷嘴联锁控制，吸收塔底部设置液位联锁，在液位较低的情况下自动补充化学水，从而保 证系统在排污周期内可以稳定、连续、安全运行。图2.1 工艺流程图3.2 主要工艺计算尾气处理系统中的关键热力学过程如下： 4股尾气在尾气缓冲罐内混合后温度Tmix=325C； 尾气中的干空气降温至出口温度（放热）； 尾气所含水蒸气降温至出口温度（放热）； 尾气中所含HCl气体降温至出口温度（放热）； 盐酸溶液生成热（放热）； 酸碱中和热（放热）； 循环水（经换热器冷却至40C ）的升温和汽化（吸热）。 若暂不考虑尾气处理系统的散热，压力为微负压操作，按
7、绝热恒压过程处理，计算过程如下：3.2.1对急冷塔进行热量衡算-5Tmix=325C，急冷塔出口温度T=76C，相应饱和湿度H =0.411kgH O/kg绝干空气1 w1 2尾气中的干空气降温放热AH】=fixCpinidT = 491580勺尾气中的水蒸气AH2 = f323 Cp2m2dT = 8905KJ/h276 尸22尾气中HCl气体降温放热AH3= fx Cp3n3dT =耳笄（a + bT + cD）傀df =f598.i5（28.i67+ 1.8096X 10-3T + 1.5468X IO-6T2）8000dT = 202.849勺/h349.1536.5急冷塔内进水温度t
8、=40C，汽化热q=2401KJ/kgH20急冷塔内进水汽化 量 mH2n = 500687.849 = 208.6kg/hH2U q2401急冷塔出口气体湿度0.1207kgH0/kg绝干空气H，没有达到饱和。2 w1在计算时，进水量即为汽化量。在实际操作中，为充分保证降温和吸收效果，也为了便于喷嘴选型，急冷塔进水宜为汽 化量的1030倍，进入吸收塔的介质为气液两相。3. 2. 2对吸收塔进行设计选型2- 5吸收塔入口温度T=76C，相应饱和湿度H =0.411kgH0/kg绝干空气；1 w1 2取吸收塔尾气出口温度T =66C，相应饱和湿度H =0.2172kgH O/kg绝干空气；2 w
9、2 2吸收塔循环水入口温度40C；设吸收塔循环水逆流吸热后出口温度50C；尾气与过量水接触，HCl水溶液生成热AH4 = AHs隔=36412KJ/h尾气中的干空气降温AH5 =fCp5nidT = 20405.2勺/h尾气中的水蒸气 AH6 = fCP6(m2 + mH20)dT = 4507.7勺/h盐酸与碱液中和牛化=28655.34勺/h吸收塔需要移出热量盼叶.=61324.9勺/h吸收塔吸收热量需要的循环水量mw2n吸收塔=也吸收塔1468.6血他H2O吸收塔 CpATr肌2 +肌片2门、DT*吸收塔塔顶出口气体U = 2108.95k/h =也+竺=2186m3/hp为充分吸收盐酸
10、及尾气中存在的粉尘，综合实际情况，吸收塔采用散堆填料喷淋塔形式， 因鲍尔环具有气流阻力小、流通量大、传质效率高、操作弹性大的特点，对于催化剂装置生 产波动性大的特点有较高的适应能力。吸收塔的泛点气速u根据贝恩-霍根公式计算法(3-1 )进行计算%GF血% 丄宀噌=4 + B(Z)： (%)； (3-1)L g 3 p厶 厶Gp厶其中u -泛点气速，m/s； a-填料总比表面积，m /m ； &-填料层孔隙率；P、P -气相、GF23GL液相密度，kg/m3；UL-液体粘度，mPas； G、L-气相、液相质量流量，kg/h； A、B-关 联常数。在综合考虑实际生产中有充分的操作弹性及设备投资的经
11、济性，取L=12000kg/h,选用 50塑料鲍尔环散堆填料，根据公式(3-1)求得u =2.4m/sGF因为吸收塔运行过程中易起泡沫且为负压操作，泛点率取0.6，空塔气速u=0.6u =1.44m/sGF塔径D = 陰=0.74m圆整后取D=1.0m，实际空速u=0.8m/sL 合适。d 50塑料鲍尔环散堆填料的实际喷淋密度知实际=念=吋3/ (沖 Q大于最小喷淋密度umin（.Lw） a = 0.08 x 112 = 8.96m3/ （m急冷塔上部锥段采用哈氏合金钢。根据腐蚀手册6， 哈氏合金耐高温氧化，膨胀 系数接近于不锈钢，耐腐蚀性适用于各种浓度的盐酸，是少数耐盐酸的合金之一，在10%
12、沸 盐酸中腐蚀率V 0.25mm/s，适用于急冷塔上部注水雾化冷却部位。而且相对于搪瓷类材质， 哈氏合金具有可焊性，修复性较好，运行周期较长的优点。 急冷塔下部锥段及出口部位、吸收塔及后续尾气管线均采用玻璃钢，该材料在小 于90C条件下对任意浓度的盐酸具有良好的耐腐蚀性。现有四台炉子尾气均直排大气，其 尾气烟囱材质虽然采用316L,但是在实际排空过程中，由于露点腐蚀的存在，需要定期更 h）min利用等板高度法对填料高度层计算得z = HETP Nt = 900mm 根据设计经验，计算结果需要增加一定的安全系数(1.2-1.5)，高度取 1400mm。 吸收塔内设液体再分布器及除沫器。4 关键设
13、备材质的选择盐酸尾气具有高温、高腐蚀性，HCl气体的露点腐蚀使得普通材质的设备很快就会被腐 蚀，耐高温、耐腐蚀材质的选择对工业方案的实施有着重要的影响。尾气处理系统主要关键 设备见表 4.1，操作工况见表 4.2.表 4.1 关键设备序号设备名称规格数量1尾气急冷塔1000X2300X141台2尾气吸收塔1000X6866X161台3风机材质：玻璃钢；全压：7000Pa2台4循环水泵LDF-65-2002台表 4.2 尾气处理设备工况设备操作温度/C操作压力/MPa介质急冷塔上部锥段325 （最高 460）微负压尾气中HCl含量0.42%急冷塔下部锥段76-150微负压尾气中HCl含量0.42
14、%急冷塔出口76微负压吸收塔出口66微负压气相HCl含量约为0.002%根据操作条件并结合经验参数，关键设备最终确定以下材质：换烟囱，既不经济也不环保。玻璃钢材质相对会更经济实惠。(3) 风机和机泵过流部位均采用耐盐酸腐蚀材质。5 尾气处理系统运行效果尾气处理系统投用后，工业应用效果良好。2013年11月经过环保检测站现场取样进行的工业检测结果标明，尾气排放口的气体HCl 排放速率约为1.78mg/m3，远远低于GB16297T996大气污染物综合排放标准中的排放标 准(见表5.1)，完全达到预期设计目的。同时对尾气系统的粉尘亦有良好的吸收效果，粉 尘排放速率V 0.4mg/m3，其出口粉尘含
15、量也可以达到国家标准。表5.1 GB16297-1996大气污染物综合排放标准污染物最高允许排放值mgm-3最高允许排放速率kg h-1排气筒高度二级三级HCl现有污染源150301.72.6403.04.5HCl新污染源100301.42.2402.63.86 结语(1) 含HCl高温尾气处理系统的设计思路是切实可行的，废气中的HCl的排放量能够严 格控制在20mg/m3以下，符合国家标准。(2) 采用哈氏合金作为高温尾气处理系统急冷塔塔盖材质，其他部位采用玻璃钢材质， 充分利用了两种材质的特性，达到了耐高温、耐强酸的目的，同时有效的降低了成 本。(3) 高温HCl尾气处理系统的成功投用，实现了
