一种曼海姆硫酸钾工艺副产盐酸尾气的治理技术.pdf

一种曼海姆硫酸钾工艺副产盐酸尾气的治理技术王金台,刘伟伟(青岛碱业发展有限公司,山东 青岛 2 6 6 7 0 0)摘要:为了解决目前硫酸钾生产工艺中盐酸尾气氯化氢含量较高问题,进行工艺技术改进,增加废碱液吸收工艺处理装置,有效的使盐酸尾气中氯化氢含量降低至1 0 0 m g/m3以下,达标排放。关键词:曼海姆硫酸钾工艺;盐酸尾气;废碱液;尾气治理中图分类号:T Q 1 3 1.1 3 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 5-8 3 7 0(2 0 2 3)0 3-3 9-0 3 目前曼海姆法硫酸钾生产工艺,生产过程副产盐酸,曼海姆炉产生的盐酸气经过三级水吸收后排空,由于工艺水量的限制,排放的尾气中氯化氢的含量较高,达不到环保要求,严重影响硫酸钾的正常生产。对硫酸钾生产过程的盐酸尾气进行试验研究,解决盐酸尾气中HC l含量高的问题。1 曼海姆法硫酸钾生产工艺简介 曼海姆法生产硫酸钾工艺是目前世界上使用最广泛的硫酸钾生产方法,2 0世纪9 0年代初,我国引进该项技术。采用的技术原理是将氯化钾(K2O6 0%)和硫酸(H2S O49 8%)按一定的配料比连续投入到曼海姆炉内进行反应生成硫酸钾,主要反应如下:2 K C l+H2S O4K2S O4+2 HC l-Q反应所需要的热量是由天然气在炉内燃烧室燃烧提供的,燃烧室温度维持在1 2 0 0 左右。反应产生的盐酸气经过三级吸收后变成盐酸,吸收后的盐酸尾气经过净化后排空。2 各种工艺技术方案调试及结果比较 方案一:在现有设备基础上进行工艺流程调整,用纯净水洗涤净化塔尾气。原尾气净化塔的吸收水(HC l浓度1%左右)一部分循环使用,一部分送至盐酸吸收塔。调整后吸收水不再循环使用,补水全图1 曼海姆法生产硫酸钾工艺流程简图部采用纯净水。改造后检测数据见表1。由检测数据可以发现,吸收水改为纯净水吸收,尾气中HC l含量仍然较高,达不到要求。方案二:尾气洗涤塔为1 2 m高石墨填料塔,为了进一步提高盐酸吸收率,再增加一组尾气洗涤塔,高3 m。方案三:采取降低盐酸温度的措施,通过增开一台循环水泵,增加循环水压力,使厂房内远传压力表由0.1 8 MP a提高到0.2 8 MP a,增大循环水量提高冷却效果,盐酸温度由4 5 降低至4 1。方案四:为了增加吸收水喷淋密度,提高净化塔净化效果,把净化塔中段水管道由直径2 5 mm管道加粗至直径5 0 mm,使中段水流量由2 m3/h增加至6 m3/h左右,增加喷淋密度后检测尾气中HC l含量。932 0 2 3年第3期 王金台,等:一种曼海姆硫酸钾工艺副产盐酸尾气的治理技术表1 调试检测H C l含量(单位:p p m)运行时间0 h2 h4 h6 h8 h1 0 h平均未调试前5 8 05 2 04 5 05 0 04 8 04 6 04 9 8方案一5 3 03 8 03 5 04 9 05 5 04 2 04 5 3方案二4 2 04 5 63 3 04 5 85 2 04 3 04 3 5方案三4 0 03 5 04 6 53 8 03 5 73 2 03 7 8方案四4 2 03 6 23 5 24 2 04 0 03 8 03 8 9通过上述改善循环水运行情况,清理、增加吸收塔填料等手段,优化吸收流程,改善吸收水质等多种途径,有一定的效果,尾气中HC l含量略微降低,盐酸尾气含量在4 0 0 m g/m3左右,仍然达不到标准要求1 0 0 m g/m3以下。方案五:采用不同产地的氯化钾原料进行生产试验,并检测盐酸尾气含量,探索盐酸尾气中HC l含量与氯化钾原料的关系。检测数据见表2。表2 不同产地的氯化钾原料与尾气中H C l含量K C l产地加拿大 白俄罗斯 以色列约旦俄罗斯尾气中HC l含量p p m5 6 03 5 02 2 03 8 04 8 0由上表数据可见,使用以色列氯化钾,尾气中HC l含量最低,但也达不到标准要求。3 使用碱液吸收的试验研究 在现有设备基础上,经过数次改造后,仍然达不到标准要求。在实验室进行纯盐酸与生产盐酸的吹脱分离试验比较,经过吹脱分离试验发现,副产盐酸吹脱后浓度为零,而纯盐酸一直含量较高,说明本项目副产盐酸不稳定,分析认为时是氯化钾中有机防结块剂影响HC l不能稳定的溶解于水中,导致尾气中HC l含量偏高。为此对尾气使用碱性水试验,使HC l与碳酸钠反应,形成稳定的氯化钠融入水中,不再有HC l溢出,从而减少尾气中HC l含量。3.1 小试用U形多孔玻板吸收瓶制作简易吸收装置,内部加入5%碳酸钠溶液,用球胆从生产装置不断抽取盐酸尾气,按一定流速通入多孔玻板吸收瓶中,再用干净球胆抽取吸收瓶排放口的尾气,进行测定吸收后尾气中HC l含量,每隔5 m i n取一次吸收后尾气,分析其中HC l含量。经过2 h的连续试验,碱液吸收后尾气中HC l含量都为零,说明尾气中的HC l全部被碱液吸收,可以看出用碱液吸收效果显著,尾气中HC l完全可以吸收下来,能有效的消去了防结块剂的影响,该方案可行。3.2 中试根据现场情况,选1、2号炉酸气吸收系统的尾气进行中试,在厂房顶部增加玻璃钢管制作的填料吸收塔,高度3 m,填料1.5 m,直径3 0 0 mm,增加1 m3碱液罐一个,碱液循环循环泵一台,开始时按照碱液浓度5%配制,开启循环泵,接入生产吸收后尾气后进行检测。根据计划安排,每4 h检测一次碱液浓度和尾气中H C l含量,连续检测3天,根据间数据做折线图。图2 碱液浓度和尾气中HC l含量的关系由图2可见,当碱液吸收系统运行至4 8 h后,排放尾气中HC l含量开始迅速飙升,此时碱液浓度1%左右,在7 2 h尾气HC l含量较高,此时碱液浓度接近0,充分证实了用碱液吸收尾气中的HC l可行,7 2 h都在05 0 m g/m3左右,完全达到1 0 0 m g/m3的标准。3.3 方案优化中试试验过程发现,当母液不断循环,会出现氯化钠结晶,所以碱液浓度不应高于1 1%。当碱液浓度达到 0.2 2 8%的时,检测尾气中HC l达到9 0 m g/m3左右,说明采用碱液浓度需要维持在0.3%1 1%之间,吸收效果最佳,吸收后的尾气可以达标排放,吸收后的母液含有1 1%左右的氯化钠,可以送往纯碱车间重复利用,不增加废液排放。通过中试结果可以看出:盐酸尾气中的HC l与N a2C O3反应后生成稳定的N a C l溶解于水中,使尾气中HC l气体大幅度降低,解决了因氯化钾防结块04纯 碱 工 业剂影响,HC l不能稳定的溶解于水中的难题。3.4 工业化试车图3 尾气吸收工艺流程简图工艺流程简介:用泵将废碱液送至硫酸钾碱液循环罐,经过循环泵分别送至三台盐酸尾气吸收塔洗涤净化盐酸尾气。洗涤后的碱液循环使用,吸收H C l后p H值降低,当洗涤碱水p H值到了7.1左右时,碱液中N a C l含量达到1 0%以上,总碱量(以N a HC O3计)低于4 t t或1%时,将洗涤碱水送往纯碱中和罐,每次送量约6 m3,然后将循环罐补充新鲜废碱液,利用新的洗涤碱水继续连续洗涤,保证尾气达标排放。确定了用废碱液吸收的方案后,我们根据喷淋密度,设计吸收塔,选择塔直径、填料高度,进行采购安装。其中主要设备设计如下:尾气吸收塔:填料塔,直径1 0 0 0,总高4 8 2 5 mm,内装5 0鲍尔环填料,乱堆,材质P P,塔顶采用排管多孔式液体分布器,处理气量:1 5 0 0 Nm3/h,液相流量8 m3/h,塔体材质为玻璃钢。吸收循环罐:2 8 0 02 0 0 0,全容积1 0 m3,玻璃钢材质。设备安装调试后进行了7 2 h连续试车运行,每天检测分析尾气中HC l含量,数据如表4。表4 废碱液吸收后7 2 h分析数据时间进塔循环液流量,m3/h尾气中HC l含量,m g/m3循环液浓度,%1#塔2#塔3#塔1#塔2#塔3#塔N a2C O3N a C lp H值2 4 h5.5 68.3 86.3 41 0.01 0.51 3.88.7 67.9 97.4 64 8 h6.3 28.3 06.5 01 5.01 5.52 2.98.7 18.9 26.9 57 2 h6.3 08.3 06.4 82 2.82 0.52 3.78.9 39.3 77.3 1平均6.0 68.3 36.4 41 5.91 5.62 0.18.88.7 67.2 4 经过连续7 2 h试车验证,尾气盐酸含量均达到设计要求,均在5 0 m g/Nm3以下。循环液浓度,N a2C O3含量在1.5%至1 0.7 5%之间,p H值在6至8.5之间,尾气能达标排放,该方案可行。4 经济效益分析平均每天消耗废碱液约2 m3,其中含纯碱4 8 0 k g,则每年需消耗废碱1 7 5.2 t,按照废碱2 0 0 0元/t计算,约3 5万元/年。本项目为环保技改项目,每年需要运行费用约 7.5万元/年,虽然增加了设备投资及运行费用,但有效的解决了盐酸尾气排放的问题,可以使生产持续运行,具有较大的环保效益,每年减少氯化氢气体排放约3 5 t。对于公司长期稳定生产具有重大意义。参考文献1 胡 智 勇,郑 阳 伟.一 种 盐 酸 尾 气 的 处 理 方 法:中 国,C N 1 0 9 9 8 5 4 9 3 A P.2 0 1 9-0 7-0 9.2 崔建逵,冯晶.合成盐酸尾气治理技术的改进J.河北化工,2 0 0 3(5).收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 1作者简介:王金台(1 9 6 7),男,汉族,青岛碱业发展有限公司,高级工程师,主要从事纯碱、硫酸钾生产。142 0 2 3年第3期 王金台,等:一种曼海姆硫酸钾工艺副产盐酸尾气的治理技术