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摘 要： 介绍尾气吸收装置基本工艺流程及存在的问题，并针对存在的问题进行优化设计和相应改造，给出改造前后的运行效果对比。
关键词： 尾气；氯化氢；盐酸；改造
中图分类号：X31 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810055－01
1 原工艺介绍及现场状况
1.1 工艺现状
1.1.1 工艺流程描述
我公司设计安装的某装置尾气（含氯化氢和空气）吸收装置中，含有极微量的粉尘，经过干法除尘后，进入到尾气系统（尾气中的粉尘含量可忽略不计）。尾气系统由酸吸收塔和碱吸收塔组成。尾气先进入到酸吸收塔，用来吸收尾气中的氯化氢气体。氯化氢吸收的介质是脱盐水，附产30wt%的盐酸。氯化氢的吸收采用的是循环方式即由酸吸收塔对应的循环罐经循环离心泵、酸吸收冷却器后，由塔顶进入到吸收塔里面喷淋吸收。塔釜液靠位差再回流至循环罐中。附产盐酸的采出是靠人工倒酸实现的即人工分析合格后，再用备泵将产品打至酸碱罐区。整个吸收过程所产生的溶解热是通过酸吸收冷却器带走的，冷介质是乙二醇溶液。
经酸吸收后的尾气还含有少量未吸收的氯化氢气体。尾气再进入到碱吸收塔中喷淋中和。碱吸收采用的是20%的NaOH溶液，与酸吸收采用的循环方式相同。当循环碱的浓度低于5%后，将低浓度的碱输送至中和处理池。然后再补充新鲜碱至循环罐。
经碱吸收后的尾气已不含有害气体，最终排向大气。以达到无害排放的目的。本装置是在微负压状态下实现的。负压由水环真空泵实现。
1.1.2 主要工艺参数
尾气组分HCL、空气的含量分别为：39.5%、60.5%；其总流量为869.5kg/h；温度为130℃；压力为-20KPa（G）。
1.1.3 主要设备
1）氯化氢吸收塔：规格：￠800×4350（立式） 材质：RPP 类型：填料塔
填料规格：鲍尔环38㎜ 填料高度：1段×3000㎜
材质：增强聚炳烯 堆积方式：散堆 填料堆重：150㎏/㎡
2）碱吸收塔：规格：￠800×4350（立式） 材质：RPP 类型：填料塔
填料规格：鲍尔环38㎜ 填料高度：1段×3000㎜
材质：增强聚炳烯 堆积方式：散堆 填料堆重：150㎏/㎡
3）酸吸收冷却器： F=10㎡ 固定管板式 换热管材质：RPP/石墨改性
壳体材质：RPP
4）碱吸收冷却器： F=10㎡ 固定管板式 换热管材质：RPP/石墨改性
壳体材质：RPP
5）循环罐：规格：￠1400×2800（卧式） 材质：RPP
6）尾气水环真空泵：Q=20 m3/min 额定功率：45KW 极限真空：-700mmHg
7）循环泵：Q=20m3/h H=25m 额定功率：4KW
1.1.4 原材料设计消耗量
脱盐水：0.81t/h 20wt%NaOH溶液：0.19t/h 30wt%盐酸产量：1.1t/h
1.2 装置运行及现场状况
装置运行半年多来，一直未达到预期的设计效果。主要体现在：
1）副产盐酸浓度只达到了23～26wt%，没有达到30wt%设计值；
2）碱液消耗持续偏高。开车半年来，碱耗量居高不下，达到0.3t/h，远高于设计值；
3）现场氯化氢气味很重，说明氯化氢未完全吸收，被排入大气中，未达到无害排放的目的。
此外，在系统运行的过程中，需每隔1小时分析一次酸循环罐中盐酸的浓度，待盐酸浓度达标后再切换至另一台循环罐进行吸收，并开启备泵往界区外倒酸。该过程需现场操作人员全程人工执行。
2 原因分析
经查阅相关资料，在温度低于50℃时，氯化氢气体在水中能溶解生成30wt%的盐酸。由运行状态可以看出，氯化氢吸收塔塔釜的温度为62℃高于50℃。故需要重新对系统的热量进行衡算并调整温度的控制。
3 系统热量衡算
本系统的热量主要来自于以下两个部分：
① 混全气体由130℃降至50℃放出的热量：
Q1=CM△T
式中：C=0.22kcal/kg-C M=343.5+526=869.5kg/h △T=80℃
则：Q1=0.22×869.5×80=15303.2kcal/h
② 氯化氢气体的溶解热：
q=419.3kcal/kg（HCL）
Q2=mq=343.5×419.3=144868.15kcal/h
故整个吸收过程中需移除的总热量为Q=Q1+Q2=160171.35kcal/h
4 酸吸收冷却器核算及工艺改进
1）吸收过程所放出的热量全部由酸吸收冷却器移除，以达到降低吸收塔温度的目的。本装置采用的冷冻水（40wt%乙二醇溶液）上水与回水的温度分别为-15℃和-10℃。工艺设定将酸吸收冷却器出口温度控制在30℃，酸冷却器入口温度为50℃（不考虑热损失，取其等于酸吸收塔塔釜温度）。对换热器进行核算。
Q=KA△T
式中K取200kcal/（㎡h℃）（该值为RPP/石墨改性换热管厂家推荐值）
平均温差△T=（△t2-△t1）/ln（△t2/△t1）=（60-45）/ln（60/45）
=52.14℃
故：A=Q÷（K△T）=160171.35 kcal/ h÷[200 kcal/（㎡h℃）×52.14℃]=15.36㎡
取1.2倍的设计余量，A=15.36×1.2=18.5㎡>10㎡
由以上计算可知，换热器面积偏小是造成塔釜温度过高，导致氯化氢不能被充分吸收的最主要原因。
2）在酸吸收冷却器和碱吸收冷却器的冷冻水回水管线上各增加一套调节阀组，用物料侧出口的温度来控制冷冻水的使用量。
3）在往酸碱罐区打酸的管线上也增加一套调节阀组，利用酸循环罐的液位来控制调节阀的开度。同时在脱盐水管线上增加一个截止阀和一个流量计，根据流量计的指示调节截止阀的开度。流量计初始值为待系统稳定后再根据操作情况调节截止阀的开度。
5 改进效果
在利用系统停车期间，对系统进行改造以后，经过两个多月的运行取得了以下良好的运行效果：
1）酸吸收塔塔釜的温度降至47.5℃，酸吸收冷却器冷冻水调节阀开度为69%，系统成品酸的浓度达到了31wt%，并且酸的品质很稳定。系统的收酸由以前的人工倒酸变成了自动收酸。减少了现场操作工的劳动。
2）由于氯化氢吸收塔的吸收效果达到了设计值，碱消耗量减少至0.187t/h。尾气中氯化氢被全部吸收，现场无氯化氢气味，达到无害排放的目的。
6 结束语该系统经改造后，运行稳定，各项指标均达到了设计要求。连续自动收酸的方法，减少了现场工人的劳动强度，对类似工艺装置具有一定借鉴意义。
参考文献：
[1]《氯碱工业理化常数手册》，北京石油化工工程公司.
[2]《化工工艺设计手册》第二版，化学工业出版社.
关键词： 尾气；氯化氢；盐酸；改造
中图分类号：X31 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810055－01
1 原工艺介绍及现场状况
1.1 工艺现状
1.1.1 工艺流程描述
我公司设计安装的某装置尾气（含氯化氢和空气）吸收装置中，含有极微量的粉尘，经过干法除尘后，进入到尾气系统（尾气中的粉尘含量可忽略不计）。尾气系统由酸吸收塔和碱吸收塔组成。尾气先进入到酸吸收塔，用来吸收尾气中的氯化氢气体。氯化氢吸收的介质是脱盐水，附产30wt%的盐酸。氯化氢的吸收采用的是循环方式即由酸吸收塔对应的循环罐经循环离心泵、酸吸收冷却器后，由塔顶进入到吸收塔里面喷淋吸收。塔釜液靠位差再回流至循环罐中。附产盐酸的采出是靠人工倒酸实现的即人工分析合格后，再用备泵将产品打至酸碱罐区。整个吸收过程所产生的溶解热是通过酸吸收冷却器带走的，冷介质是乙二醇溶液。
经酸吸收后的尾气还含有少量未吸收的氯化氢气体。尾气再进入到碱吸收塔中喷淋中和。碱吸收采用的是20%的NaOH溶液，与酸吸收采用的循环方式相同。当循环碱的浓度低于5%后，将低浓度的碱输送至中和处理池。然后再补充新鲜碱至循环罐。
经碱吸收后的尾气已不含有害气体，最终排向大气。以达到无害排放的目的。本装置是在微负压状态下实现的。负压由水环真空泵实现。
1.1.2 主要工艺参数
尾气组分HCL、空气的含量分别为：39.5%、60.5%；其总流量为869.5kg/h；温度为130℃；压力为-20KPa（G）。
1.1.3 主要设备
1）氯化氢吸收塔：规格：￠800×4350（立式） 材质：RPP 类型：填料塔
填料规格：鲍尔环38㎜ 填料高度：1段×3000㎜
材质：增强聚炳烯 堆积方式：散堆 填料堆重：150㎏/㎡
2）碱吸收塔：规格：￠800×4350（立式） 材质：RPP 类型：填料塔
填料规格：鲍尔环38㎜ 填料高度：1段×3000㎜
材质：增强聚炳烯 堆积方式：散堆 填料堆重：150㎏/㎡
3）酸吸收冷却器： F=10㎡ 固定管板式 换热管材质：RPP/石墨改性
壳体材质：RPP
4）碱吸收冷却器： F=10㎡ 固定管板式 换热管材质：RPP/石墨改性
壳体材质：RPP
5）循环罐：规格：￠1400×2800（卧式） 材质：RPP
6）尾气水环真空泵：Q=20 m3/min 额定功率：45KW 极限真空：-700mmHg
7）循环泵：Q=20m3/h H=25m 额定功率：4KW
1.1.4 原材料设计消耗量
脱盐水：0.81t/h 20wt%NaOH溶液：0.19t/h 30wt%盐酸产量：1.1t/h
1.2 装置运行及现场状况
装置运行半年多来，一直未达到预期的设计效果。主要体现在：
1）副产盐酸浓度只达到了23～26wt%，没有达到30wt%设计值；
2）碱液消耗持续偏高。开车半年来，碱耗量居高不下，达到0.3t/h，远高于设计值；
3）现场氯化氢气味很重，说明氯化氢未完全吸收，被排入大气中，未达到无害排放的目的。
此外，在系统运行的过程中，需每隔1小时分析一次酸循环罐中盐酸的浓度，待盐酸浓度达标后再切换至另一台循环罐进行吸收，并开启备泵往界区外倒酸。该过程需现场操作人员全程人工执行。
2 原因分析
经查阅相关资料，在温度低于50℃时，氯化氢气体在水中能溶解生成30wt%的盐酸。由运行状态可以看出，氯化氢吸收塔塔釜的温度为62℃高于50℃。故需要重新对系统的热量进行衡算并调整温度的控制。
3 系统热量衡算
本系统的热量主要来自于以下两个部分：
① 混全气体由130℃降至50℃放出的热量：
Q1=CM△T
式中：C=0.22kcal/kg-C M=343.5+526=869.5kg/h △T=80℃
则：Q1=0.22×869.5×80=15303.2kcal/h
② 氯化氢气体的溶解热：
q=419.3kcal/kg（HCL）
Q2=mq=343.5×419.3=144868.15kcal/h
故整个吸收过程中需移除的总热量为Q=Q1+Q2=160171.35kcal/h
4 酸吸收冷却器核算及工艺改进
1）吸收过程所放出的热量全部由酸吸收冷却器移除，以达到降低吸收塔温度的目的。本装置采用的冷冻水（40wt%乙二醇溶液）上水与回水的温度分别为-15℃和-10℃。工艺设定将酸吸收冷却器出口温度控制在30℃，酸冷却器入口温度为50℃（不考虑热损失，取其等于酸吸收塔塔釜温度）。对换热器进行核算。
Q=KA△T
式中K取200kcal/（㎡h℃）（该值为RPP/石墨改性换热管厂家推荐值）
平均温差△T=（△t2-△t1）/ln（△t2/△t1）=（60-45）/ln（60/45）
=52.14℃
故：A=Q÷（K△T）=160171.35 kcal/ h÷[200 kcal/（㎡h℃）×52.14℃]=15.36㎡
取1.2倍的设计余量，A=15.36×1.2=18.5㎡>10㎡
由以上计算可知，换热器面积偏小是造成塔釜温度过高，导致氯化氢不能被充分吸收的最主要原因。
2）在酸吸收冷却器和碱吸收冷却器的冷冻水回水管线上各增加一套调节阀组，用物料侧出口的温度来控制冷冻水的使用量。
3）在往酸碱罐区打酸的管线上也增加一套调节阀组，利用酸循环罐的液位来控制调节阀的开度。同时在脱盐水管线上增加一个截止阀和一个流量计，根据流量计的指示调节截止阀的开度。流量计初始值为待系统稳定后再根据操作情况调节截止阀的开度。
5 改进效果
在利用系统停车期间，对系统进行改造以后，经过两个多月的运行取得了以下良好的运行效果：
1）酸吸收塔塔釜的温度降至47.5℃，酸吸收冷却器冷冻水调节阀开度为69%，系统成品酸的浓度达到了31wt%，并且酸的品质很稳定。系统的收酸由以前的人工倒酸变成了自动收酸。减少了现场操作工的劳动。
2）由于氯化氢吸收塔的吸收效果达到了设计值，碱消耗量减少至0.187t/h。尾气中氯化氢被全部吸收，现场无氯化氢气味，达到无害排放的目的。
6 结束语该系统经改造后，运行稳定，各项指标均达到了设计要求。连续自动收酸的方法，减少了现场工人的劳动强度，对类似工艺装置具有一定借鉴意义。
参考文献：
[1]《氯碱工业理化常数手册》，北京石油化工工程公司.
[2]《化工工艺设计手册》第二版，化学工业出版社.