當(dāng)今廢鹽酸再生工藝的評(píng)析

1、當(dāng)今廢鹽酸再生工藝的評(píng)析 208化工環(huán)保1998年第18卷 當(dāng)今廢鹽酸再生工藝的評(píng)析 林宣精 (武漢鋼鐵集團(tuán)公司冷軋薄板廠,武漢430083) 0前言 早在70,(的Lurgi2chemie流化焙燒工藝廢鹽酸再生氣組。該工藝生產(chǎn)出來的副產(chǎn)品氧化鐵,不能滿意電子工業(yè)的需要。80年月,為了供應(yīng)高純氧化鐵,鞍鋼冷軋薄板廠從奧地利引進(jìn)了Ruthner噴霧焙燒工藝廢鹽酸再生氣組,后來 ,。這種氧化鐵具有多 ,5000元由此可見,廢鹽酸再t以上。生技術(shù)的發(fā)展對(duì)軋鋼工業(yè)、電子工業(yè)、環(huán)境保護(hù)都有著重要意義,同時(shí)還可以從副產(chǎn)品氧化鐵獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 1廢鹽酸再生的基本原理 Lurgi2Keramchemie

2、和Ruthner兩種廢鹽酸再生工藝,雖然詳細(xì)設(shè)備和工作過程不完全一樣,但是工作原理相同,都是利用FeCl2在高溫下、在有充分水蒸氣和適量氧氣的氣氛中能定量水解的特性,在焙燒爐中焙燒經(jīng)預(yù)先濃縮過的廢鹽酸,使在廢鹽酸中以FeCl2形式存在的鐵轉(zhuǎn)化為Fe2O3分別出來。FeCl2水解的化學(xué)反應(yīng)式如下: 4FeCl2+O2+4H2O 寶鋼、X市益昌冷軋薄板廠等相繼采用了噴霧焙燒廢鹽酸再生工藝。1996年,攀鋼冷軋薄板廠又投產(chǎn)了一套最先進(jìn)的噴霧焙燒法廢鹽酸再生氣組。近20年來,隨著軋鋼工業(yè)的發(fā)展,廢鹽酸再生技術(shù)在我國很快成長起來。 廢鹽酸再生氣組通常是伴隨著鋼材酸洗設(shè)備(如熱軋帶鋼連續(xù)酸洗線)而建筑的,

3、它處理酸洗過鋼材的廢酸,生產(chǎn)再生酸,又供給酸洗鋼材之用,如此往復(fù)循環(huán)(參見圖1)。 廢鹽酸再生氣組與鋼材的酸洗是緊密相連的,影響到酸洗鋼材的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本等,因此也可以把它看成是酸洗工藝設(shè)備的一個(gè)組成部分。同時(shí),鹽酸再生氣組是消退廢酸、廢酸水和酸蒸氣的腐蝕和污染,變害為利的環(huán)保設(shè)施。廢鹽酸再生氣組不僅可回收鹽酸、降低酸洗成 2Fe2O3+8HCl 反應(yīng)生成的HCl氣體和從廢酸里蒸發(fā)出 來的HCl氣體,一道經(jīng)過除塵凈化和冷卻,最終被水汲取而成再生酸。 實(shí)際上,廢鹽酸的再生是鋼材酸洗的逆過程,酸洗是將鋼鐵表面的鐵氧化物溶解于酸洗液中,鐵氧化物轉(zhuǎn)化為FeCl2,消耗了酸洗液中 1997202217

4、收到初稿,1997204229收到修改稿。 第4期化工環(huán)保209 圖1酸洗線與廢鹽酸再生氣組之間的酸液循環(huán) 11噴霧焙燒爐;21預(yù)濃縮器;31HCl汲取器;41帶鋼連續(xù)酸洗線;51冷沖洗線;61熱沖洗線;71煙罩;81煙霧洗滌器;91廢氣風(fēng)機(jī);101煙囪。 的游離酸(即HCl);而再生過程則是將廢鹽酸中的FeCl2轉(zhuǎn)化為Fe2O3,并且釋放出酸洗時(shí)所消耗的游離酸。現(xiàn)代化的再生氣組鹽酸回收率可達(dá)到99%。排放的廢氣,一種是再生氣組尾 3 氣,HCl含量30mgm;另一種是輸送氧化鐵 3 粉的空氣,Fe2O3含量50mgm。 由貯罐泵入分別罐,通過循環(huán)泵在文丘里和分 離罐之間不斷地循環(huán),并在文丘里

5、處與820的焙燒爐氣進(jìn)行熱交換,使其濃縮到相對(duì)密度為11451150。焙燒爐內(nèi)的流化床層加熱到850 2工藝流程 兩種廢鹽酸再生工藝流程對(duì)照如下(廢鹽 酸處理能力為4104.5m3h)。211Lurgie-Keramchemie工藝21111流程圖 Lurgie2Keramchemie廢鹽酸再生工藝流程如圖2所示。2.1.2流程說明 廢酸(Fe2+100130g70gL,HCl30L) 時(shí),由廢酸循環(huán)管道分出的支管將濃縮的廢酸 通過酸槍導(dǎo)入流化床層(即再生開頭)。 廢酸中的FeCl2、FeCl3在床層馬上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成Fe2O3和HCl。新生的氧化鐵微粒粘附在原有的Fe2O3顆粒表面上,使

6、床層的顆粒長大并增多,床層會(huì)在生產(chǎn)中長高。為了保持床層一定的流化高度,必需適時(shí)將Fe2O3顆粒排入冷卻振動(dòng)篩,然后送入貯倉。粗塵經(jīng)旋風(fēng)除塵器沉降后再回爐,僅有細(xì)塵進(jìn)入后面工序。生成的HCl隨爐氣進(jìn)入文丘里,被冷卻到100以下,然后在汲取塔里用酸洗線沖洗水汲取制成HCl濃度為180g尾氣經(jīng)煙囪L的再生酸。 及捕液器除去含酸的冷凝水之后排入大氣。系 210化工環(huán)保1998年第18卷 圖2Lurgi2Keramchemie廢鹽酸再生工藝流程 11焙燒爐;2回灰管;31除塵器;41煙道;51文丘里喉管;61文丘里擴(kuò)散管;71分別罐;81煙道;91汲取塔;101廢氣煙道; 111煙囪;121捕液器;13

7、1水封;141溢流槽;151Fe2O3貯槽;161Fe2O3下貯倉;171事故水槽;181空氣風(fēng)機(jī); 191煤氣增壓風(fēng)機(jī);201循環(huán)泵;211抽風(fēng)機(jī);221振動(dòng)篩。 統(tǒng)實(shí)行負(fù)壓操作。 燃燒用的焦?fàn)t煤氣加壓后和空氣分別由羅茨鼓風(fēng)機(jī)送入燃燒器,布置在爐底48個(gè)燒咀噴射出的高溫氣體使床層顆粒氧化鐵達(dá)到流化狀態(tài)。 212Ruthner工藝21211流程圖 Ruthner廢鹽酸再生工藝流程如圖3所示。21212流程說明 霧在下降過程中被燃燒器送來的自下而上的高溫氣體加熱,水被蒸發(fā),FeCl2在反應(yīng)區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)化成Fe2O3和HCl。爐堂溫度為650680,出口溫度為380400。生成的氧化鐵粉,絕大部分下沉爐

8、底,在爐底經(jīng)團(tuán)塊破裂機(jī)和旋轉(zhuǎn)閥風(fēng)送入貯倉;少部分入雙旋風(fēng)除塵器沉降后再回爐。進(jìn)入文丘里的粉塵很少。Fe2O3貯倉上部設(shè)有袋式除塵器,除塵后的空氣由Fe2O3輸送風(fēng)機(jī)排入大氣。貯倉中的Fe2O3經(jīng)打包機(jī)裝袋后外發(fā)。 含HCl的爐氣經(jīng)文丘里后溫度在100以下,再入汲取塔被沖洗水汲取制成HCl濃度為190200g尾氣經(jīng)清洗塔等清洗L的再生酸。后排空。系統(tǒng)實(shí)行負(fù)壓操作。 燃燒用的煤氣由羅茨風(fēng)機(jī)送入燃燒器,空氣由助燃風(fēng)機(jī)送入燃燒器。 廢酸(Fe2+100120gL,HCl200gL)由貯罐經(jīng)粗過濾后泵入文丘里下部的分別器中,通過循環(huán)泵、文丘里和分別器不斷地循環(huán),廢酸在進(jìn)循環(huán)泵之前進(jìn)行第二次過濾。在文丘里

9、處廢酸與含HCl的爐氣進(jìn)行熱交換,被濃縮到相對(duì)密度為1130,然后用加酸泵增壓后送上爐頂,又經(jīng)兩道精過濾,再由酸噴槍向下噴射成霧。酸 第4期化工環(huán)保211 Ruthner廢鹽酸再生工藝流程 1焙燒爐;21旋風(fēng)除塵器;31文丘里;41分別器;51汲取塔;61清洗塔; 71氧化鐵粉貯倉;81打包機(jī);91水貯槽;101尾氣離心風(fēng)機(jī);111加酸泵;121循環(huán)泵;131汲取水泵;141清洗水泵 。 圖4流化焙燒爐 11風(fēng)箱;21燒咀;31回灰管;41酸槍口;5.流化層;61人孔;71氧化鐵加入管;81防爆閥;91Fe2O3排放管 。 圖5噴霧焙燒爐 11燃燒器和燃燒室;21蒸發(fā)區(qū);31氣體出口; 41霧

10、化噴咀;51耐火襯里;61水解區(qū)。 212化工環(huán)保1998年第18卷 3設(shè)備及主要部件 兩種廢鹽酸再生氣組的設(shè)備組成相同,都有主體設(shè)備、酸貯罐區(qū)和氧化鐵輸送貯存設(shè)備3 部分。主體設(shè)備都有焙燒爐、旋風(fēng)除塵器、預(yù)濃 縮器(即文丘里及其附屬設(shè)備)、汲取塔和清洗設(shè)備,但是主體設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)卻有很大區(qū)分。兩種廢鹽酸再生工藝的設(shè)備及主要部件對(duì)照見表1(廢酸處理能力為410415m3h)。 表1兩種廢鹽酸再生工藝的設(shè)備及主要部件對(duì)照 設(shè)備結(jié)構(gòu)及主要部件 設(shè)備名稱 Lurgie2Keramchemie工藝 Ruthner工藝 結(jié)構(gòu)尺寸 見圖42300mm H10820mm 見圖5H鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)襯兩層絕熱板、爐墻

11、 酸磚,第4料。 焙燒爐 2O3排放管四周先填搗打。 1支或兩支酸噴槍。它們是用鈦鈀合金制成的特厚壁管節(jié)螺紋連接起來的管子,安裝在爐下部側(cè)面,內(nèi)徑10mm,伸入爐內(nèi)70 140mm長,可將濃縮廢酸導(dǎo)入流化層。 ,爐頂收縮出口之處不砌內(nèi)襯材料。外殼嚴(yán)格絕熱包裝。 爐下部燒咀區(qū)域采用搗打料澆注。 兩支酸噴槍。它是用烯有金屬鈮制造的,噴盤上分布有6個(gè)噴咀,每個(gè)噴咀噴出口的內(nèi)徑為1.5mm。噴槍內(nèi)設(shè)有過濾器。噴槍由爐頂上方的提升裝置插入爐內(nèi)或從爐內(nèi)提起。兩個(gè)燒咀。它們相對(duì)地以切線方向布置在爐下部。 點(diǎn)火燒咀。安裝在主燒咀旁?；鹧嫣綔y(cè)監(jiān)控器。安裝在主燒咀的正后方。 破裂機(jī)和旋轉(zhuǎn)閥。安裝在爐下部錐體口下方

12、。 兩個(gè)并列連接的小直徑的旋風(fēng)除塵器,回灰管上安裝電動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥。 采用文丘里管,在喉口上方設(shè)有4個(gè)噴咀,用以引入需濃縮的廢酸。汲取塔和清洗塔各1個(gè),都是填料塔,塔頂層安裝有噴咀。通過煙囪、捕液器清除尾氣中的HCl。 燃燒器。它有48個(gè)燒咀,分布在爐底面 附件 上。 4個(gè)點(diǎn)火燒咀。安裝在爐底的中央位置上。 火焰探測(cè)監(jiān)控器。安裝在爐頂,與點(diǎn)火燒咀相距約10m。 氧化鐵排放管。氧化鐵從爐底排放管經(jīng)掌握閥排放。 1個(gè)直徑稍大的旋風(fēng)除塵器,回灰管上采 旋風(fēng)除塵器 用搖擺閥(雙閥)掌握爐氣不能由此串入除塵器。 預(yù)濃縮器汲取塔和清洗塔 采用文丘里管,喉口處設(shè)有環(huán)形溝,用以分布進(jìn)入的液體。 由填料層和多層泡罩盤

13、組成的汲取塔1個(gè),無清洗塔。通過煙囪、捕液器清除尾氣中的HCl。 第4期化工環(huán)保213 4工藝特點(diǎn) 依據(jù)以上簡要介紹的工藝和設(shè)備狀況,進(jìn)一步分析這兩種廢鹽酸再生工藝的特點(diǎn),從中可以看到它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 411Lurgi-Keramchemie工藝41111焙燒方式 流化焙燒或沸騰焙燒。41112優(yōu)點(diǎn) (1)流化床傳熱傳質(zhì)很快,爐溫高(850),鐵的氯化物的高溫水解反應(yīng)速度快,單位爐容的廢酸處理量大。同等處理能力的焙燒爐,體積比Ruthner的要小得多,機(jī)組占地面積為 312。Ruthner的1 (2)由于焙燒溫度高,整。 (3),向爐內(nèi)導(dǎo)入預(yù)濃縮廢酸不用多道過濾,也不易發(fā)生酸槍堵塞。 (4)高溫

14、焙燒生成的Fe2O3,含氯量極少,較潔凈。由于高溫下氧化鐵顆粒會(huì)發(fā)生粘結(jié),因此生成的氧化鐵粒度較大(最大為3mm),重度也較大,運(yùn)輸和貯存的器具較簡單方便,對(duì)環(huán)境污染小。41113缺點(diǎn) (1)系統(tǒng)為氣、液、固三相組成的流化床,掌握難度較大;燒咀多,長生產(chǎn)周期狀況下做到勻稱布?xì)夂芾щy,難以避免局部死床出現(xiàn)。 (2)爐內(nèi)易損件較多,故障較多;因爐溫高,爐內(nèi)檢修前的冷爐時(shí)間較長,機(jī)組年有效作業(yè)時(shí)間較少(約6000ha),作業(yè)率較低。 (3)爐底面上和流化范圍內(nèi)的爐壁上會(huì)結(jié)氧化鐵疤,清除的勞動(dòng)量較大。 (4)焙燒爐的點(diǎn)火操作不抱負(fù)?；鹧嫣綔y(cè)器距點(diǎn)火燒咀較遠(yuǎn),火焰檢測(cè)會(huì)受干擾。在生產(chǎn)中途停機(jī)的狀況下,當(dāng)

15、爐溫下降到煤氣自燃點(diǎn)以下時(shí),無法立刻直接點(diǎn)火。 (5)床層氧化鐵的顆粒粒度在生產(chǎn)中有周 期性變化,當(dāng)顆粒普遍長大時(shí),生產(chǎn)運(yùn)行不穩(wěn)定,產(chǎn)量減低,再生酸中Fe3+含量提高。41114對(duì)設(shè)備的特別要求 (1)焙燒爐的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,對(duì)制作材料要求嚴(yán)格 燒咀和氧化鐵排放管采用耐高溫、抗腐蝕的不銹鋼制作,酸槍采用鈦鈀合金制作,爐墻內(nèi)側(cè)除了砌襯耐酸磚外還需襯上耐火耐磨材料。 (2)對(duì)抽風(fēng)機(jī)性能要求高 機(jī)組通過抽風(fēng)機(jī)造成負(fù)壓操作,由于機(jī)組的氣體阻力大,僅文丘里,阻力即為800010000Pa,Pa,因此,尾41115機(jī)組比較,自動(dòng)化水平較低。46副產(chǎn)品氧化鐵的性能和用途 氧化鐵在高溫床層里粘結(jié)形成顆粒狀,最大粒

16、徑為3mm,自然積累,其密度為215315kg這種氧化鐵,目前只能制作硬磁材L。料、還原鐵粉等,使用價(jià)值較低,價(jià)格為200300元t。41117能源消耗 處理1m3廢酸消耗熱能353104kJJ、電能88kWh。 412Ruthner工藝41211焙燒方式 噴霧焙燒。41212優(yōu)點(diǎn) (1)爐內(nèi)發(fā)生故障的機(jī)會(huì)很少,修理量少,不需經(jīng)常周期性停爐冷卻及人工入內(nèi)清爐打掉氧化鐵結(jié)疤。因此,機(jī)組年有效生產(chǎn)時(shí)間較長(約7000ha),作業(yè)率較高。 (2)機(jī)組點(diǎn)火便利,依據(jù)需要可隨時(shí)停機(jī)、開機(jī);酸操作和水操作(無廢酸時(shí))的轉(zhuǎn)換很便利,組織生產(chǎn)很敏捷。 (3)爐內(nèi)無流化床,生產(chǎn)不受床層內(nèi)Fe2O3顆粒狀態(tài)變化的

17、影響。因此,廢酸處理量很穩(wěn)定,再生酸的質(zhì)量好,Fe3+含量很低。41213缺點(diǎn) 214化工環(huán)保1998年第18卷 (1)焙燒爐較高大,占地、占空間較大。(2)因酸噴槍的噴出口徑小,為了削減堵 塞、保持良好的霧化,對(duì)廢酸的過濾要求嚴(yán)格,需設(shè)多個(gè)過濾器,而且正常生產(chǎn)時(shí)每班必需清洗噴槍1、2次。 (3)由于生成的Fe2O3粉末的密度較小,易漂移污染環(huán)境。因此,對(duì)爐內(nèi)排出的Fe2O3粉必需有特地的抽吸式風(fēng)送裝置,對(duì)輸送Fe2O3粉的空氣必需作凈化處理,應(yīng)設(shè)有特地的Fe2O3粉打包機(jī)。 41214對(duì)設(shè)備的特別要求 (1)焙燒爐 5綜合評(píng)價(jià) (1)Lurgi2Keramchemie和Ruthner這兩種廢

18、鹽酸再生工藝,各有自己的特點(diǎn),均屬當(dāng)今世界上技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用廣泛的鹽酸酸洗液處理工藝。它們都適用于大中型鋼材加工企業(yè),可依據(jù)廢酸處理量來選型和定規(guī)格。 (2)兩種工藝比較,Ruthner工藝更優(yōu)越。該工藝設(shè)備較簡潔,運(yùn)行故障較少,檢修工作量較小,作業(yè)率較高,機(jī)組運(yùn)行較穩(wěn)定。,(,還要開發(fā)副產(chǎn)品氧化鐵的經(jīng)濟(jì)效益。在建筑Ruthner法廢鹽酸再生氣組時(shí),應(yīng)當(dāng)同時(shí)上馬除硅裝置,以便生產(chǎn)出高純氧化鐵粉。假如在一個(gè)年酸洗100萬t熱軋帶鋼的酸洗車間建設(shè)帶有除硅裝置的Ruth2ner工藝鹽酸再生氣組,則每年可生產(chǎn)高純氧化鐵5000t,以每噸4500元差價(jià)(與Lurgi工藝 爐溫較低,爐內(nèi)襯里結(jié)構(gòu)較簡潔。主燒咀的材質(zhì)為GG,點(diǎn)火燒咀的材質(zhì)為鋼。 (2