盐酸酸洗酸雾净化技术演进研究

2019-01-19王伟于长伟

中国设备工程 2019年20期

王伟，于长伟

（沈阳防腐蚀机械有限公司，辽宁沈阳 110027）

1 盐酸酸雾净化技术背景

盐酸酸洗主要应用在冶金及制造行业，通过化学反应的方法去除金属表面的氧化物及杂质。这些过程都是在各种浓度的盐酸液中进行的，并通过蒸汽加热、电加热等方法对盐酸液加温，以加速酸洗过程的化学反应，酸洗后还需要使用热水进行冲洗，以去除金属表面残留的酸液。这些过程大多为开放性或半开放性作业，所以无时无刻不在产生和排放酸雾，造成大气环境的污染，致使周围的动植物、土壤、建筑物和人体受到损害，也使厂房和设备受到不同程度的腐蚀和损坏，因此，为了达到保护环境和设备的目的，酸雾净化技术的先进性和完整性显得尤为重要。

盐酸酸雾净化技术的基本原理是由于酸雾是在工艺过程中盐酸经高温加热及循环流动时产生，其成分为水蒸汽和HCL 气体，普遍利用HCL 气体极易溶于水的特性，使用碱液或水作为吸收液，采用喷淋的方式对酸雾中的HCL 气体进行反应和吸收，以达到降低HCL 气体排放、满足环保要求的目的。

盐酸酸雾净化技术主要由收集、净化和排放三个部分组成，酸雾通过引风装置经输送管路收集到净化装置中进行净化处理，最终从烟囱排放到外界。多年来，随着环保要求的不断提高，使得酸雾净化技术也在不断地更新换代，逐步从以上三个部分采取一系列措施进行改进和完善。

2 盐酸酸雾净化技术的演进

自从1648 年德国药师J.R.格劳伯将食盐和硫酸放入蒸馏釜中加热制取硫酸钠时，将逸出的刺激性气味的气体用水吸收发现和得到了盐酸开始，20 世纪60 年代以前，一直采用硫酸作为酸洗介质。1959 年，奥地利鲁特纳发明了盐酸酸洗废液再生方法，盐酸可以完全回收，产生的铁粉也可做高档的磁性材料，使得盐酸酸洗法成为成本低、酸洗带钢表面质量好的工艺而得到普遍发展，1983 年原西德MDS 公司开发出湍流式酸洗新技术，这种酸洗技术又进一步的提高了酸洗效率，改善了酸洗质量，之后碳钢酸洗行业几乎全部采用盐酸酸洗工艺。

随着盐酸酸洗被越来越广泛的应用，盐酸酸雾净化技术也在不断地提高，演进的过程可以归纳为三个阶段。

第一阶段为2000 年以前，从最开始的开放式排放到后期采用酸雾净化塔集中净化的演变。使用酸雾风机进行引风，通过输送管路收集到酸雾净化塔内进行吸收净化，最终通过烟囱排放到大气。

酸雾净化塔最初使用耐腐蚀材料砌筑或衬里的材质，这种型式存在运行不稳定以及寿命短、不易维修等缺陷，所以后来随着科技的发展被各类耐酸树脂所取代。酸雾净化塔底部为储液槽，储液槽内一般通入水或氢氧化钠溶液；中部为填料层，用于放置各类填料以增加HCL 气体与水或氢氧化钠溶液的接触面积，从而达到提高吸收效率的目的，填料材质一般为陶瓷、玻璃钢或耐酸塑料等材质，其中陶瓷填料存在重量大，对设备主体强度要求较高的缺陷；顶部为喷淋层，一般采用多孔或多喷嘴结构，这种结构存在吸收液流淌不均匀、喷嘴易堵塞、不便于维修清理等缺陷。酸雾的流向为自下至上，吸收液为从上而下，两者采用逆向方式以便于更好的接触和吸收。酸雾净化塔外部设有耐腐蚀循环泵，用于吸收液的循环喷淋，同时，净化塔设有补水口和排水口，以便于吸收液的更换。

这种工艺由于酸雾净化塔内的吸收液酸浓度提高很快，所以不仅耗水量或耗碱量大，还会产生的大量的废水，增加了水处理的费用，同时，由于采用的吸收方式较为简单，酸雾净化效率比较低，造成了较为严重的大气污染，而且随着大量盐酸随着尾气的流失，也提高了企业的生产成本。

第二阶段为2000 ～2008 年，随着国家对大气污染的逐渐重视，HCL 的排放标准要求也越来越严，促使许多企业在酸雾净化效率方面做出了改进。

首先，是在酸雾净化塔前设置了一台气液分离器，气液分离器内部一般采用折板式或填料填充等方式，使酸雾与水雾在进入净化塔之前首先在分离器内更好的接触吸收，同时使一部分雾气以液滴的形式与剩余尾气进行分离，起到了尾气的初步净化和气液分离的作用。也有一些企业在净化塔前设置了一台预处理装置，采用清洗废水进行喷淋，对尾气进行初步的洗涤净化，以上两种设备都在一定程度上减轻了酸雾净化塔的负荷，提高了整体的净化效率。

其次，是在酸雾净化塔的结构上做出了改进，开始采用文丘里喷嘴或螺旋喷嘴实现了吸收液的雾状全覆盖喷淋，增强了净化塔的吸收效果，而且喷嘴不易堵塞。同时在净化塔顶部增加了丝网除雾装置，提高了净化塔的除雾效果，减少了吸收液的流失。

后期又有一些企业为了进一步的增强除雾及净化效果，选择在酸雾风机的入口部位再设置一台气液分离器，以更大程度地降低烟囱排出的雾气量。

这种工艺仍然需要很高的换水频率，同时也会产生的大量的废水需要处理，而且HCL 的排放数值只能勉强达到当时的标准要求，稍有不慎就会超标，仍然存在污染隐患，而且大量盐酸随着尾气流失的问题未能解决。

第三阶段为2009 年至今，随着国家一些新的排放标准的发布实施，以及地方更加严格的标准要求，使得各酸洗企业对盐酸尾气的净化处理极其重视，净化工艺实现了质的飞跃。

本阶段酸雾净化技术的最大特点是使用了酸雾冷却工艺。利用水蒸汽低温冷凝以及HCL 气体极易溶于水的特性，在酸雾净化塔前设置一台酸雾冷却器，实现酸洗槽酸雾与清洗槽水雾的冷凝，并通过气液分离器进行气液分离，使部分的HCL 气体在进入净化塔之前被冷凝成液态的水雾吸收并予以收集再利用，降低了净化塔的负荷，提高了净化效果。

经此工艺处理后的整体净化效果有了比较大的提升，但是收集得到的冷凝酸浓度较低，一般在3%～5%，无法实现直接利用，所以后期将处理工艺进一步做了改良。

将处理工艺调整为只针对酸洗槽产生的酸雾冷却、回收、气液分离收集，这样收集到的冷凝酸浓度可以达到15%左右，可以直接进行酸洗使用，真正地做到了盐酸的回收再利用。

但是，还存在着由于酸洗槽产生的酸雾经过酸雾冷却器冷却以及气液分离器进行分离后仍然有很多的HCL 气体需要进入酸雾净化塔进行净化处理，从而使净化塔内酸浓度提高较快，进而需要大量水的更换补充才能做到排放达标的问题；另外，清洗槽内的清洗水是带有一定温度的，这些热量随着水汽的溢出直接被带入净化塔，使得酸雾净化塔内的吸收液温度逐渐升高，从而自身产生蒸汽，由于净化塔内的吸收液是用来吸收残余的HCL 气体，带有一定酸性，所以产生的二次蒸汽造成了二次污染。为了解决此问题，现普遍采用提高净化塔换水频率来达到降低吸收液酸浓度和使吸收液降温的目的。同时，由于冬季内外温差过大，进而会产生烟囱排出大量水汽的现象，严重时会出现烟囱附近下小雨（雪）的情况。随着环保要求越来越高，甚至部分地区提出了“去白”的要求，使得酸雾净化处理过程的水耗量越来越大、水处理成本越来越高。

3 酸雾净化技术的研究

目前，净化技术仍然存在的问题主要表现在盐酸尾气净化处理后的排放数值不易达标、水耗量大、HCL 流失严重、水处理量大、净化塔自身温升产生二次污染以及由于内外温差过大而产生的烟囱排出大量水汽。针对这些问题，我们可以通过增加清洗槽水雾冷却设备的方法实现水雾的二次利用以及减少净化塔的温升；通过改良气液分离器结构的方法实现HCL 最大程度的回收利用；通过改良酸雾净化塔结构的方法，降低净化塔换水频率从而减少耗水量和水处理量，提高吸收净化效率，并通过在净化塔内部设置冷却装置的方法阻止吸收液的温升，避免产生二次酸气污染，同时，改善由于冬季内外温差过大，进而产生的烟囱排出大量水汽的问题；从设计上降低设备和维护成本，提高设备的稳定性以及使用寿命。