鹽酸酸洗酸霧凈化技術(shù)演進(jìn)研究

王偉，于長偉

（沈陽防腐蝕機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽 110027）

1 鹽酸酸霧凈化技術(shù)背景

鹽酸酸洗主要應(yīng)用在冶金及制造行業(yè)，通過化學(xué)反應(yīng)的方法去除金屬表面的氧化物及雜質(zhì)。這些過程都是在各種濃度的鹽酸液中進(jìn)行的，并通過蒸汽加熱、電加熱等方法對鹽酸液加溫，以加速酸洗過程的化學(xué)反應(yīng)，酸洗后還需要使用熱水進(jìn)行沖洗，以去除金屬表面殘留的酸液。這些過程大多為開放性或半開放性作業(yè)，所以無時無刻不在產(chǎn)生和排放酸霧，造成大氣環(huán)境的污染，致使周圍的動植物、土壤、建筑物和人體受到損害，也使廠房和設(shè)備受到不同程度的腐蝕和損壞，因此，為了達(dá)到保護(hù)環(huán)境和設(shè)備的目的，酸霧凈化技術(shù)的先進(jìn)性和完整性顯得尤為重要。

鹽酸酸霧凈化技術(shù)的基本原理是由于酸霧是在工藝過程中鹽酸經(jīng)高溫加熱及循環(huán)流動時產(chǎn)生，其成分為水蒸汽和HCL 氣體，普遍利用HCL 氣體極易溶于水的特性，使用堿液或水作為吸收液，采用噴淋的方式對酸霧中的HCL 氣體進(jìn)行反應(yīng)和吸收，以達(dá)到降低HCL 氣體排放、滿足環(huán)保要求的目的。

鹽酸酸霧凈化技術(shù)主要由收集、凈化和排放三個部分組成，酸霧通過引風(fēng)裝置經(jīng)輸送管路收集到凈化裝置中進(jìn)行凈化處理，最終從煙囪排放到外界。多年來，隨著環(huán)保要求的不斷提高，使得酸霧凈化技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代，逐步從以上三個部分采取一系列措施進(jìn)行改進(jìn)和完善。

2 鹽酸酸霧凈化技術(shù)的演進(jìn)

自從1648 年德國藥師J.R.格勞伯將食鹽和硫酸放入蒸餾釜中加熱制取硫酸鈉時，將逸出的刺激性氣味的氣體用水吸收發(fā)現(xiàn)和得到了鹽酸開始，20 世紀(jì)60 年代以前，一直采用硫酸作為酸洗介質(zhì)。1959 年，奧地利魯特納發(fā)明了鹽酸酸洗廢液再生方法，鹽酸可以完全回收，產(chǎn)生的鐵粉也可做高檔的磁性材料，使得鹽酸酸洗法成為成本低、酸洗帶鋼表面質(zhì)量好的工藝而得到普遍發(fā)展，1983 年原西德MDS 公司開發(fā)出湍流式酸洗新技術(shù)，這種酸洗技術(shù)又進(jìn)一步的提高了酸洗效率，改善了酸洗質(zhì)量，之后碳鋼酸洗行業(yè)幾乎全部采用鹽酸酸洗工藝。

隨著鹽酸酸洗被越來越廣泛的應(yīng)用，鹽酸酸霧凈化技術(shù)也在不斷地提高，演進(jìn)的過程可以歸納為三個階段。

第一階段為2000 年以前，從最開始的開放式排放到后期采用酸霧凈化塔集中凈化的演變。使用酸霧風(fēng)機(jī)進(jìn)行引風(fēng)，通過輸送管路收集到酸霧凈化塔內(nèi)進(jìn)行吸收凈化，最終通過煙囪排放到大氣。

酸霧凈化塔最初使用耐腐蝕材料砌筑或襯里的材質(zhì)，這種型式存在運(yùn)行不穩(wěn)定以及壽命短、不易維修等缺陷，所以后來隨著科技的發(fā)展被各類耐酸樹脂所取代。酸霧凈化塔底部為儲液槽，儲液槽內(nèi)一般通入水或氫氧化鈉溶液；中部為填料層，用于放置各類填料以增加HCL 氣體與水或氫氧化鈉溶液的接觸面積，從而達(dá)到提高吸收效率的目的，填料材質(zhì)一般為陶瓷、玻璃鋼或耐酸塑料等材質(zhì)，其中陶瓷填料存在重量大，對設(shè)備主體強(qiáng)度要求較高的缺陷；頂部為噴淋層，一般采用多孔或多噴嘴結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)存在吸收液流淌不均勻、噴嘴易堵塞、不便于維修清理等缺陷。酸霧的流向?yàn)樽韵轮辽?，吸收液為從上而下，兩者采用逆向方式以便于更好的接觸和吸收。酸霧凈化塔外部設(shè)有耐腐蝕循環(huán)泵，用于吸收液的循環(huán)噴淋，同時，凈化塔設(shè)有補(bǔ)水口和排水口，以便于吸收液的更換。

這種工藝由于酸霧凈化塔內(nèi)的吸收液酸濃度提高很快，所以不僅耗水量或耗堿量大，還會產(chǎn)生的大量的廢水，增加了水處理的費(fèi)用，同時，由于采用的吸收方式較為簡單，酸霧凈化效率比較低，造成了較為嚴(yán)重的大氣污染，而且隨著大量鹽酸隨著尾氣的流失，也提高了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

第二階段為2000 ～2008 年，隨著國家對大氣污染的逐漸重視，HCL 的排放標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越嚴(yán)，促使許多企業(yè)在酸霧凈化效率方面做出了改進(jìn)。

首先，是在酸霧凈化塔前設(shè)置了一臺氣液分離器，氣液分離器內(nèi)部一般采用折板式或填料填充等方式，使酸霧與水霧在進(jìn)入凈化塔之前首先在分離器內(nèi)更好的接觸吸收，同時使一部分霧氣以液滴的形式與剩余尾氣進(jìn)行分離，起到了尾氣的初步凈化和氣液分離的作用。也有一些企業(yè)在凈化塔前設(shè)置了一臺預(yù)處理裝置，采用清洗廢水進(jìn)行噴淋，對尾氣進(jìn)行初步的洗滌凈化，以上兩種設(shè)備都在一定程度上減輕了酸霧凈化塔的負(fù)荷，提高了整體的凈化效率。

其次，是在酸霧凈化塔的結(jié)構(gòu)上做出了改進(jìn)，開始采用文丘里噴嘴或螺旋噴嘴實(shí)現(xiàn)了吸收液的霧狀全覆蓋噴淋，增強(qiáng)了凈化塔的吸收效果，而且噴嘴不易堵塞。同時在凈化塔頂部增加了絲網(wǎng)除霧裝置，提高了凈化塔的除霧效果，減少了吸收液的流失。

后期又有一些企業(yè)為了進(jìn)一步的增強(qiáng)除霧及凈化效果，選擇在酸霧風(fēng)機(jī)的入口部位再設(shè)置一臺氣液分離器，以更大程度地降低煙囪排出的霧氣量。

這種工藝仍然需要很高的換水頻率，同時也會產(chǎn)生的大量的廢水需要處理，而且HCL 的排放數(shù)值只能勉強(qiáng)達(dá)到當(dāng)時的標(biāo)準(zhǔn)要求，稍有不慎就會超標(biāo)，仍然存在污染隱患，而且大量鹽酸隨著尾氣流失的問題未能解決。

第三階段為2009 年至今，隨著國家一些新的排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，以及地方更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，使得各酸洗企業(yè)對鹽酸尾氣的凈化處理極其重視，凈化工藝實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

本階段酸霧凈化技術(shù)的最大特點(diǎn)是使用了酸霧冷卻工藝。利用水蒸汽低溫冷凝以及HCL 氣體極易溶于水的特性，在酸霧凈化塔前設(shè)置一臺酸霧冷卻器，實(shí)現(xiàn)酸洗槽酸霧與清洗槽水霧的冷凝，并通過氣液分離器進(jìn)行氣液分離，使部分的HCL 氣體在進(jìn)入凈化塔之前被冷凝成液態(tài)的水霧吸收并予以收集再利用，降低了凈化塔的負(fù)荷，提高了凈化效果。

經(jīng)此工藝處理后的整體凈化效果有了比較大的提升，但是收集得到的冷凝酸濃度較低，一般在3%～5%，無法實(shí)現(xiàn)直接利用，所以后期將處理工藝進(jìn)一步做了改良。

將處理工藝調(diào)整為只針對酸洗槽產(chǎn)生的酸霧冷卻、回收、氣液分離收集，這樣收集到的冷凝酸濃度可以達(dá)到15%左右，可以直接進(jìn)行酸洗使用，真正地做到了鹽酸的回收再利用。

但是，還存在著由于酸洗槽產(chǎn)生的酸霧經(jīng)過酸霧冷卻器冷卻以及氣液分離器進(jìn)行分離后仍然有很多的HCL 氣體需要進(jìn)入酸霧凈化塔進(jìn)行凈化處理，從而使凈化塔內(nèi)酸濃度提高較快，進(jìn)而需要大量水的更換補(bǔ)充才能做到排放達(dá)標(biāo)的問題；另外，清洗槽內(nèi)的清洗水是帶有一定溫度的，這些熱量隨著水汽的溢出直接被帶入凈化塔，使得酸霧凈化塔內(nèi)的吸收液溫度逐漸升高，從而自身產(chǎn)生蒸汽，由于凈化塔內(nèi)的吸收液是用來吸收殘余的HCL 氣體，帶有一定酸性，所以產(chǎn)生的二次蒸汽造成了二次污染。為了解決此問題，現(xiàn)普遍采用提高凈化塔換水頻率來達(dá)到降低吸收液酸濃度和使吸收液降溫的目的。同時，由于冬季內(nèi)外溫差過大，進(jìn)而會產(chǎn)生煙囪排出大量水汽的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會出現(xiàn)煙囪附近下小雨（雪）的情況。隨著環(huán)保要求越來越高，甚至部分地區(qū)提出了“去白”的要求，使得酸霧凈化處理過程的水耗量越來越大、水處理成本越來越高。

3 酸霧凈化技術(shù)的研究

目前，凈化技術(shù)仍然存在的問題主要表現(xiàn)在鹽酸尾氣凈化處理后的排放數(shù)值不易達(dá)標(biāo)、水耗量大、HCL 流失嚴(yán)重、水處理量大、凈化塔自身溫升產(chǎn)生二次污染以及由于內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的煙囪排出大量水汽。針對這些問題，我們可以通過增加清洗槽水霧冷卻設(shè)備的方法實(shí)現(xiàn)水霧的二次利用以及減少凈化塔的溫升；通過改良?xì)庖悍蛛x器結(jié)構(gòu)的方法實(shí)現(xiàn)HCL 最大程度的回收利用；通過改良酸霧凈化塔結(jié)構(gòu)的方法，降低凈化塔換水頻率從而減少耗水量和水處理量，提高吸收凈化效率，并通過在凈化塔內(nèi)部設(shè)置冷卻裝置的方法阻止吸收液的溫升，避免產(chǎn)生二次酸氣污染，同時，改善由于冬季內(nèi)外溫差過大，進(jìn)而產(chǎn)生的煙囪排出大量水汽的問題；從設(shè)計上降低設(shè)備和維護(hù)成本，提高設(shè)備的穩(wěn)定性以及使用壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，越來越完善的酸霧凈化技術(shù)在酸洗行業(yè)的應(yīng)用不僅解決了大氣污染的問題，而且實(shí)現(xiàn)了能源的回收利用，同時節(jié)省了大量的人力和物力，充分地響應(yīng)了國家“節(jié)能減排”以及“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，對行業(yè)乃至于整個社會的長遠(yuǎn)健康發(fā)展起到了積極的不可替代的作用。