胡 錦 畢一峰

(寧波巨化化工科技有限公司)

裝置主反應(yīng)的副產(chǎn)物氯化氫尾氣在裝置內(nèi)無(wú)回收利用價(jià)值，因此采用膜吸系統(tǒng)將氯化氫制成鹽酸作副產(chǎn)銷售。膜吸系統(tǒng)主要流程是：通過膜吸塔用工業(yè)水將大量的氯化氫進(jìn)行膜式吸收制成副產(chǎn)鹽酸，利用頂部加水量和氯化氫進(jìn)料量串級(jí)操作系統(tǒng)控制鹽酸濃度；再利用工業(yè)水在尾氣吸收器內(nèi)將膜吸塔吸收后剩余的少量氯化氫二次吸收。尾氣吸收器既是裝置廢氣排放控制的關(guān)鍵設(shè)備，也是膜吸系統(tǒng)壓力控制的關(guān)鍵設(shè)備，其工作壓力約為0.03MPa(有時(shí)為負(fù)壓)，工作溫度為50～85℃，工作介質(zhì)為水、氯化氫、稀鹽酸、微量游離氯和微量強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑。在含有強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑又存在負(fù)壓風(fēng)險(xiǎn)的工況下，尾氣吸收器材料選用成為一個(gè)難題。

1 材料選擇

普通膜吸系統(tǒng)的尾氣吸收器通常采用浸漬石墨材料的膜式吸收器或者襯里材料為CS/PO、CS/PE和CS/PTFE的填料塔。尾氣吸收器通常采用CS/PO就可以很好地滿足工藝生產(chǎn)的需要，但在含有強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑又存在負(fù)壓風(fēng)險(xiǎn)的工況下，CS/PO的尾氣吸收器運(yùn)行兩個(gè)月后就出現(xiàn)襯里溶脹穿孔、鹽酸泄漏的現(xiàn)象。經(jīng)改造后采用石墨材料制成的尾氣吸收器，但運(yùn)行半年后尾氣吸收器筒壁出現(xiàn)樹脂粉化以及內(nèi)部部件填料支撐圈、液體分布器嚴(yán)重粉化導(dǎo)致脫落的問題，使尾氣吸收器不能正常運(yùn)行，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。筆者與其他工程技術(shù)人員經(jīng)過分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)其他設(shè)備制作商的經(jīng)驗(yàn)，采用了膜壓燒結(jié)形式的CS/PTFE尾氣吸收器，自主設(shè)計(jì)改造了尾氣吸收器筒壁材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、PTFE包覆的支撐圈、PTFE柵板和管式PTFE液體分布器。經(jīng)過3年的運(yùn)行，尾氣吸收器內(nèi)襯完好，運(yùn)行性能穩(wěn)定。

2 原材料缺陷分析

膜吸系統(tǒng)尾氣吸收器材料通常采用CS/PO，在鹽酸中含有微量強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑的情況下，設(shè)備襯層容易溶脹脫落，極易出現(xiàn)泄漏，其主要原因有：CS/PO材料的尾氣吸收器在含有強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑的工況下使用時(shí)，PO襯層會(huì)與強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑相溶，出現(xiàn)溶脹失效現(xiàn)象；PO襯層在50～85℃下運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生軟化，失去原有的物理和化學(xué)性能。

CS/PO尾氣吸收器襯層溶脹脫落會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生泄漏，污染環(huán)境的同時(shí)嚴(yán)重影響穩(wěn)定生產(chǎn)。將尾氣吸收器的筒壁、分布器及填料支撐板等的材料均改為石墨，設(shè)備運(yùn)行6個(gè)月后，未發(fā)生任何泄漏現(xiàn)象，但筒壁出現(xiàn)石墨粉化脫落、內(nèi)部部件填料支撐圈及液體分布器等嚴(yán)重粉化及尾氣吸收器不能很好地吸收氯化氫尾氣等問題，無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。其失效的主要原因是：石墨設(shè)備的零部件是由石墨粉與樹脂混合燒結(jié)等加工工藝制作而成，氯化氫中的強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑與樹脂相溶，使起粘合作用的樹脂改性，導(dǎo)致樹脂失效。石墨內(nèi)件出現(xiàn)粉化現(xiàn)象并長(zhǎng)時(shí)間粉化后，使分布器及填料支撐板等部件坍塌，起不到分布液體及支撐等作用。

3 材料改進(jìn)優(yōu)化改造

根據(jù)尾氣吸收器使用工況和現(xiàn)有尾氣吸收器使用過程中的檢修情況，筆者與相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)提出了以下改進(jìn)方案。

3.1 筒壁材料更改為背覆活化板襯式

CS/PTFE材料對(duì)強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑和鹽酸都有很好的抗腐蝕性，但在有微負(fù)壓的工況下則不能滿足所有的制作工藝要求。CS/PTFE現(xiàn)有的耐負(fù)壓制作工藝主要有膜壓燒結(jié)式、含鋼絲網(wǎng)粘接式、倒釘燒結(jié)式和背覆活化板粘接式。經(jīng)過膜壓燒結(jié)式、含鋼絲網(wǎng)粘接式和倒釘燒結(jié)式制作的CS/PTFE能抵抗設(shè)備運(yùn)行中的負(fù)壓，但制作工藝復(fù)雜，且生產(chǎn)廠家很少，價(jià)格較貴，交貨期長(zhǎng)，故不考慮這3個(gè)方案。背覆活化板粘接式制作工藝是將經(jīng)過活化(脂化)處理的PTFE板材與碳鋼筒內(nèi)壁利用特質(zhì)膠水粘接，PTFE貼板與背覆活化板之間的縫隙用PFA焊條焊接，背覆活化板焊縫采用復(fù)合板焊接接頭設(shè)計(jì)(圖1)。背覆活化板粘接式制作工藝簡(jiǎn)單，耐負(fù)壓能力雖稍低但制造成本低，經(jīng)工藝評(píng)定能夠滿足使用工況。綜合評(píng)估性價(jià)比后，筆者采用了此種制作工藝的襯里方式。

圖1 背覆活化板焊接接頭示意圖

3.2 主要部件的改造

尾氣吸收器是一臺(tái)填料塔，液體分布器和填料支撐板在該設(shè)備中起液體分布和支撐的作用，而在工作介質(zhì)為水、氯化氫、稀鹽酸、微量游離氯和微量強(qiáng)溶解性有機(jī)溶劑的惡劣工況下，筆者結(jié)合使用實(shí)踐際，選用了適合該工況的PTFE材料分布器和支撐板。

原液體分布器為升氣管式分布器，改進(jìn)后，PTFE材料的板材和管材采用螺紋連接方式，改進(jìn)后的液體分布器如圖2所示，其優(yōu)點(diǎn)是液體分布均勻，而且可以在線調(diào)整各個(gè)液體溢流管和升氣管的高度，使吸收器的吸收效果達(dá)到最佳[1]。

圖2 改進(jìn)后的液體分布器簡(jiǎn)圖

填料支撐板原為柵板結(jié)構(gòu)，但PTFE材料的流動(dòng)性較差，無(wú)法制作。筆者采用30mm厚的純PTFE板打孔結(jié)構(gòu)替代原來(lái)的柵板結(jié)構(gòu)。PTFE填料支撐板雖能抵抗物料的腐蝕，但其強(qiáng)度不夠，運(yùn)行3個(gè)月后，填料支撐板嚴(yán)重變形。經(jīng)與廠家交流和反復(fù)論證后，決定填料支撐板結(jié)構(gòu)采用柵板式與孔板組合體(圖3)。柵板材料采用CS/PFA，PFA較PTFE具有流動(dòng)性好、抗腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高和制造加工難度不大的優(yōu)點(diǎn)，且CS/PFA的質(zhì)量有保障。為了確保小尺寸填料不會(huì)掉落，在柵板頂部增加一層10mm厚的PTFE孔板[2]。

a. CS/PFA支撐柵板

b. PTFE多孔板

有機(jī)鹽酸膜吸系統(tǒng)尾氣吸收器的材料、液體分布器和填料支撐板結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，設(shè)備運(yùn)行1年拆檢內(nèi)部情況較好，筒壁沒有出現(xiàn)鼓包、腐蝕、溶脹的現(xiàn)象，氯化氫尾氣吸收器吸收效果較好，生產(chǎn)能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。截至目前已使用3年且未出現(xiàn)故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過筆者和公司其他技術(shù)人員的努力，針對(duì)有機(jī)酸尾氣吸收器的改造是成功的，這也解決了其他酸堿惡劣工況下填料吸收器設(shè)計(jì)制作的問題。在強(qiáng)酸、有機(jī)酸和其他惡劣工況的應(yīng)用有很好的借鑒、推廣意義，在工程應(yīng)用上是一個(gè)值得推廣的案例。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷俊，李剛.尾氣吸收填料塔的液體分布器[P] .中國(guó)：ZL201120044727，2012-01-11.

[2] 雷俊，李剛.填料塔的填料支撐裝置[P] .中國(guó)：ZL2011200447248，2011-10-05.