化工制藥工藝殘渣燃燒過程固氯分析

陶曉峰+++施長義

摘 要：化工殘渣中所含的有機氯在燃燒過程中基本上以氯化氫形式釋放，添加氧化鈣能有效地抑制氯化氫的生成，研究表明化工殘渣有較高的燃燒熱值，混入木屑及煤分別對化工殘渣的揮發份階段和碳固定燃燒階段起到明顯助燃效果，本文重點就化工制藥工藝殘渣燃燒過程固氯進行了分析和探討。

關鍵詞：化工制藥；工藝殘渣；過程固氯

近幾年，化工廠生產所殘留的化學物質對環境造成的影響越來越明顯，焚燒是處理化學殘留物質最直接的方式，不過這種處理方法對生態環境不利，且焚燒的熱量也無法得到合理利用。 現階段，人們已經發現，利用廢棄物，可對衍生燃料進行制備，一般而言，衍生燃料可以單獨燃燒，也可同其他燃料混合燃燒，除此之外，它還能夠氣化制氣，有利于氣體的運輸與保存。本文通過建立實驗，進而探討化工制藥工藝燃燒的具體過程。實驗中所取的樣品由某省的某化工廠提供，對物質進行減蒸工藝后，形成黑固體殘渣，殘渣呈現為半固體狀，這些黑色殘渣就是本次實驗中的樣品，對分析原料的組成及其生產工藝后，發現殘渣中包含大量有機氯化物，需要對樣品去水。試樣燃燒過程中，探究氯化氫溶度，根據P=（A-B）/A×100%計算經過燃燒后的灰渣熱灼減率。

一、試驗裝置及方法

試驗裝置采用固定床石英玻璃管，其長度與管徑參數為500mm、25mm，反應管中間安裝有高l0mm的耐高溫陶瓷芯片。試驗進行時將采集來的樣品放置于該芯片上，通過熱電偶溫控儀對其進行加熱，使用氫氧化鈉溶液吸收排放的氯化氫氣體.進而通過排放出的氯化氫的總量檢測固氯效果。首先，通過分析化工制藥原材料和生產工藝采集含有氯化物殘渣的氯化物樣品；其次，將0.59樣品進行去水處理后，放入溫度在105℃左右的恒溫箱進行干燥，5h后取出樣品將其研磨成細顆粒狀備用；最后將研磨后的樣品放入試驗裝置中進行加熱處理。加熱時會從樣品中釋放氯化氫氣體，被氫氧化鈉溶液吸收后使用離子色譜儀對試驗結果進行定量分析，然后計算釋放出的氯的量。

二、試驗結果分析

（一）吸收劑對固氯效果的影響

試驗中使用碳酸鈣，氧化鈣作為固氯的試劑，通過以下化學反應實現了固氯的效果。

2HCI+CaO→CaCl2+H2O （g） （1）

2HCI+CaCO3→CaCl2+CO2（g）+H2O（g） （2）

其中化學反應（1）是可逆反應，而且當溫度高于700℃時會發生化學反應CaC03→CaO+CO2，因此為了避免該反應對固氯效果判定的干擾試驗時將溫度保持在700℃以下。為了研究碳酸鈣，氧化鈣加入量對樣品釋放氯化氫量的影響.通過試驗對該項問題進行對比分析，通過記錄的試驗數據來看在同等試驗條件下碳酸鈣的固化效果沒有氧化鈣效果好，而且隨著固化劑量的增加，固化效果得到明顯增強，主要表現為氧化鈣與樣品質量之比為0.8時，固氯效果高達97%，碳酸鈣與樣品質量之比為2.0時，固氯效果為76%。之后隨著固化劑量的增加固化率保持平穩。

（二）溫度對固氯效果的影響

參考上述試驗氧化鈣、碳酸鈣與樣品質量比分別為0.8、2.0時具有較好固氯效果的事實，研究該條件下溫度對固氯效果的影響。試驗時保持100C/min的升溫速率，且空氣流速為每分鐘100mL，統計試驗結果可知當試驗溫度由550℃到650℃時，測量反應器中氯化氫的量非常小，說明此條件下碳酸鈣與氧化鈣的固氯效果較好。繼續提高實驗溫度至700℃時，對反應器中氯化氫濃度進行測量，發現此時氯化氫具有較高濃度，說明該溫度條件下固氯劑的固氯性能較差。造成這種結果出現的原因在于：固氯化學反應（1）是可逆反應，當試驗溫度達到700℃時.部分氯化鈣會重新分解為生產氯化氫。另外，試驗時發現當溫度升高到750℃時，樣品處于熔融狀態，使其與固氯劑結合在一起，不利用反應的有效進行。

（三）木屑對固氯效果的影響

試驗時為了增強樣品的可燃性與熱值，使用木屑作為試驗進行的助燃劑，分別按照氧化鈣：樣品：木屑=0.8：1：3（條件1）以及碳酸鈣：樣品：木屑=3：1：2（條件2）的條件進行研究。試驗條件同樣保持10℃每分鐘的速率，空氣流速為每分鐘100mL，統計試驗結果發現條件1的固氯效率為98%，條件2的固氯效率為78%。經儀器測定木屑在溫度340℃和450℃時分解程度達到峰值。而這兩個溫度并未達到樣品熱分解峰值溫度（樣品熱分解達到峰值的溫度為560℃，因此試驗加熱時木屑首先分解，而且分解過程產生的熱量時樣品的局部溫度得到提高，一定程度上促進了樣品的分解，雖然此時樣品的整體溫度并未提高，主要因為木屑放出的熱量促進了氣固吸收反應的發生。使用熱重分析儀對試驗混合物進行檢測，發現當試驗溫度達到560℃時木屑的存在使樣品的熱分解峰值變小，該試驗說明將木屑作為助燃劑加人.的確一定程度上促進了樣品的分解。

三、結束語

本次實驗中選擇木屑作為助燃劑， 它屬于固體廢氣物燃料，其熱值較高，幾乎是殘渣的兩倍，通過試驗統計結果分析，化工制藥工藝殘渣燃燒時含有的氯元素主要以氯化氫的形式釋放出來，而且隨著試驗溫度的增加氯化氫釋放速率明顯提高。在550℃溫度條件下，釋放達到最大值：試驗時加入氧化鈣或碳酸鈣能夠達到較好的固氯效果，不過在同等條件下碳酸鈣的固氯效果稍差。當氧化鈣與樣品質量之比為0.8時.固氯效率高達97%，而碳酸鈣與樣品質量之比為2時，固氯效率為76%，如果繼續增加固氯的量，固氯效率保持穩定：當試驗溫度超過650%時，固氯效果反而變差.主要因為固氯時發生的化學反應為可逆反應，溫度升高反而會重新生成氯化氫：同時向樣品中添加木屑一定程度提高固氯效果。

參考文獻：

[1]王兢.工業固體廢棄物加固氯鹽漬土的試驗研究[J].中外公路，2013.

[2]吳麗萍.可燃固廢復合燃料的固硫固氯效果[J].環境工程學報，2014.