一种废氯气的处理方法

摘要

本发明公开了一种废氯气的处理方法，利用铁粉等性质类似的金属或非金属还原性物质，或含有此类物质的混合物，在固体形态下吸收废氯气。可以是铁粉或含有铁粉的混合固体，在一定温度下固体与混合气体中的废氯气、氧气等氧化性气体发生氧化还原反应，氯气被吸收。通过此方法进行废氯气的处理，使废氯气得到充分利用，制成了氯化铁和氧化铁产品创造了经济效益；减少或避免了使用成本高的碱性液态试剂吸收氯气后排放造成的污染；生产出来的氯化铁、氧化铁产品达到国家一级和二级产品要求。本发明所述方法科学合理；能够有效处理废氯气；有利于减少氯气向环境中的排放。

权利要求

1.一种废氯气的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)吸收氯气等气体的原料以连续加入的方式均匀持续地加入到以由上到下10°～35°角倾斜的反应室中，原料由上端加入，废氯气由下端进入；反应室由耐热800℃以上且耐氯气腐蚀的材料制成；

(2)在反应室上加装振动器，使反应室发生可控的一定频率的小幅振动，反应室底面上设置一定密度的细长条状或点状凸起，使加入到反应室中的铁粉由上到下流动时自动平铺并不断翻滚；

(3)原料加入速度使反应室的底面上至少三分之二的面积布满原料；

(4)反应室外壁四周设置有一定磁场强度的永磁铁或电磁铁，使原料在磁场的作用下吸附到反应室内壁四周，增大原料与通过的废氯气之间的接触面积，同时在磁场的作用下固定原料，不使原料飞扬起来；

(5)此反应过程是放热过程，反应物浓度和反应速度决定了整个体系的温度，当温度过高时，可通过引入排气口放出的不参与反应的气体稀释气体中反应物浓度方式来控制；当反应体系温度过低不能持续反应时可通过电磁感应、微波辐射或电热的方式提供能量给体系加热，使体系温度范围在350℃至500℃之间可控；

(6)氯气浓度越高，反应启动温度越低：氯气浓度高达到90％以上时，启动反应的入口处温度需要60℃以上；氯气浓度低至不足1％时，入口处温度需要控制在380℃；根据氯气的不同浓度控制反应启动温度；

(7)控制废氯气流入速度，使氯气与原料充分反应，又不使原料飞扬，气体流速不高于

4m/m2·s；

(8)控制反应室温度380～500℃，这样可使产物氯化物保持气态从上口流出，流出的氯化物气体进入冷却沉降分离器，冷却至温度100～200℃，收集氯化物后制成粉体产品，温度

100～200℃的分离后气体可能还含有极微量的氯气，经末端处理段吸收后外排；

(9)混合气体中的氧气也与原料反应生成氧化物固体，在持续加入的原料推动下从反应室最低端的出口排出，制成氧化物粉体产品；

(10)反应结束后产物中可能含有未完全反应的原料，通过磁选的方法分离，提高产物氯化物、氧化物的品质；

(11)反应室的末端处理段保持温度100～200℃，分离后气体经吸收处理后外排；

(12)反应系统内可以根据需要上下叠加放置多个反应室，整个废氯气处理系统前后设备的连接保持密闭。

2.根据权利要求1所述的一种废氯气的处理方法，其特征在于，所述原料是铁粉或含有铁粉的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种废氯气的处理方法，其特征在于，所述反应室的末端处理段是由粒度在20～60目的铁粉组构成的筛状墙。

说明书

一种废氯气的处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于化工及冶金行业废氯气处理领域，具体涉及一种废氯气处理的方法。

背景技术

[0002] 氯气是一种有毒气体，它主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成损伤：次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L空气中最多可允许含氯气0.001mg，超过这个量就会引起人体中毒。自然界中游离状态的氯存在于大气层中，是破坏臭氧层的主要单质之一。氯气对人体和环境有诸多害处。

[0003] 化工及金属冶炼生产中产出的废氯气是对环境产生巨大危害的废气，处理成本高，不产生经济效，还造成环境污染，危害社会。

[0004] 在过去几十年的废氯气处理中，因为废氯气中氯气含量低、含量大幅波动、混合有水蒸汽等多种因素的影响，处理方式基本就是采用碱性物质的溶液进行吸收后排放，例如氢氧化钠溶液、氧化镁溶液、混有铁粉的水溶液等，处理成本高、产生的废液污染环境、废氯气吸收不完全。

发明内容

[0005] 为解决以上现有难题，本发明公开了一种废氯气的处理方法，包括如下步骤：

[0006] (1)吸收氯气等气体的原料以连续加入的方式均匀持续地加入到以由上到下10°～35°角倾斜的反应室中，原料由上端加入，废氯气由下端进入；反应室由耐热800℃以上且耐氯气腐蚀的材料制成；

[0007] (2)在反应室上加装振动器，使反应室发生可控的一定频率的小幅振动，反应室底面上设置一定密度的细长条状或点状凸起，使加入到反应室中的铁粉由上到下流动时自动平铺并不断翻滚；

[0008] (3)原料加入速度使反应室的底面上至少三分之二的面积布满原料；

[0009] (4)反应室外壁四周设置有一定磁场强度的永磁铁或电磁铁，使原料在磁场的作用下吸附到反应室内壁四周，增大原料与通过的废氯气之间的接触面积，同时在磁场的作用下固定原料，不使原料飞扬起来；

[0010] (5)此反应过程是放热过程，反应物浓度和反应速度决定了整个体系的温度，当温度过高时，可通过引入排气口放出的不参与反应的气体稀释气体中反应物浓度方式来控制；当反应体系温度过低不能持续反应时可通过电磁感应、微波辐射或电热的方式提供能量给体系加热，使体系温度范围在350℃至500℃之间可控；

[0011] (6)氯气浓度越高，反应启动温度越低：氯气浓度高达到90％以上时，启动反应的入口处温度需要60℃以上；氯气浓度低至不足1％时，入口处温度需要控制在380℃；根据氯气的不同浓度控制反应启动温度；

[0012] (7)控制废氯气流入速度，使氯气与原料充分反应，又不使原料飞扬，气体流速不高于4m/m2·s；

[0013] (8)控制反应室温度380～500℃，这样可使产物氯化物保持气态从上口流出，流出的氯化物气体进入冷却沉降分离器，冷却至温度100～200℃，收集氯化物后制成粉体产品，温度100～200℃的分离后气体可能还含有极微量的氯气，经末端处理段吸收后外排；

[0014] (9)混合气体中的氧气也与原料反应生成氧化物固体，在持续加入的原料推动下从反应室最低端的出口排出，制成氧化物粉体产品；

[0015] (10)反应结束后产物中可能含有未完全反应的原料，通过磁选的方法分离，提高产物氯化物、氧化物的品质；

[0016] (11)反应室的末端处理段保持温度100～200℃，分离后气体经吸收处理后外排。

[0017] (12)反应系统内可以根据需要上下叠加放置多个反应室，整个废氯气处理系统前后设备的连接保持密闭。

[0018] 所述原料是铁粉、或含有铁粉的混合物。

[0019] 所述反应系统的末端处理段是由粒度在20～60目的铁粉组构成的筛状墙。

[0020] 此发明的原理：利用铁粉，或含有铁粉的混合物，在固体形态下吸收废氯气。铁粉或含有铁粉的混合固体，在一定温度下固体与混合气体中的废氯气、氧气等氧化性气体发生氧化还原反应，氯气被吸收。

[0021] 有益效果：通过此方法进行废氯气的处理，使废氯气得到充分利用，制成了氯化铁和氧化铁产品创造了经济效益；减少或避免了使用成本高的碱性液态试剂吸收氯气后排放造成的污染；通过此方法处理废氯气后外排的气体含氯量可降至10mg/m3以下；生产出来的氯化铁、氧化铁产品达到国家一级和二级产品要求。本发明所述方法科学合理；能够有效处理废氯气；有利于减少氯气向环境中的排放。

具体实施方式

[0022] 结合实施例，对本发明做进一步详细说明。

[0023] 实施例1

[0024] 一种废氯气处理的方法，包括如下步骤：

[0025] 1)废氯气与铁粉在反应膛中逆流接触，一定温度下发生反应，生成氯化铁，氯气被吸收；

[0026] 2)反应膛内部空间的高度0.05～0.5米、横截面积0.1～2平方米、长度1～20米的长方体结构，反应膛使用耐热800℃和耐氯气腐蚀的材料制成；

[0027] 3)反应膛放置方式：与水平面成10°～35°角倾斜放置，铁粉从上端加入，废氯气从下端进入；

[0028] 4)反应膛外壁四周放置永磁铁或可控电磁铁，使铁粉尽可能布满反应膛内壁，增大铁粉与通过的废氯气之间的接触面积，同时不易被吹散；

[0029] 5)铁粉以连续加入的方式均匀持续地加入，可以使废氯气处理系统连续运行；

[0030] 6)加装振动器，使反应膛发生可控的一定频率的小幅振动，反应膛底面上设置一定密度的细长条状或点状凸起，使加入到反应膛中的铁粉由上到下流动时自动平铺并不断翻滚；

[0031] 7)此反应过程是放热过程，反应物浓度和反应速度决定了整个体系的温度，当温度过高时，可通过引入排气口放出的不参与反应的气体稀释气体中反应物浓度方式来控制；当反应体系温度过低不能持续反应时可通过电磁感应、微波辐射或电热的方式提供能量给体系加热，使体系温度范围在320℃至500℃之间可控；

[0032] 8)氯气浓度越高，反应启动温度越低：氯气浓度高达到90％以上时，启动反应的入口处温度需要60℃以上；氯气浓度低至不足1％时，入口处温度需要控制在320℃；根据氯气的不同浓度控制反应启动温度；

[0033] 9)控制废氯气流入速度，使氯气与铁粉充分反应，又不使铁粉飞扬，气体流速不高于4m/m2·s；

[0034] 10)控制反应膛温度320～500℃，产物氯化铁保持气态从上口流出，流出的氯化铁气体进入冷却沉降分离器，冷却至温度100～200℃，收集氯化铁后制成粉体产品；温度100～200℃的分离后气体可能还含有极微量的氯气，经末端处理段吸收后外排；

[0035] 11)系统的末端处理段：由玻璃丝布卡紧管道内壁形成一堵墙，相隔一定距离的两堵墙之间固定一定量粒度在20～60目的铁粉，在管道内构成的像筛子一样的墙，加热铁粉至180±20℃，分离后气体流经此铁粉，未被完全吸收的微量氯气经过再次吸收处理后外排，一定情况下可以并联或串联多组末端处理段；

[0036] 12)混合气体中的氧气也与铁粉反应生成铁氧化物固体，在持续加入的铁粉推动下从反应膛最低端的出口排出，制成氧化铁粉体产品；

[0037] 13)生成的氯化铁、氧化铁中可能含有未完全反应的铁粉，通过磁选的方法分离，提高氯化铁、氧化铁的品质；

[0038] 反应腔体内可以根据需要上下叠加放置多个反应膛，整个废氯气处理系统前后设备的连接保持密闭。

[0039] 实施例2

[0040] 工艺技术实验验证：

[0041] 用固态铁粉吸收实验室化学法产出的氯气生产高纯度的氯化铁。

[0042] 氯气制法：浓盐酸与二氧化锰在圆底烧瓶中反应，生成的氯气通过导管导入铁粉吸收管中进行处理。

[0043] 还原铁粉：分析纯，有效成份不低于98％；粒度-80目。

[0044] 实验处理氯气工艺步骤：

[0045] 1)取还原铁粉20g，放在直径25mm长300mm的两头开口的石英管中部平铺开，将石英管水平固定在铁架台上，平铺开的铁粉靠近氯气流入的一侧下方放置酒精灯可进行加热，铁粉处有热电偶探头测量温度；

[0046] 2)使用实验室制氯气的发生器，加好浓盐酸和二氧化锰，准备制氯气；

[0047] 3)氯气流动方向用胶塞和导管引出导入到石英管一端，另一端连接水流冷凝器，冷凝器出口再连接尾气吸收装置；

[0048] 4)点燃酒精灯加热铁粉，温度达到150℃时停止加热并开启氯气发生器，产生的氯气经导管到铁粉处，与铁粉剧烈反应，反应放热，铁粉处温度以每秒钟2℃的速度迅速升高至375℃并持续升高至489℃，生成棕黄色的氯化铁蒸气进入冷凝器降温后沉降；

[0049] 5)当温度到达490℃时关闭氯气发生器，此时铁粉处继续发生反应，温度升至约510℃后不再升高；

[0050] 6)静置降温至室温，取出沉降的氯化铁，化验分析其纯度达到98.4％，含有水份0.9％，氯化铁质量达到GB/T1621-2008标准中一等品品质。

[0051] 7)尾气吸收装置中的碱液成份经化验分析没有发生变化，此证明氯气基本被氯化铁吸收。

[0052] 实施例3

[0053] 模拟工业上电解产生的氯气实际情况进行实验验证：

[0054] 工业上产出的废氯气：浓度不够高，一般只有约20％～60％；废氯气从一定温度的溶液中产出，废氯气含蒸汽量大；其它随蒸汽进入的微量杂质。验证时使用氯气与空气的混合气体，氯气体积分数60％，开始反应时让混合废氯气从pH值为0.5、温度65℃、镍离子浓度为50g/L的氯化镍溶液中通过，再去废氯气处理系统。

[0055] 还原铁粉：分析纯，有效成份不低于98％；粒度-80目。

[0056] 实验处理废氯气工艺步骤：

[0057] 1)取还原铁粉300g，放在直径40mm长400mm的两头开口的石英管中部平铺开，将石英管水平固定在铁架台上，平铺开的铁粉靠近废氯气流入的一侧下方放置酒精灯可进行加热，酒精灯位置对应的铁粉处有热电偶探头测量温度，其它位置放置两块磁铁用来固定铁粉；

[0058] 2)废氯气通过气泵向前输送，废氯气先流经浓硫酸循环喷淋的干燥装置，再通过导管流入到石英管一端，另一端连接水流冷凝器，冷凝器出口连接尾气吸收装置，尾气吸收使用OH-浓度1.25mol/L的氢氧化钠溶液3L进行吸收；

[0059] 3)点燃酒精灯加热铁粉，温度达到200℃时停止加热并开启废氯气输送泵，废氯气以5L/min的速度经干燥装置后流向200℃的铁粉，废氯气中的氯气和氧气与铁粉反应，反应放热，铁粉处温度迅速升高至325℃并持续升高至约480℃后温度以480℃为中心上下10℃左右波动，生成棕黄色的氯化铁蒸气进入冷凝器降温后沉降；

[0060] 5)当石英管内铁粉量大幅减少、温度从490℃逐渐下降不再升高、生成棕黄色的氯化铁蒸气减慢时，关闭废氯气输送泵，停止反应降至室温；

[0061] 6)取出沉降的氯化铁固体，化验分析其纯度达到99.2％，含有水份0.2％，氯化铁质量达到GB/T1621-2008标准中一等品品质；

[0062] 7)尾气吸收装置中氢氧化钠溶液OH-浓度由1.25mol/L降低至1.07mol/L，这说明反应器管径的增大降低了铁粉吸收废氯气的效率；

[0063] 8)管中还有被氧气氧化的铁的氧化物，此氧化物取出后用强磁铁分离没有反应完的铁粉，得到纯铁粉27g，铁的氧化物43g。

[0064] 实施例4

[0065] 模拟电解产生的氯气实际情况和废氯气处理系统连续运行进行实验验证：

[0066] 工业上产出的废氯气：浓度不够高，一般只有约20％～60％；废氯气从一定温度的溶液中产出，废氯气含蒸汽量大；其它随蒸汽进入的微量杂质。验证时使用氯气与空气的混合气体，氯气体积分数60％，开始反应时让混合废氯气从pH值为0.5、温度65℃、镍离子浓度为50g/L的氯化镍溶液中通过，再去废氯气处理系统。

[0067] 还原铁粉：分析纯，有效成份不低于98％；粒度-80目。

[0068] 废氯气处理系统连续运行工艺步骤：

[0069] 1)直径40mm长500mm的石英管，一端管口设置铁粉进口和氯化铁气体出口，另一端管口设置废氯气进口和固体产物出口；

[0070] 2)四个进出口分别连接废氯气流入管、氯化铁蒸气及未反应气体导出管、铁粉自动给入设备、固体产物接收处理设备，反应膛外部安装振动发生器，反应膛放置方式与水平面向下倾斜10度角放置，其它配套系统正常连接后，废氯气处理系统可以连续运行；

[0071] 3)反应膛四周除给铁粉预热位置外固定上磁铁，使铁粉尽可能分布满反应膛内壁并被固定不易被吹飞扬；

[0072] 4)启动废氯气处理系统，铁粉加入速度18g/min，当加入的铁粉布满反应膛、预热位置的铁粉达到反应温度200℃时，开启输送泵通入废氯气，废氯气泵入速度10L/min，废氯气经脱水装置后进入反应膛，氯气、氧气与铁粉反应放热，控制废氯气流速、不参与反应的气体补入量等方式控制反应膛内部温度范围在320～500℃，在各环节稳定运行下达到连续处理废氯气的运行状态；

[0073] 5)废氯气经反应膛反应后冷凝至180±20℃沉降分离氯化铁，分离后的气体温度保持180±20℃通过废氯气处理系统的末端处理段，分离后的气体内还含有的微量氯气经彻底吸收后外排；

[0074] 6)从反应膛排出的固体产物，用磁铁分离的方法取出未反应完全的铁粉，返回自动添加铁粉设备；

[0075] 7)沉降出的氯化铁有效成份含量大于98％，氧化铁有效成份大于95％；

[0076] 8)废氯气处理系统各设备正常工作情况下连续运行。

[0077] 实施例5

[0078] 模拟电解产生的氯气实际情况和废氯气处理系统连续运行进行实验验证：

[0079] 工业上产出的废氯气：浓度不够高，一般只有约20％～60％；废氯气从一定温度的溶液中产出，废氯气含蒸汽量大；其它随蒸汽进入的微量杂质。

[0080] 验证时使用氯气与空气的混合气体，氯气体积分数20％，开始反应时让混合废氯气从pH值为0.5、温度65℃、镍离子浓度为50g/L的氯化镍溶液中通过，再去废氯气处理系统。

[0081] 还原铁粉：分析纯，有效成份不低于98％；粒度-80目。

[0082] 废氯气处理系统连续运行工艺步骤：

[0083] 1)直径40mm长500mm的石英管，一端管口设置铁粉进口和氯化铁气体出口，另一端管口设置废氯气进口和固体产物出口；

[0084] 2)四个进出口分别连接废氯气流入管、氯化铁蒸气及未反应气体导出管、铁粉自动给入设备、固体产物接收处理设备，反应膛外部安装振动发生器，反应膛放置方式与水平面向下倾斜10度角放置，其它配套系统正常连接后，废氯气处理系统可以连续运行；

[0085] 3)反应膛四周除给铁粉预热位置外固定上磁铁，使铁粉尽可能分布满反应膛内壁并被固定不易被吹飞扬；

[0086] 4)启动废氯气处理系统，当加入的铁粉布满反应膛、预热位置的铁粉达到反应温度300℃时，开启废氯气输送泵通入废氯气，废氯气经脱水装置后进入反应膛，氯气、氧气与铁粉反应放热，因氯气含量较低，反应热维持体系320℃的条件，温度再低时补充外部热量保持体系温度在320℃以上，使在各环节稳定运行下达到连续处理废氯气的运行状态；

[0087] 5)废氯气经反应膛反应后冷凝至180±20℃沉降分离氯化铁，分离后的气体温度保持180±20℃通过废氯气处理系统的末端处理段，分离后的气体内还含有的微量氯气经彻底吸收后外排；

[0088] 6)从反应膛排出的固体产物，用磁铁分离的方法取出未反应完全的铁粉，返回自动添加铁粉设备；

[0089] 7)沉降出的氯化铁有效成份含量大于98％，经分离铁粉后的氧化铁有效成份大于95％。

[0090] 8)废氯气处理系统各设备正常工作情况下连续运行。

[0091] 实施例6

[0092] 使用含铜、铁、铅、锌、钴、镍、金、铂等金属元素的阳极泥或类似原料进行废氯气的处理验证：

[0093] 工业上产出的废氯气：氯气体积比15％。

[0094] 阳极泥：经干燥和粉碎后粒度-80目；还原性金属成份约43％。

[0095] 废氯气处理系统连续运行工艺步骤：

[0096] 1)直径40mm长500mm的石英管，一端管口设置还原性粉末进口和气体产物出口，另一端管口设置废氯气进口和固体产物出口；

[0097] 2)四个进出口分别连接废氯气流入管、气体产物导出管、阳极泥粉末加入设备、固体产物接收处理设备，反应膛外部安装振动发生器，反应膛放置方式与水平面向下倾斜10度角放置，其它配套系统正常连接后，废氯气处理系统可以连续运行；

[0098] 3)用1)和2)所述的两组设备并联，连续运行过程中一组故障停机处理则使用另一组，或两组同时使用提高处理速度；

[0099] 4)启动废氯气处理系统，当加入的阳极泥粉末布满反应膛底部、预热位置达到反应温度450℃时，开启废氯气输送泵通入废氯气，废氯气经脱水装置后进入反应膛，氯气、氧气与阳极泥粉末反应放热，氯气浓度低，启动反应膛外部加热设备供热，使反应膛维持450℃的反应条件；

[0100] 5)废氯气经反应膛反应后流过冷凝沉降装置，温度降至150±20℃，沉降并过滤出产物中的金属氯化物或氧化物等成分，分离后的气体温度保持150±20℃通过废氯气处理系统的末端处理段，分离后的气体内还含有的微量氯气经彻底吸收后外排；

[0101] 6)沉降出的金属氯化物氧化物等物质混合在一起的固体混合物，是生产过程待分离的中间产物，由相关生产系统继续处理。

[0102] 7)两组并联的废氯气处理系统使废氯气的处理能长期连续运行。

[0103] 上述具体实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。