鄧芝強(qiáng)

（南通貝思特石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226011）

鹽酸解析工藝路線的比較

鄧芝強(qiáng)

（南通貝思特石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226011）

介紹了不同鹽酸解析工藝路線的原理、經(jīng)濟(jì)性比較和運(yùn)行情況。

鹽酸解析；原理；路線；經(jīng)濟(jì)性

氯化氫氣體是在農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、有機(jī)合成等工業(yè)中最常見的尾氣和副產(chǎn)物。這些副產(chǎn)氯化氫氣體由于含有未反應(yīng)原料、副產(chǎn)物等雜質(zhì)，直接利用受到了限制，如制成鹽酸，不但價(jià)格低而且銷售困難，稀鹽酸的銷售則更加困難，制約了生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行。部分企業(yè)甚至被迫采用中和排放等手段維持生產(chǎn)，在環(huán)境污染的同時(shí)也造成了資源浪費(fèi)。因此，有效地精制和利用副產(chǎn)氯化氫氣體不但關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也關(guān)系到環(huán)境保護(hù)。

利用副產(chǎn)鹽酸解析制取氯化氫，回用到生產(chǎn)裝置，不但可使副產(chǎn)鹽酸得到資源化利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，而且可以有效地降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，應(yīng)用比較成熟的鹽酸解析工藝主要有濃鹽酸常規(guī)解析、濃鹽酸一步零解析、稀酸萃取精餾和變壓精餾壓差法等。

1 濃鹽酸常規(guī)解析工藝

1.1 原理

鹽酸解析是吸收氯化氫的逆過程，利用氯化氫在水中的溶解度隨溫度的升高而降低的原理，從濃鹽酸中將氯化氫氣體解析出來。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，恒沸酸中HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.24%，因此，可以采用精餾操作將HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于20.24%的鹽酸解析制取氯化氫。

1.2 流程簡(jiǎn)述

工藝流程示意圖見圖1。將氯化氫吸收裝置來的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為33%鹽酸用泵經(jīng)過雙效換熱器預(yù)熱后送至解析塔，經(jīng)過再沸器加熱后，氯化氫和水在解析塔底以接近其共沸的濃度沸騰，高濃度的氯化氫蒸氣在解析塔內(nèi)上升，并與塔頂噴淋而下的濃鹽酸進(jìn)行充分的熱交換，使氯化氫從濃鹽酸中解析而脫出。出塔后的氯化氫氣體經(jīng)過一級(jí)冷凝器先用循環(huán)水冷卻到40℃，去除其中大部分的水蒸氣，再經(jīng)過二級(jí)冷凝器用冷凍鹽水進(jìn)行冷凍脫水，除去殘留的水蒸氣，最后，經(jīng)過除霧器確保大部分夾帶出來的細(xì)小水霧滴和冷凝液被分離出來。分離下來的冷凝酸和前2個(gè)熱交換器的冷凝酸一起回流到解析塔頂部，一定壓力（30~200 kPa）的氯化氫氣體（含量99.99%）出解析系統(tǒng)去后序工序。

從脫析塔底部出來的鹽酸是HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.4%～20.5%的共沸混合物，經(jīng)雙效換熱器冷卻、循環(huán)水冷卻器冷卻后重新進(jìn)入氯化氫吸收裝置循環(huán)吸收。

2 稀鹽酸解析

2.1 萃取精餾

2.1.1 原理

萃取精餾是利用外加破沸劑改變HCl-H2O體系中HCl的相對(duì)揮發(fā)度，消除恒沸點(diǎn)，使氯化氫在質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的條件下進(jìn)一步解析出來，從而大大提高鹽酸中氯化氫的解析率。目前比較常用的萃取劑有氯化鈣、硫酸等。

2.1.2 流程簡(jiǎn)述

2.1.2.1 加鹽萃取精餾

工藝流程示意圖見圖2。加入氯化鈣后能顯著提高氯化氫的揮發(fā)性，目前，工業(yè)化應(yīng)用的加鹽萃取精餾主要是氯化鈣法。由于添加了氯化鈣，腐蝕加劇，而且氯化鈣易結(jié)晶，設(shè)備易結(jié)垢，氯化鈣法對(duì)溫度等操作條件要求較嚴(yán)格，密封需進(jìn)行特殊處理。

進(jìn)料酸在進(jìn)解析塔之前，通過冷凝水預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱后與高溫循環(huán)泵輸送來的來自閃蒸罐/液位罐的氯化鈣溶液混合，進(jìn)入解析塔。在解析塔底設(shè)1臺(tái)解析塔再沸器，流體在解析塔中通過填料和內(nèi)件發(fā)生高效傳質(zhì)過程并向下流動(dòng)，氣體被蒸餾分離并向上流動(dòng)。在這個(gè)操作過程中，HCl氣體從鹽酸與氯化鈣溶液中被提取。

汽提出的HCl氣體首先進(jìn)入一級(jí)冷凝器，在一級(jí)冷凝器中，大部分夾帶的水被冷凝。含氯化氫的冷凝液回流到解析塔頂部。被初步除水后的氯化氫氣體進(jìn)入二級(jí)冷凝器，二級(jí)冷凝器用冷凍水做冷卻介質(zhì)，進(jìn)一步對(duì)氯化氫氣體進(jìn)行冷凝并除去其中的大部分殘留水蒸氣。最后，經(jīng)過除霧器確保大部分夾帶的細(xì)小水霧滴和冷凝液被分離出來。

在解析塔底，稀的CaCl2溶液進(jìn)入濃縮部分。在這個(gè)階段，過量的水被蒸發(fā)出去，先進(jìn)入廢水冷凝器冷卻到需要的溫度后，再由廢水泵排出系統(tǒng)。濃縮到需要濃度的氯化鈣重新回到解析塔循環(huán)使用。

由于在正常操作過程中的CaCl2的少量流失或有雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，在啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，就要進(jìn)行補(bǔ)給。在補(bǔ)給罐內(nèi),通過補(bǔ)給泵將溶液抽送到液位罐內(nèi)。

2.1.2.2 硫酸萃取精餾

濃硫酸有很強(qiáng)的吸水性，濃硫酸的加入也可顯著改變HCl的相對(duì)揮發(fā)性，由于該萃取過程放熱，在深解析的工序中不需要熱源。硫酸萃取的工藝流程示意見圖3。

鹽酸、硫酸分別進(jìn)入鹽酸槽、硫酸槽，并由泵打入各自的高位槽，在2個(gè)高位槽的溢流回液管回液正常的情況下，先將鹽酸高位槽的鹽酸調(diào)節(jié)計(jì)量后進(jìn)入萃取器，再將硫酸高位槽的硫酸調(diào)節(jié)計(jì)量后進(jìn)入萃取器，2種酸在萃取器內(nèi)不斷溢流、混合，萃取出的氯化氫氣體從槽內(nèi)離開液面，不斷上升到上面的塔體內(nèi)，經(jīng)自上而下的濃硫酸干燥后引出萃取器。

從萃取器頂出來的氯化氫氣體由于硫酸的干燥作用可以直接進(jìn)入后序工序使用。

從萃取器底出來的65%左右的稀硫酸進(jìn)入濃縮部分，濃縮到一定濃度后循環(huán)進(jìn)入萃取器使用。有稀硫酸使用條件如磷的單位，可以將從萃取器底出來的稀硫酸（含氯小于1%）進(jìn)入混酸槽，由混酸泵打入吹氯塔，經(jīng)吹氯后的稀硫酸使用，吹氯出來的氣體經(jīng)尾氣塔水洗后排空。

2.2 變壓精餾

2.2.1 原理

變壓精餾是基于不同壓力下鹽酸的共沸點(diǎn)的差異，通過改變精餾壓力達(dá)到進(jìn)一步脫析HCl的目的。在共沸點(diǎn)的鹽酸中，HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在l MPa壓力下，可降到11%，而在l kPa壓力下為25%，因此，可以在不同壓力下進(jìn)行精餾，達(dá)到解析氯化氫的目的。

2.2.2 流程簡(jiǎn)述

變壓精餾的工藝流程示意見圖4。稀鹽酸先進(jìn)入真空解析塔，與再沸器中鹽酸蒸出的高溫氣液混合物進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，水蒸氣在塔頂冷凝成酸性水后去HCl吸收裝置循環(huán)吸收或中和處理后外排，稀鹽酸在真空脫吸塔中脫去部分水分從塔底經(jīng)泵送至高壓解析塔。其中，溫度較高的氯化氫和水的汽液混合物從塔底上升，與塔頂噴淋而下的濃鹽酸進(jìn)行充分的熱交換，使氯化氫從濃鹽酸中解析出，出塔后的氯化氫氣體經(jīng)過二級(jí)冷卻后制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)99.99%的干燥氯化氫氣體。冷凝下來的濃酸重新回入高壓塔上部進(jìn)行解析，從解析塔底部出來的鹽酸是HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為16%共沸混合物，經(jīng)泵進(jìn)入真空解析塔中部。

3 鹽酸一步解析工藝

鹽酸一步解析是在稀鹽酸解析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，原理、工藝流程和設(shè)備配置與稀鹽酸萃取精餾相同。在操作配比及運(yùn)行成本上有所不同。

4 不同解析路線的比較

不同解析路線的投資及消耗指標(biāo)比較見表1、表2（單位產(chǎn)品為氯化氫氣體）。

表1 不同解析路線投資比較 萬元

表2 不同解析路線消耗指標(biāo)比較（氯化氫氣體壓力按0.1 MPa計(jì)）t/t

從表1和表2可以看出，差壓法投資及單耗成本均最高，沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此該工藝已基本淘汰。硫酸萃取粗餾解析工藝在稀硫酸有使用條件的單位，可以不將稀硫酸濃縮，投資和運(yùn)行成本可大大降低，具有比較好的經(jīng)濟(jì)性。鹽酸常規(guī)解析無論從投資及運(yùn)行成本上都具有很大的優(yōu)勢(shì)，目前大部分單位以常規(guī)解析為主，配套稀酸解析是最為經(jīng)濟(jì)的工藝路線。

表3為5種解析路線優(yōu)劣比較情況。

表3 解析路線優(yōu)劣比較

5 結(jié)論及建議

（1）從常規(guī)解析裝置實(shí)際運(yùn)行情況看，副產(chǎn)鹽酸解析提取高純氯化氫氣體是一種比較經(jīng)濟(jì)性的工藝。

（2）與萃取精餾、變壓精餾相比，常規(guī)鹽酸解析對(duì)原料鹽酸的含量要求高，但投資和消耗較低。同等規(guī)模的萃取精餾、變壓精餾的投資和消耗都大大高于常規(guī)鹽酸解析。因此，對(duì)于可循環(huán)利用稀酸吸收氯化氫制成濃鹽酸的企業(yè)，常規(guī)鹽酸解析是最佳的選擇，同時(shí)，應(yīng)盡可能提高吸收工序產(chǎn)生的鹽酸含量以降低蒸汽消耗。對(duì)于種種原因不得不制成稀酸或外購(gòu)鹽酸脫析制氯化氫的企業(yè)，如果周邊稀酸無市場(chǎng)或酸價(jià)低廉，則可以根據(jù)企業(yè)資源情況選用萃取精餾，但經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。

（3）副產(chǎn)鹽酸常常含有各種雜質(zhì)，稀酸長(zhǎng)期循環(huán)吸收氯化氫，可能會(huì)造成雜質(zhì)累積，可以考慮采用樹脂吸附提純等技術(shù)手段，也可以適度產(chǎn)出少量副產(chǎn)鹽酸，保證氯化氫質(zhì)量，以免影響下游產(chǎn)品質(zhì)量；不同來源的副產(chǎn)鹽酸盡量不要混合處理，以免造成雜質(zhì)復(fù)雜化及產(chǎn)生新的雜質(zhì)而影響下游產(chǎn)品。

Compare of stripping process line of hydrochloric acid

DENG Zhi-qiang
(Nanton Best Graphite Equipment Co.,Ltd.，Nantong 226011,China)

The principle,economic comparison and operation of the different hydrochloric acid analytical were introduced.

hydrochloric acid stripping;principle;routes;economy

TQ111.3

B

1009－1785(2012)09-0014-03

鄧芝強(qiáng)（1975—），男，湖北荊州人，畢業(yè)于湖北三峽學(xué)院，長(zhǎng)期從事硫酸、鹽酸及后續(xù)產(chǎn)品技術(shù)工作。

2012-04-27