浅析盐酸吸收与脱吸技术

浅析盐酸吸收与脱吸技术
纪振生,孟祥考
(河北金能邢矿集团金牛钾碱分公司,河北邢台　054000)
摘　要:介绍了盐酸系统中氯化氢气体吸收、浓酸脱吸、稀酸脱吸等专业技术及系统工艺中石墨设备的应用,使氯化氢气体得到了重复使用和充分利用。

关键词:盐酸;氯化氢气体吸收;浓酸脱吸;稀酸脱吸;石墨设备
中图分类号:T Q11113 文献标识码:B 文章编号:1007-1083(2007)04-0062-02 Analysis on the hydrochloric acid absorbing and dehydration technology
J I Zhen-sheng,ME NG X iang-kao
在世界工业要求大量使用盐酸而又难于解决耐盐酸腐蚀,又有高导热系数的背景下,不透性石墨材料在1934年研发成功。

紧接着1936年美国制成了第一台管壳式(列管式)石墨降膜吸收器,
用于盐酸吸收,由此完全改变了世界盐酸生产落后与被动局面,完成了盐酸生产上的一次技术革命。

在随后的70多年的日子里,多项专业技术的开发成功,使石墨设备在盐酸系统得到了广泛的应用。

当前,国内氯产品的副产酸、低浓度酸严重影响了相关企业的环境和经济效益的背景下,金牛钾碱分公司开发的专有技术盐酸吸收和盐酸脱吸系统,成功地重复使用氯化氢,提高了客户的环保水平,增加了企业经济效益。

1　氯化氢气体的吸收
111　高浓度气体的吸收
从石墨设备问世以来,石墨降膜吸收器就被成功应用于氯化氢的吸收,在生产过程中,较纯净的氯化氢气体和从尾气塔过来的稀酸进入降膜吸收器(一般情况下,降膜吸收器中气、液一般为同向吸收,这有利于在较大幅度内控制生产,也有利于控制出酸温度),氯化氢气体与管子(或短孔)表面均匀分布的液膜充分接触后被吸收,放出的热量由工艺流程的冷却水冷却。

未吸收完的气体进入尾气塔进行二次吸收,然后排空。

这样的流程具有多种优点:
(1)吸收效率高,避免了降膜吸收器的“长管现象”,将低浓度的气体吸收转移到尾气塔进行二次吸收,能生产出35%～37%浓度的盐酸,吸收效率可达991999%。

(2)操作弹性大,生产能力可在较大幅度内调节。

(3)阻力小,尤其是降膜吸收器内阻力更小,可忽略不计。

(4)放热吸收,不需对成品酸进行另外的冷却。

(5)纯度高,在一定的条件下,可生产试剂级盐酸。

然而,在一段时期内,高产量、高浓度盐酸的生产曾一度成为盐酸吸收的瓶颈。

经过研究发现,优化吸收液的成膜条件是提高吸收效率的关键要素,在优化成膜条件上拥有独特的技术:①成膜分配杯使用“高纯、高密、高硬度”的三高石墨,确保材质过关;②保证加工精度,确保表面粗糙度,以有利于初始成膜;③分配杯的高、低孔相间的特殊设计,使产量较大幅度调节时,不影响吸收液的成膜。

112　低浓度气体吸收
氯化氢气体的吸收除了用于生产比较纯净的盐酸(从工业级直至试剂级),还用于从混合气体中吸收氯化氢组分,以分离混合气体,起到净化气体的作用。

在传统工艺中,低浓度的混合气体进入降膜吸收器用吸收塔过来的稀盐酸吸收,未被吸收的氯化氢气体在吸收塔内用水或稀盐酸吸收,尾气通过尾气塔经过再次吸收达到排放标准后排空。

由于混合气体中氯化氢含量较低,因此,吸收效果较差,降膜吸收器出酸浓度较低,故盐酸储罐内的盐
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河北煤炭 2007年第4期
酸需用循环泵打入降膜吸收器循环吸收,达到浓度后再用盐酸泵送入浓酸储罐。

目前,多数国内企业尚采用上述工艺,但该工艺流程长、设备多、耗能大等缺点也十分明显。

为克服低浓度氯化氢气体吸收效果差,速率低等困难,国际上普遍采用多级绝热吸收。

在绝热吸收系统中,氯化氢混合气被送入吸收塔的底部,稀盐酸从吸收塔中部进入,纯水从塔顶进入吸收塔。

气液相在塔内充分接触,吸收过程中放出大量的氯化氢溶解热,由综合塔内的换热器或独立的冷却器冷却。

该工艺具有如下优点:
(1)工艺简洁,易操作。

(2)设备投资降低,更减少了相应基建等配套设施。

(3)降低运行能耗,减少运行成本。

(4)成品酸浓度高,盐酸浓度可达到32%。

(5)尾气排放氯化氢含量小于0.01‰。

上述工艺的应用成功必须拥有专业的综合塔(填料塔+冷却器)制造技术。

长期以来,液体偏流的“集壁现象”困扰设计者设计大型的填料塔。

但目前的应用工业表明,如果填料塔设计合理,塔内液体分布均匀,大直径塔也可产生高效吸收效率。

在填料塔中插入排管式分布器、液体在分布器克服了流体“端效应”和“壁效应”的缺陷,使用效果良好。

2　稀酸脱吸
受盐酸共沸点的影响,盐酸的浓度一般只能脱到16%以上。

通常,国内企业采取再次吸收利用、储存、销售等方法对稀酸进行处理,但由于受稀酸市场需求量少、价格低、储存成本高等因素的制约,有些企业对废酸采取中和排放的方式,不仅消耗了能源,同时,每年不得不提取一笔费用用于污水处理,对环境保护也有一定的负面影响。

随着国内外专业技术的进一步交流,稀酸脱吸系统开始被国内诸多企业重视。

目前,国外对稀酸处理有两种方法,即催化剂法和压差法,其中催化剂法分为氯化钙和硫酸法。

由于硫酸腐蚀性强,运输、仓储、操作难度大,硫酸法运用实例较少,而氯化钙和压差法已在国内外得到较多运用。

金牛钾碱分公司经过多年研发工作,已成功地掌握了该项技术,现正致力于该项技术的推广应用。

211　氯化钙法
氯化钙法又称恒沸点破坏法,即在稀酸中加入氯化钙打破其共沸点的限制,将氯化氢蒸发出来。

稀盐酸进入脱吸塔顶部,一定浓度的CaC L2溶液由泵打入脱吸塔的底部,与来自再沸器约140℃的气液混合物进行接触,由于氯化钙的加入,使稀酸的共沸点被打破,稀酸中的氯化氢气体得以解吸,从塔顶进入冷却器和再冷器冷却,经过除雾器进一步去水,得到干燥的氯化氢气,塔底被稀释的氯化钙溶液进入储罐,并由泵打入氯化钙提浓塔内,氯化钙溶液经再沸器加热蒸发后,水份经塔顶冷凝器冷凝后排放,浓氯化钙液经塔底冷却器冷却后进入储罐回收利用。

考虑到该工艺中稀酸可能含有一定杂质,因此,氯化钙回收利用一般不超过30次。

最终废水中氯化氢的含量小于1‰。

212　压差法
压差法是通过不同压力下,稀酸共沸点的差异而制造氯化氢气体的。

在高压状况下,共沸点酸的浓度在16%～18%,而在真空系统下,共沸点酸的浓度在22%～24%,这种差异使低浓度酸中的水份被蒸发。

在该系统中,系统外的稀酸和来自高压系统的稀酸从脱吸塔中部进入真空系统,与来自再沸器的混合气进行传热传质,由于真空状况下,酸共沸点较高,因此,塔内热质交换中,水蒸汽通过塔顶冷凝器成废水后处理排放,塔底约23%的浓酸进入储罐,经过双效换热器加热后,由浓酸泵打入脱吸塔中部进入高压系统,和脱吸塔底部的被蒸发的氯化氢和水的混合气充分接触,气液混合物在塔内完成热量与质量交换,浓酸中的氯化氢得到热量被解吸出来,经塔顶冷却器和再冷器冷却后,经过除雾器进一步去水,得到干燥的氯化氢气。

脱吸塔底部约17%的稀酸经过双效换热器冷却后,进入稀酸罐再循环。

该系统设备结构与浓酸脱吸系统相似,但设备要求进一步提高,特别是再沸器必须能承受116MPa压力,耐温性能达到220℃以上。

作者简介:纪振生(1973-),男,河北沧州人,工程师,河北金能邢矿集团金牛钾碱分公司从事技术工作。

(收稿日期:2007-06-10;编辑:毛志国)
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2007年第4期 河北煤炭 。