鹽酸解析工藝路線的比較

鄧芝強

（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

（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)濟性比較和運行情況。

鹽酸解析；原理；路線；經(jīng)濟性

氯化氫氣體是在農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、有機合成等工業(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)境污染的同時也造成了資源浪費。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)濟效益，也關(guān)系到環(huán)境保護。

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，而且可以有效地降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。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。在標準大氣壓下，恒沸酸中HCl的質(zhì)量分數(shù)為20.24%，因此，可以采用精餾操作將HCl質(zhì)量分數(shù)高于20.24%的鹽酸解析制取氯化氫。

1.2 流程簡述

工藝流程示意圖見圖1。將氯化氫吸收裝置來的質(zhì)量分數(shù)約為33%鹽酸用泵經(jīng)過雙效換熱器預熱后送至解析塔，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)過二級冷凝器用冷凍鹽水進行冷凍脫水，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)量分數(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的相對揮發(fā)度，消除恒沸點，使氯化氫在質(zhì)量分數(shù)較低的條件下進一步解析出來，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，氯化鈣法對溫度等操作條件要求較嚴格，密封需進行特殊處理。

進料酸在進解析塔之前，通過冷凝水預熱器進行預熱后與高溫循環(huán)泵輸送來的來自閃蒸罐/液位罐的氯化鈣溶液混合，進入解析塔。在解析塔底設(shè)1臺解析塔再沸器，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，氣體被蒸餾分離并向上流動。在這個操作過程中，HCl氣體從鹽酸與氯化鈣溶液中被提取。

汽提出的HCl氣體首先進入一級冷凝器，在一級冷凝器中，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入二級冷凝器，二級冷凝器用冷凍水做冷卻介質(zhì)，進一步對氯化氫氣體進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小水霧滴和冷凝液被分離出來。

在解析塔底，稀的CaCl2溶液進入濃縮部分。在這個階段，過量的水被蒸發(fā)出去，先進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)進入系統(tǒng)，在啟動系統(tǒng)時，就要進行補給。在補給罐內(nèi),通過補給泵將溶液抽送到液位罐內(nèi)。

2.1.2.2 硫酸萃取精餾

濃硫酸有很強的吸水性，濃硫酸的加入也可顯著改變HCl的相對揮發(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、硫酸分別進入鹽酸槽、硫酸槽，并由泵打入各自的高位槽，在2個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)計量后進入萃取器，再將硫酸高位槽的硫酸調(diào)節(jié)計量后進入萃取器，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入后序工序使用。

從萃取器底出來的65%左右的稀硫酸進入濃縮部分，濃縮到一定濃度后循環(huán)進入萃取器使用。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的差異，通過改變精餾壓力達到進一步脫析HCl的目的。在共沸點的鹽酸中，HCl的質(zhì)量分數(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行精餾，達到解析氯化氫的目的。

2.2.2 流程簡述

變壓精餾的工藝流程示意見圖4。稀鹽酸先進入真空解析塔，與再沸器中鹽酸蒸出的高溫氣液混合物進行傳熱和傳質(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)過二級冷卻后制成質(zhì)量分數(shù)達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行解析，從解析塔底部出來的鹽酸是HCl質(zhì)量分數(shù)約為16%共沸混合物，經(jīng)泵進入真空解析塔中部。

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比較（氯化氫氣體壓力按0.1 MPa計）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，沒有競爭優(yōu)勢，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，投資和運行成本可大大降低，具有比較好的經(jīng)濟性。鹽酸常規(guī)解析無論從投資及運行成本上都具有很大的優(yōu)勢，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)解析裝置實際運行情況看，副產(chǎn)鹽酸解析提取高純氯化氫氣體是一種比較經(jīng)濟性的工藝。

（2）與萃取精餾、變壓精餾相比，常規(guī)鹽酸解析對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，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。對于種種原因不得不制成稀酸或外購鹽酸脫析制氯化氫的企業(yè)，如果周邊稀酸無市場或酸價低廉，則可以根據(jù)企業(yè)資源情況選用萃取精餾，但經(jīng)濟性相對較差。

（3）副產(chǎn)鹽酸常常含有各種雜質(zhì)，稀酸長期循環(huán)吸收氯化氫，可能會造成雜質(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（1975—），男，湖北荊州人，畢業(yè)于湖北三峽學院，長期從事硫酸、鹽酸及后續(xù)產(chǎn)品技術(shù)工作。

2012-04-27