濃鹽酸中游離氯脫除新工藝

邱鷺

(杭州東日節(jié)能技術(shù)有限公司，浙江 杭州 311100)

在2B油、氯乙酸和氯化石蠟等氯化產(chǎn)品的生產(chǎn)中，常伴隨著副產(chǎn)大量含氯化氫廢氣。工業(yè)上處理氯化氫氣體一般用水吸收制成鹽酸，并用作其他產(chǎn)品的生產(chǎn)原料或制成副產(chǎn)濃鹽酸銷售[1]。在氯化反應(yīng)中理論上完全反應(yīng)，但實(shí)際上反應(yīng)系統(tǒng)仍剩有部分氯氣，因此制得的鹽酸中含少量游離氯，使用或處理這類鹽酸就會(huì)使游離氯散發(fā)出來。這既增加了生產(chǎn)成本和資源消耗，又對(duì)環(huán)境造成了污染。

在GB/T 320—2006 《工業(yè)用合成鹽酸》中明確指出工業(yè)用合成鹽酸必須滿足總酸度(以HCl計(jì))質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31%且游離氯(以Cl計(jì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.01%，而目前工業(yè)上利用水吸收處理氯化氫廢氣獲得的鹽酸，在總酸度含量達(dá)標(biāo)時(shí)游離氯含量卻居高不下(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%～0.10%)，隨著國家環(huán)保力度的加強(qiáng)和節(jié)能減排政策的實(shí)施，富含游離氯的鹽酸循環(huán)利用迫在眉睫。

1 空氣(氮?dú)?吹脫法脫除濃鹽酸中游離氯

空氣(氮?dú)?吹脫法主要通過不停地向濃鹽酸中鼓入空氣(氮?dú)?，以脫除游離氯。由于濃鹽酸本身極易揮發(fā)，加入空氣(氮?dú)?在吹脫游離氯的同時(shí)也會(huì)帶走一部分氯化氫水氣，這不僅加大了后期尾氣處理的成本，還浪費(fèi)了大量的氯化氫氣體[2]。

2 活性炭吸附法脫除濃鹽酸中游離氯

主要采用物理吸附原理，選煤質(zhì)活性炭或優(yōu)質(zhì)椰殼活性炭作為吸附劑。該方法的關(guān)鍵點(diǎn)在吸附劑的選型上，由于鹽酸通過煤質(zhì)活性炭后，煤炭中富含的鐵化合物在鹽酸中氯氣分子的強(qiáng)氧化性作用下，形成了大量的Fe3+。在實(shí)際應(yīng)用中，須選用價(jià)格比較昂貴的特制含鐵量極低的煤質(zhì)活性炭或優(yōu)質(zhì)椰殼活性炭，而且吸附劑作為一種易耗品，不僅消耗量大，在固廢處理上也比較困難[2]。

3 濃鹽酸中游離氯脫除新工藝

3.1 原理

本文中介紹了一種新型濃鹽酸中游離氯脫除工藝，其主要利用了亨利定律和同離子效應(yīng)原理。亨利定律主要通過真空脫氯，降低氯氣分壓以脫除鹽酸中的游離氯；同離子效應(yīng)是通過后續(xù)濃鹽酸對(duì)氯離子的不斷補(bǔ)充，使氯在溶液中的溶解度降低，從而伴隨著氯化氫水霧脫吸出來。

3.2 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 濃鹽酸游離氯脫除工藝流程簡圖

含游離氯的濃鹽酸溶液從脫氯塔頂加入，與來自塔釜鹽酸再沸器加熱產(chǎn)生的氯化氫和水的混合蒸氣在脫氯塔內(nèi)進(jìn)行汽提，鹽酸中的游離氯和部分氯化氫氣體從脫氯塔頂被分離出來，并進(jìn)入氯化氫洗滌塔內(nèi)與塔內(nèi)酸洗段循環(huán)鹽酸及水洗段脫鹽水進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱，氣體里的氯化氫被完全吸收，大部分氯氣則從塔頂排出，經(jīng)真空系統(tǒng)送至尾氣吸收處理站；氯化氫洗滌塔內(nèi)的溶解熱由換熱器移出塔外，塔釜產(chǎn)出的稀鹽酸重新送回脫氯塔塔頂，最終在脫氯塔塔釜得到合格的濃鹽酸產(chǎn)品,經(jīng)換熱器換熱后送至成品儲(chǔ)罐。

3.3 工業(yè)化典型案例

杭州東日節(jié)能技術(shù)有限公司(以下簡稱“杭州東日”)為某公司2B油生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的2 250 kg/h含氯鹽酸凈化項(xiàng)目里，巧妙地將氯化氫回收技術(shù)、濃鹽酸游離氯脫除技術(shù)結(jié)合在一起，現(xiàn)已成功地消除了副產(chǎn)濃鹽酸中總酸含量達(dá)標(biāo)但游離氯含量不達(dá)標(biāo)的困擾，為該公司帶來了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

該公司在2B油生產(chǎn)中間過程中，產(chǎn)生了含65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化氫氣體和微量氯氣的廢氣，杭州東日根據(jù)該廢氣的特殊性，利用已有的專利技術(shù)設(shè)計(jì)出一套完整的工藝流程。流程分為兩個(gè)單元：尾氣吸收成酸單元和鹽酸脫氯洗滌單元。其中尾氣吸收成酸單元主要利用氯化氫氣體極易溶于水的物理性質(zhì)，將溫度控制在40 ℃左右，通過降膜吸收器和組合塔的雙重吸收，鹽酸中HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到31%以上；鹽酸脫氯洗滌單元應(yīng)用了本工藝技術(shù)，最終獲得HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31%、游離氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.003%的濃鹽酸。

3.4 新工藝技術(shù)的特點(diǎn)

(1)無需采用運(yùn)行周期短、運(yùn)行成本高的吸附物(如椰殼活性炭)等。

(2)沒有堿性廢液排放，也沒有固廢排放，“三廢”處理方便簡潔。

(3)廢鹽酸再利用，“變廢為寶”。

(4)脫除游離氯后的濃鹽酸總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31%，且游離氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)可處理到0.003%以下，完全符合GB/T 320—2006 《工業(yè)用合成鹽酸》濃鹽酸優(yōu)等品對(duì)游離氯的要求(見表1)。

表1 工業(yè)用合成鹽酸指標(biāo)

(5)本工藝采用了杭州東日專有技術(shù)設(shè)計(jì)的設(shè)備脫氯塔和氯化氫洗滌塔，該設(shè)備操作彈性高，負(fù)荷在30%～120%均可以穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 經(jīng)濟(jì)性分析

以某公司2 250 kg/h含氯鹽酸凈化裝置為例進(jìn)行計(jì)算，用電設(shè)備每產(chǎn)生1 t工業(yè)級(jí)濃鹽酸消耗電量10 kW·h，折合耗電費(fèi)8元；公用工程每產(chǎn)生1 t工業(yè)級(jí)濃鹽酸消耗低壓蒸汽0.1 t、循環(huán)水20 m3、7 ℃冷凍水1.0 m3、脫鹽水1 t，折合消耗費(fèi)用約34元，加上維修費(fèi)用和員工費(fèi)用，每產(chǎn)生1 t工業(yè)級(jí)濃鹽酸總成本在60元左右。

以現(xiàn)有2B油生產(chǎn)裝置能力，在產(chǎn)能允許情況下，每年至少副產(chǎn)13 000 t工業(yè)級(jí)濃鹽酸[折算成該公司氯化反應(yīng)尾氣組分，每年可以處理6 200 t含65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化氫氣體的氯化反應(yīng)尾氣]。

若按公司舊降膜吸收器吸收成22%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸處理，不計(jì)舊工藝投入成本，就生成的含氯稀鹽酸外賣，該不合格含氯鹽酸處理補(bǔ)貼成本價(jià)格約150元/t,則每年耗費(fèi)：150×13 000×0.31÷0.22≈275萬元。

采用本工藝后，副產(chǎn)工業(yè)級(jí)優(yōu)等品濃鹽酸可以外賣50元/t，該工藝每年可為公司節(jié)?。?75+50×1.3-60×1.3=262(萬元)。按照前期總投資500萬元計(jì)算，建造一套2 250 kg/h鹽酸凈化裝置，基本兩年內(nèi)可回收全部投資。

4 結(jié)語

通過上述幾種濃鹽酸中游離氯脫除方法對(duì)比和本工藝應(yīng)用實(shí)例可以看出，杭州東日設(shè)計(jì)的工藝方法可以在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，使富含游離氯的工業(yè)廢氣得到了充分的回收利用，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)利益與節(jié)能環(huán)保的雙盈利。