CN104755417B - 用于浓缩卤化氢水性溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于浓缩卤化氢水性起始溶液、特别是盐酸的方法，所述方法包括下列步骤：·‑在蒸馏装置(12)中，在萃取剂存在下，对所述卤化氢水性起始溶液进行萃取蒸馏，·‑从所述蒸馏装置的上段移除卤化氢蒸气和/或卤化氢气体(38)，·‑从所述蒸馏装置的下段移除含萃取剂的溶液(24)，·‑在蒸发装置(14)中对所述从蒸馏装置的下段移除的含萃取剂的溶液进行浓缩，以及·‑将所述在蒸发装置中浓缩的含萃取剂的溶液返回到所述蒸馏装置(22)，·其中所述从蒸馏装置的下段移除的含萃取剂的溶液，在高于大气压的压力下，在所述蒸发装置中通过蒸发进行浓缩。

Description

用于浓缩卤化氢水性溶液的方法

技术领域

本发明涉及一种用于浓缩卤化氢水性溶液、特别是盐酸的方法，以及一种用于浓缩卤化氢水性溶液的系统。

背景技术

在许多过程中，例如在化学工业中的生产过程中以及垃圾焚化期间，积累卤化氢水性溶液例如盐酸。在这些情况下，所述溶液一般是相对稀的溶液，不能容易地供以重新使用，这是因为许多化学过程要求使用高度浓缩的卤化氢溶液或甚至卤化氢气体。此外，这种类型的稀溶液的运输成本与更浓的溶液的成本相比相对高，这是因为以卤化氢物质的量计，不得不运输大体积的稀卤化氢溶液。因此，需要例如通过从稀的卤化氢水性溶液分离气态卤化氢来浓缩稀的卤化氢水性溶液。

浓卤化氢水性溶液可以通过对稀卤化氢水性溶液进行蒸馏来获得。由于卤化氢水性溶液、特别是盐酸是共沸混合物，因此可以通过简单蒸馏获得的最高卤化氢含量，无论如何都受到卤化氢与水的混合物的共沸物的限制。因此，稀卤化氢水性溶液的两种组分卤化氢和水不能通过简单蒸馏彼此完全分离开，而是卤化氢含量通过简单蒸馏仅能提升至最高达对应于共沸物的浓度。例如，通过在大气压下简单蒸馏，稀盐酸只能被浓缩至最高达约20重量％的最高氯化氢含量。因此，为了生产更高浓度的氯化氢例如基本上无水的氯化氢气体或纯的氯化氢气体，需要使用另外的方法，例如萃取蒸馏。

在萃取蒸馏中，向稀的卤化氢水性起始溶液例如稀盐酸添加适合的萃取剂，并选择性提高卤化氢水性起始溶液的一种组分的挥发性，也就是说改变分离系数。此外，萃取剂优选地不与任何待分离的组分形成共沸物，并且与待分离的组分相比具有较低蒸气压。通过这种方式，实现了萃取剂在柱底部处的积累，并且不污染积累在顶部处的卤化氢。因此，通过添加萃取剂，可以实现卤化氢水性溶液的浓缩直至卤化氢气体的解吸附。

吸湿性化合物，例如特别是硫酸或盐类例如碱金属氯化物、碱土金属氯化物等，通常作为萃取剂用于卤化氢水性起始溶液的萃取蒸馏。

在技术实施中，通常作为萃取精馏来进行萃取蒸馏，也就是说将含有萃取剂的稀卤化氢溶液在蒸馏柱中从顶部向底部进料，也就是说以与在蒸馏柱底部通过蒸发产生的从下面上升的蒸气成逆流式的方式进料。在这种情况下，由于萃取剂的吸湿性质，含萃取剂的水性溶液从蒸气相吸取水，并在同时将卤化氢气体从水性溶液排出到蒸气相中，因此蒸气相就卤化氢而言被浓缩。因此，在蒸馏柱的上部中或在其顶部处，取决于步骤，获得卤化氢蒸气(即卤化氢气体与水的混合物)或纯的卤化氢气体，将其从蒸馏柱的顶部移除，然后在卤化氢蒸气的情况下，通常将其冷凝以形成浓缩的卤化氢水性溶液，其具有比所使用的稀卤化氢水性起始溶液更高的浓度，或者在仍含有少量水的卤化氢气体的情况下，通常在一个或多个冷凝步骤中将其干燥。

然而，在萃取蒸馏期间从顶部向底部流动的含萃取剂的溶液中萃取剂的浓度，由于从以逆流式方式进料的蒸气相吸收水而降低，使得在蒸馏柱的下部中或底部处移除的溶液具有比在蒸馏柱的上端处导入的含萃取剂的溶液更低的萃取剂浓度。因此，为了重新使用所述含萃取剂的溶液或者为了使它能够再循环，在从蒸馏柱底部排出之后所述溶液就萃取剂而言必须进行浓缩。在实践中，这通常以下述方式发生，该方式使得从蒸馏柱底部移除的稀溶液在安排在蒸馏柱下游的蒸发装置中通过蒸发水进行浓缩，然后将由此浓缩的含萃取剂的溶液返回到蒸馏装置。

在这种情况下，出于能量原因，在蒸发装置中浓缩含萃取剂的溶液通常以多级方式、也就是说在多个级联的蒸发级中进行。由于因待浓缩溶液中包含的萃取剂而发生的溶液沸点的提高，通常在大气压或低于大气压下进行溶液的蒸发，以保持在当前压力下可获得的沸点尽可能低，因此保持蒸发水所需的能量水平尽可能低。由于在多级蒸发装置中萃取剂的浓度逐级增加并且因此在预定压力下溶液的沸点逐级提高，因此出于上述原因，在每种情况下从每个蒸发级到后一个蒸发级，压力通常降低，也就是说在每种情况下，每个蒸发步骤在比前一个蒸发步骤更低的压力下进行。结果，来自于前一级的排放蒸气可以作为能量用于加热在较低压力下运行的下一级。然而，这种类型的多级步骤的缺点在于由于多个蒸发级，蒸发装置在设备方面非常复杂，这不仅需要对蒸发装置的高投资成本，尤其是由于各个蒸发级需要用昂贵的覆盖材料覆盖，以便蒸发装置能够抵抗将要被重新加工的溶液的腐蚀作用，而且特别是要求高的运行和维护成本，并且还需要技术上复杂的措施来产生和维持负压或真空。此外，在这种类型的多级蒸发装置中，对于运行条件例如特别是各个蒸发级的压力和温度的可靠的开环和闭环控制，需要复杂的装置。因此，总而言之，这种类型的蒸发装置在设备方面非常复杂并因此也对故障具有高的潜在易感性，并且其运行成本高。因此，对降低浓缩含萃取剂的溶液所需的蒸发装置的复杂性，存在着需求。

当使用盐类作为萃取剂时，多级蒸发装置的另一个缺点在于，特别是在最终的蒸发级中，存在着萃取剂的不期望的结晶的风险。正如上面阐述的，在每种情况下，从每个蒸发级到后一个蒸发级，压力通常降低，并且通常具体地使得溶液在每种情况下占优势的压力下的沸腾温度随着蒸发级逐级降低。因此，特别是在最终的蒸发级中，存在着萃取剂的不期望的结晶的风险，这可能引起蒸发装置以及在该工艺中在其下游的装置变得堵塞，因此可能引起设备完全故障。此外，必须以复杂的方式移除结晶的萃取剂，这需要高水平的技术复杂性和高的人力成本以及设备停工时间。

发明内容

因此，本发明要解决的问题是提供一种在萃取蒸馏的基础上浓缩卤化氢水性起始溶液的方法，所述方法能效高，同时可以在成本效益高且在设备方面相对简单的设备中实施，并且在所述方法中当使用盐作为萃取剂时，萃取剂的结晶被可靠地阻止。

根据本发明，这个问题通过一种用于浓缩卤化氢水性起始溶液、特别是盐酸的方法而得以解决，所述方法包括如下步骤：

-在蒸馏装置中，在萃取剂存在下对所述卤化氢水性起始溶液进行萃取蒸馏，

-从所述蒸馏装置的上部移除卤化氢蒸气和/或卤化氢气体，

-从所述蒸馏装置的下部移除含萃取剂的溶液，

-将从所述蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液在蒸发装置中进行浓缩，以及

-将在所述蒸发装置中浓缩的含萃取剂的溶液返回到所述蒸馏装置，

其中将从所述蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液，在蒸发装置中，在高于大气压的压力下通过蒸发进行浓缩。

这种解决方案基于如下的认识，即，在蒸馏装置中，在萃取剂存在下，通过卤化氢水性起始溶液的萃取蒸馏来浓缩卤化氢水性溶液的方法，不仅能效高，而且可以在成本效益高且在设备方面相对简单的设备中、即在具有单级蒸发级的设备中进行，所述单级蒸发级当在以高于大气压的压力运行的蒸发装置中浓缩从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液时，用于浓缩再循环的含萃取剂的溶液。由于使用用于浓缩含萃取剂的溶液的单级蒸发装置实施这样的方法的可行性，因此运行本发明的方法所需的设备与现有技术已知的设备相比在设备方面更加简单，并且因此成本效益更高，所述现有技术已知的设备包含多个连续的蒸发级，所述多个连续的蒸发级的组件都必须装备有昂贵的覆盖材料，以便保护它们抵抗待浓缩的溶液的腐蚀作用。此外，实施本发明方法所需的设备的运行和维护成本因此显著低于现有技术已知的方法。此外，与现有技术已知的方法相比，本发明的方法因此要求更简单和不那么复杂的开环和闭环控制来进行实施。特别地，为了实施本发明的方法，对于浓缩含萃取剂的溶液来说，在蒸发装置中不需要用于负压或真空的产生、维持和开环与闭环控制的装置。

本发明的方法的另一个优点在于，在这种方法中，当在蒸发装置中浓缩溶液时，萃取剂的结晶被可靠地阻止，即使在使用盐类作为萃取剂时也情况如此。这是因为含萃取剂的溶液在蒸发装置中的浓缩在高于大气压的压力下发生，因此由于与在相对低的压力下进行的现有技术方法相比压力更高，使得可以在相对高的蒸发温度下实现萃取剂的最高浓缩，这是结晶的风险被阻止或至少大幅降低的原因，因为上述盐类在水性或酸性水溶液中的溶解度也随着温度增加而增加。因此，由于盐类在高蒸发温度下相对高的溶解度，因此可以在没有结晶风险的情况下将含萃取剂的溶液浓缩至高的盐含量。

本发明方法的另一个本质上的优点在于，当在蒸发装置中浓缩再循环的含萃取剂的溶液时，由于蒸发期间占优势的压力，除浓缩的含萃取剂的溶液外还产生蒸气和/或排放蒸气，其具有相应高的压力和相应高的温度，并因此具有高的可用能量含量。由于排放蒸气的相对高的压力和相对高的温度，它可用于为在蒸馏装置的下部区域中产生蒸气提供必要的能量。这可以例如通过使在蒸馏装置底部处积累的溶液的部分料流，与在用于浓缩含萃取剂的溶液的蒸发装置中积累的排放蒸气，在热交换器中直接或更优选地间接接触来进行，由于由此转移的热量，所述排放蒸气被冷凝并且所述溶液被蒸发，然后将所述溶液作为蒸气返回到蒸馏装置的下部区域。

在本发明的用于浓缩卤化氢水性起始溶液的方法中，显然不仅可以使用由水和酸构成的起始溶液，而且特别是可以使用另外含有一种或多种其它溶解的物质和/或悬浮的固体的卤化氢水性溶液。

根据本发明，在蒸发装置中，通过在高于大气压的压力下的蒸发，对从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液进行浓缩。为了可以特别高效和最优地使用在含萃取剂的溶液的浓缩期间在蒸发装置中积累的排放蒸气，在本发明的理念的发展中，提出了蒸发装置中含萃取剂的溶液的蒸发，在比蒸馏装置中的萃取蒸馏更高的压力下进行。在这种情况下，在蒸发装置中积累的排放蒸气可特别有效地用于为在蒸馏装置的下部区域中产生蒸气提供必要的能量。

特别是在比气象学手段中现行的标准压力更高的绝对压力下进行在蒸发装置中含萃取剂的溶液的浓缩的情况下获得在本发明方法的能量效率和运行本发明方法所需的设备的设备简易性两个方面的良好结果，即使在使用盐作为萃取剂时也可靠地防止浓缩含萃取剂的溶液时的结晶的性能，以及在蒸发装置中形成的排放蒸气的可使用性，所述标准压力是在海平面处0.101325MPa，并且所述绝对压力最高达1.5MPa，优选为0.15MPa至1MPa，更优选为0.2MPa至0.5MPa，特别优选为0.25MPa至0.4MPa，最优选为0.3MPa至0.35MPa。

蒸发装置中的绝对压力在本发明的意义之内被理解为是指，在蒸发期间蒸发装置中占优势的压力，待浓缩的含萃取剂的溶液处于所述压力下，并且其等于蒸发压或产生排放蒸气的压力。如果该压力在蒸发装置中的不同位点处变化，也就是说如果它在整个蒸发装置中不恒定，则它被理解为是待浓缩的含萃取剂的溶液所处的平均压力，并等于在蒸发装置中产生的排放蒸气的压力，在这种情况下，根据本发明，所述压力在蒸发装置中含萃取剂的溶液所位于的任何位点处高于气象学手段中现行的标准压力，所述标准压力为海平面处0.101325MPa。如果蒸发装置是根据本发明不优选的多级的，则它被理解为是待浓缩的含萃取剂的溶液所处的平均压力，并等于通过将在各个级中产生的排放蒸气合并而产生的气体混合物的压力，在这种情况下，根据本发明，所述压力在蒸发装置中含萃取剂的溶液所位于的任何位点处高于气象学手段中现行的标准压力，所述标准压力为海平面处0.101325MPa。

用于浓缩含萃取剂的溶液的蒸发装置在运行期间占优势的温度对应于所述溶液的沸腾温度或蒸发温度，也就是说在蒸发装置中占优势的压力下水从溶液蒸发出来的温度。因此，蒸发装置中含萃取剂的溶液浓缩期间的温度与蒸发装置中设定的压力相关，并依赖于萃取剂的类型。因此，与上面陈述的蒸发装置中的优选压力范围相符，蒸发装置中含萃取剂的溶液的浓缩优选地在80℃至300℃的温度下进行，如果蒸发装置中含萃取剂的溶液的浓缩在100℃至260℃、更优选地120℃至220℃、特别优选地140℃至200℃、最优选地160℃至180℃的温度下进行，则可以获得特别好的结果。

原则上，本发明在所使用的蒸发装置的类型方面不受限制，因此本领域技术人员已知的任何蒸发装置可用于浓缩含萃取剂的溶液。特别是，如果在包含至少一个如下蒸发器的蒸发装置中进行含萃取剂的溶液的浓缩，则可以获得良好的结果，所述蒸发器选自自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、釜式蒸发器、降膜式蒸发器以及上述蒸发器的任何组合。优选地，在其中进行含萃取剂的溶液的浓缩的蒸发装置，由如下的蒸发器构成，其选自强制循环蒸发器、釜式蒸发器、降膜式蒸发器和上述蒸发器的任何组合。如果蒸发装置包含强制循环蒸发器，则也可以将闪蒸器连接在其下游。

尽管原则上在本发明的上下文内用于浓缩含萃取剂的溶液的蒸发装置可以是多级的，但按照本发明的一种特别优选的实施方式，条件是在单级蒸发装置中进行含萃取剂的溶液的浓缩。结果，以特别高的程度实现本发明的效果，即，在实施所述方法所需的设备的设备方面的简易性、能量效率、在蒸发装置中浓缩期间可靠地阻止萃取剂的结晶的性能和将蒸发装置中生成的排放蒸气用于产生运行蒸馏装置所需的蒸气的可行性。在本发明的意义之内，单级蒸发装置被理解为是指蒸发装置仅具有一个蒸发器。

在本发明的一种如果没那么优选则可选的实施方式中，所述蒸发装置是多级的。

为了保护蒸发装置以抵抗含萃取剂的溶液的腐蚀作用，在本发明的理念的发展中，提出了在如下的蒸发装置中进行含萃取剂的溶液的浓缩，所述蒸发装置的内表面至少部分由选自如下的材料构成或至少部分涂布有选自如下的材料：石墨、碳化硅、含碳纤维的复合材料、氟化聚合物、搪瓷、玻璃、橡胶处理的钢和两种或更多种上述材料的任何组合。为了充分实现上述效果，优选地将蒸发装置的与含萃取剂的溶液发生接触的所有内表面完全用上述材料中的一种覆盖。

使用这种实施方式的情况下，特别地，如果覆盖材料选自石墨、碳化硅、聚四氟乙烯和两种或更多种上述材料的任何组合，则可以获得良好的结果。如果使用优选的石墨，则优选地使用浸渍有树脂例如酚醛树脂的石墨。此外，聚四氟乙烯也是优选的，它成本效益高，作为涂层或作为松散薄膜施加到一个或多个内表面，并且可以在最高达约270℃的温度下使用。相比之下，碳化硅相对昂贵，因此仅仅对于例如高于270℃的相对高的温度来说是优选的。

根据本发明，在本发明的方法中，含萃取剂的溶液在蒸馏装置与蒸发装置之间再循环。在这种情况下，可以将待浓缩的卤化氢水性起始溶液与再循环的含萃取剂的溶液在其进料到蒸馏装置之前进行混合，然后将这种混合物导入到蒸馏装置中，优选地导入到蒸馏装置的中部或上部中。或者，也可以将待浓缩的卤化氢水性起始溶液与再循环的含萃取剂的溶液分开地进料到蒸馏装置，优选地进料到蒸馏装置的中部或上部，所述再循环的含萃取剂的溶液优选地也被导入到蒸馏装置的中部或上部中。将萃取剂和含萃取剂的水性溶液导入到蒸馏装置的中部或上部中，以便以与从底部向顶部上升的卤化氢蒸气成逆流式的方式进料。

本发明的方法的另一个优点在于，所述方法对于蒸发装置上游和下游的含萃取剂的溶液的萃取剂浓度没有特别限制。例如，可从蒸馏装置的下部移除溶液中萃取剂的浓度为30重量％至60重量％、优选为35重量％至55重量％、更优选为40重量％至50重量％的含萃取剂的溶液。

将蒸发装置中含萃取剂的溶液浓缩至最高达溶液中萃取剂的浓度为40重量％至80重量％、优选为50重量％至70重量％、更优选为55重量％至65重量％，也是优选的。上述值是指在蒸发装置的出口处的溶液中的萃取剂浓度。

原则上，本发明在所使用的萃取剂方面没有限制，只要所述萃取剂选择性地提高水或卤化氢在含有水或卤化氢的溶液中的挥发性，并且优选地不与待分离的任何物质形成共沸物即可。此外，萃取剂优选地具有比水和卤化氢更低的蒸气压。特别地，如果萃取剂含有至少一种选自如下的物质或由至少一种选自如下的物质构成：硫酸、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化铝、卤化铵和两种或更多种上述组分的任何组合，则可以实现良好的结果。

根据本发明的一种优选实施方式，使用的萃取剂含有至少一种选自如下的物质或优选由至少一种选自如下的物质构成：硫酸、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化铝、氯化铵、溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化镁、溴化钙、溴化铝、溴化铵和两种或更多种上述组分的任何组合。上述溴化物盐作为萃取剂是优选的，特别是如果在所述方法中从溴化氢水性起始溶液产生溴化氢时情况如此。

特别优选地，所述萃取剂含有至少一种选自如下的物质或由至少一种选自如下的物质构成：硫酸、氯化镁、氯化钙和两种或更多种上述组分的任何组合。

在本发明的一种示例性实施方式中，使用硫酸作为萃取剂，将溶液中硫酸的浓度为45重量％至60重量％、优选为50重量％至55重量％的含硫酸的溶液从蒸馏装置的下部移除，将这种溶液在蒸发装置中浓缩至最高达溶液中的硫酸浓度为50重量％至75重量％、优选为55重量％至65重量％，并将该浓缩的溶液返回到蒸馏装置。

在本发明的一种可选实施方式中，使用氯化镁作为萃取剂，将溶液中氯化镁的浓度为25重量％至40重量％、优选为30重量％至35重量％的含氯化镁的溶液从蒸馏装置的下部移除，将这种溶液在蒸发装置中浓缩至最高达溶液中的氯化镁浓度为30重量％至50重量％、优选为35重量％至45重量％，并将该浓缩的溶液返回到蒸馏装置。

在本发明的一种可选实施方式中，使用氯化钙作为萃取剂，将溶液中氯化钙的浓度为35重量％至50重量％、优选为40重量％至45重量％的含氯化钙的溶液从蒸馏装置的下部移除，将这种溶液在蒸发装置中浓缩至最高达溶液中的氯化钙浓度为40重量％至65重量％、优选为45重量％至55重量％，并将该浓缩的溶液返回到蒸馏装置。

优选地，将浓缩的含萃取剂的溶液在离开蒸发装置后返回到蒸馏装置的上部和/或中部。

根据本发明的另一种特别优选的实施方式，将在含萃取剂的溶液的浓缩期间在蒸发装置中通过蒸发形成的排放蒸气用于加热蒸馏装置。尽管稍微不那么优选，但这可以通过直接加热，即通过例如将排放蒸气作为加热气体导入到蒸馏装置的下部来进行，或者优选地可以通过间接加热，即通过在热交换器中用排放蒸气加热蒸馏装置的底部产物来进行。

最后提到的变体优选地如下进行：将在蒸发装置中形成的排放蒸气从蒸发装置移除，进料到热交换器中并在其中冷凝，将从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液也进料到热交换器，进料到热交换器的含萃取剂的溶液至少部分通过释放的冷凝热进行蒸发，并将所述蒸气返回到蒸馏装置的下部。

在上述实施方式中，在离开蒸发装置之后并直到加热之前，排放蒸气保持在排放蒸气在蒸发装置中通过蒸发形成期间所处的压力下，也就是说排放蒸气在蒸发装置出口处的压力下。结果，排放蒸气中包含的能量被特别好地利用，并且热量在相对小的热交换器中被有效地传递。然而，也可以可选地使用节流阀来释放排放蒸气的压力。

在本发明的理念的发展中，提出了使在热交换器中冷凝的排放蒸气的部分料流或全部料流，与从蒸发装置移除的排放蒸气在其被导入到热交换器中之前接触，以便由从蒸发装置移除的排放蒸气在其被导入到热交换器中之前形成饱和蒸气。

代替利用排放蒸气或除利用排放蒸气之外，可以在蒸馏装置的下游提供蒸发器，并用动力蒸气对其加热，以便产生运行蒸馏装置所需的至少一部分蒸气。

原则上，本发明对进行萃取蒸馏所处的压力没有特别限制。正如上面陈述的，含萃取剂的溶液在蒸发装置中的浓缩，优选地在比蒸馏装置中的萃取蒸馏更高的温度下进行。因此，萃取蒸馏优选地在大气压或低于大气压下，特别是在0.01MPa至0.12MPa、优选为0.05MPa至0.12MPa的绝对压力下进行，特别是如果打算产生在所述方法中浓缩的卤化氢水性溶液、特别是浓缩的水性盐酸的话，这种方式是实用的。然而，如果打算产生卤化氢气体、特别是氯化氢气体的话，则萃取蒸馏优选地在高于大气压下，特别是0.10MPa至0.30MPa、优选为0.10至0.15MPa的绝对压力下进行。

萃取蒸馏优选地以如下的方式进行，该方式使得在蒸馏装置的下部中的温度，也就是说在稳态运行条件下，为50℃至200℃、优选为90℃至140℃。

此外，萃取蒸馏优选地以如下的方式进行，该方式使得在蒸馏装置的上部中的温度，也就是说在稳态运行条件下，为30℃至190℃、优选为70℃至130℃。

本领域技术人员已知的用于此目的的所有装置，例如特别是蒸馏柱和蒸馏柱，可用于蒸馏装置。

原则上，本发明对卤化氢起始溶液的卤化氢含量没有特别限制。特别地，使用卤化氢含量为1重量％至小于35重量％，优选为10重量％至15重量％的卤化氢起始溶液。

本发明对从蒸馏装置的上部移除的卤化氢蒸气和/或从蒸馏装置的上部移除的卤化氢气体的卤化氢含量也没有特别限制，并且优选的卤化氢含量在卤化氢蒸气的情况下例如为至少30重量％，优选为34重量％至38重量％，并且在卤化氢气体的情况下高于97重量％，优选为至少98重量％，更优选为至少99重量％。在这种情况下，特别考虑氯化氢蒸气、氯化氢气体、溴化氢蒸气和溴化氢气体作为卤化氢蒸气或气体。

在本发明的理念的发展中，提出了将从蒸馏装置的上部移除的卤化氢蒸气和/或从蒸馏装置的上部移除的卤化氢气体脱水或干燥，这优选地通过冷凝来进行。在这种情况下，脱水以及特别是冷凝可以是单级或多级的。因此，产物的卤化氢含量相应地提高，在浓缩的卤化氢水性溶液的情况下具体为例如32重量％至40重量％，优选为35重量％至40重量％，例如约36重量％，并且在卤化氢气体、优选为氯化氢气体的情况下，为高于99重量％，优选为至少99.5重量％，更优选为至少99.9重量％。

本发明还涉及一种用于浓缩卤化氢水性起始溶液、特别是盐酸的设备(Anlage)，所述设备包含：

-蒸馏装置，其用于在萃取剂存在下对卤化氢水性起始溶液进行萃取蒸馏，

-在蒸馏装置的上部上的至少一条移除线路，其用于从蒸馏装置的上部移除浓缩的卤化氢蒸气和/或卤化氢气体，

-在蒸馏装置的下部上的至少一条移除线路，其用于从蒸馏装置的下部移除含萃取剂的溶液，

-蒸发装置，其用于浓缩从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液，以及

-返回线路，其用于将从蒸发装置移除的浓缩的含萃取剂的溶液返回到蒸馏装置，

其中蒸发装置被设计成使得从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液，在蒸发装置中，在高于大气压的压力下，通过蒸发来浓缩。

根据本发明的一种优选实施方式，蒸发装置被设计成使得含萃取剂的溶液在所述蒸发装置中，在高于气象学手段中现行的海平面处为0.101325MPa的标准压力的绝对压力下，通过蒸发来浓缩，并且所述绝对压力最高达1.5MPa，优选为0.15MPa至1MPa，更优选为0.2MPa至0.5MPa，特别优选为0.25MPa至0.4MPa，最优选为0.3MPa至0.35MPa。

在本发明的理念的发展中，提出了将蒸发装置设计成使得含萃取剂的溶液在蒸发装置中，在80℃至300℃、优选为100℃至260℃、更优选为120℃至220℃、特别优选为140℃至200℃、最优选为160℃至180℃的温度下进行浓缩。

此外，所述蒸发装置优选地包含至少一个选自如下的蒸发器：自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、釜式蒸发器、降膜式蒸发器和上述蒸发器的任何组合。

根据本发明的一种特别优选的实施方式，提供了单级的蒸发装置。

在本发明的一种如果没那么优选则可选的的实施方式中，所述蒸发装置是多级的。

优选地，所述蒸发装置的内表面至少部分由选自如下的材料构成或所述蒸发装置的内表面至少部分覆盖有选自如下的材料：石墨、碳化硅、含碳纤维的复合材料、氟化聚合物、搪瓷、玻璃、橡胶处理的钢和两种或更多种上述材料的任何组合。特别优选地，蒸发装置与含萃取剂的溶液接触的所有内表面，用上述材料中的一种完全覆盖。

优选地，所述至少一条用于返回含萃取剂的溶液的返回线路，将所述溶液在浓缩之后从蒸发装置进料到蒸馏装置的上部和/或中部中。

在本发明的理念的发展中，提出了所述设备包含至少一条如下的线路，通过所述线路使在蒸发装置中通过蒸发形成的排放蒸气与来自于蒸馏装置的下部的含萃取剂的溶液直接或间接接触，以加热蒸馏装置。

在第一种情况下，可以例如提供用于将排放蒸气直接导入到蒸馏装置的下部中的线路。

然而，在第二种情况下，可以例如利用热交换器来进行加热。在这种实施方式中，所述线路优选地排放至被设计成使得排放蒸气在其中冷凝的热交换器中，进料线路也排放至所述热交换器中，将从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液通过所述线路进料到所述热交换器，所述热交换器被设计成使得经进料线路进料到热交换器的含萃取剂的溶液通过释放的冷凝热被蒸发，并且所述热交换器包含排料线路，在热交换器中形成的蒸气通过所述排料线路返回到蒸馏装置的下部。

优选地，得到热交换器包含另外的排料线路，并且所述设备包含另外的热交换器，热交换器的排料线路排放至所述另外的热交换器中，并且所述另外的热交换器还包含如下的进料线路，通过所述进料线路将从蒸发装置移除的排放蒸气进料到所述热交换器中，以便由从蒸发装置移除的排放蒸气在其被导入到热交换器中之前形成饱和蒸气。

代替利用排放蒸气或除利用排放蒸气之外，可以在蒸馏装置的下游提供蒸发器，所述蒸发器用动力蒸气进行加热，以便产生运行蒸馏装置所需的至少一部分蒸气。

还提供了如下的实施方式：在蒸馏装置的上部上用于移除浓缩的卤化氢蒸气和/或浓缩的卤化氢气体的移除线路排放至脱水装置中，并优选排放至冷凝装置中。

正如上文所提出的，所述蒸馏装置可例如包含蒸馏柱或蒸馏柱，或由蒸馏柱或蒸馏柱构成。

在下文中，将在实施例的基础上描述本发明，所述实施例描述了实施方式，但对本发明没有限制效果。

附图说明

唯一的附图是用于浓缩卤化氢水性起始溶液的设备的示意图。

具体实施方式

附图中示出的用于浓缩卤化氢水性起始溶液的设备10包含：被设计成精馏塔12的蒸馏装置12、蒸发装置14和用于加热精馏塔12的底部产物的热交换器16。

用于含有萃取剂的卤化氢水性溶液的进料线路18通入到精馏塔12的上部中，通过如下方式预先产生所述溶液：混合装置20中，将经进料线路18’进料到混合装置20的卤化氢水性起始溶液与来自蒸发装置14并经返回线路22进料到混合装置20的浓缩的含萃取剂的水性溶液混合在一起。

在精馏塔12的下部或底部上提供用于含萃取剂的溶液的移除线路24，所述线路被提供有泵26，并进料到蒸发装置14中。一方面，返回线路22离开蒸发装置14通入混合装置20中，另一方面，用于排放蒸气的进料线路28从蒸发装置14通入热交换器16中，所述蒸气在热交换器16中冷凝，作为冷凝物通过用于排放蒸气的排料线路30从热交换器16移除，在后处理装置32中配制，并最终从设备10移除。

用于含萃取剂的溶液的进料线路34也通入到热交换器16中，所述线路排放至移除线路24中，因此将从精馏塔12的底部移除的含萃取剂的水性溶液的部分料流进料到热交换器16中。所述溶液在热交换器16中蒸发，并经排料线路36返回到精馏塔12的下部。

在精馏塔12的上部或顶部上提供移除线路38，通过所述线路将浓缩的卤化氢蒸气和/或卤化氢气体进料到冷凝装置40，从所述冷凝装置通过产物排料线路42将浓缩的卤化氢溶液和/或卤化氢气体从设备10移除。此外，返回线路44从冷凝装置40通回到精馏塔12的上部。

在设备10运行期间，将含萃取剂的卤化氢起始溶液进料到精馏塔12的上部，所述溶液通过将经进料线路18’进料到混合装置20的卤化氢水性起始溶液与浓缩的含萃取剂的水性溶液混合在一起来产生，所述浓缩的含萃取剂的水性溶液来自蒸发装置14，经返回线路22进料到混合装置20，并且所述溶液在精馏塔12中向下并因此以与在蒸馏柱的底部处通过蒸发产生的从精馏塔12的下部上升的蒸气成逆流式的方式流动。在这种情况下，由于萃取剂的吸湿性质，含萃取剂的水性溶液从蒸气相吸取水，并在同时将卤化氢气体从水性溶液排出到蒸气相中，因此蒸气相就卤化氢而言被浓缩。因此，取决于步骤，在精馏塔12的上部中或顶部处获得卤化氢蒸气或纯的卤化氢气体，其从精馏塔12的顶部被移除，通过在冷凝装置40中冷凝来脱水和干燥，并最终从设备10移除。

含萃取剂的溶液从精馏塔12的下端经移除线路24被移除，从移除线路24将一部分料流经进料线路34进料到热交换器16，并将另一部分料流通过例如移除线路24和泵26压缩至0.3MPa并进料到蒸发装置14。在蒸发装置14中，在0.3MPa的绝对压力下通过蒸发将含萃取剂的溶液浓缩，将浓缩的含萃取剂的溶液经返回线路22返回到混合装置20，并最终返回到精馏塔12。

将在蒸发装置14中产生的排放蒸气经进料线路28进料到热交换器16中，在那里将它冷凝，并从那里将它最终进料到后处理装置32中，在其中配制并最终在该位点处从设备10移除。由于因排放蒸气的冷凝而释放的热量，经进料线路34从精馏塔12的底部进料到热交换器16的含萃取剂的溶液至少部分蒸发，并通过线路36作为蒸气返回到精馏塔12的下部。

附图标记

10 设备

12 精馏塔/蒸馏装置

14 蒸发装置

16 热交换器

18、18’流体进料线路

20 混合装置

22 含萃取剂的溶液的返回线路

24 含萃取剂的溶液的移除线路

26 泵

28 排放蒸气的进料线路

30 排放蒸气的排料线路

32 后处理装置

34 含萃取剂的溶液的进料线路

36 来自于含萃取剂的溶液的蒸气混合物的排料线路

38 浓缩的卤化氢蒸气和/或卤化氢气体的移除线路

40 冷凝装置/脱水装置

42 产物排料线路

44 冷凝产物的返回线路

Claims (37)

1.一种用于浓缩卤化氢水性起始溶液的方法，所述方法包括下列步骤：

-在蒸馏装置(12)中，在萃取剂存在下，对所述卤化氢水性起始溶液进行萃取蒸馏，其中所述萃取剂含有至少一种选自如下的物质：碱金属卤化物，碱土金属卤化物，卤化铝，卤化铵，以及硫酸、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化铝、卤化铵中的两种或更多种组分的任何组合，

-从所述蒸馏装置(12)的上部移除卤化氢蒸气和/或卤化氢气体，

-从所述蒸馏装置(12)的下部移除含萃取剂的溶液，

-在蒸发装置(14)中，对所述从蒸馏装置(12)的下部移除的含萃取剂的溶液进行浓缩，其中所述蒸发装置(14)是单级的，以及

-将所述在蒸发装置(14)中浓缩的含萃取剂的溶液返回到所述蒸馏装置(12)，

其中所述从蒸馏装置(12)的下部移除的含萃取剂的溶液，在高于大气压的压力下，在所述蒸发装置(14)中通过蒸发进行浓缩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述蒸发装置(14)中含萃取剂的溶液的浓缩，在比所述蒸馏装置(12)中的萃取蒸馏更高的压力下进行。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于所述蒸发装置(14)中含萃取剂的溶液的浓缩，在如下的绝对压力下进行：所述绝对压力高于气象学手段中现行的在海平面处为0.101325MPa的标准压力且最高达1.5MPa。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述蒸发装置(14)中含萃取剂的溶液的浓缩，在80℃至300℃的温度下进行。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述含萃取剂的溶液的浓缩在蒸发装置(14)中进行，所述蒸发装置(14)包含至少一个选自如下的蒸发器：自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、釜式蒸发器、降膜式蒸发器以及上述蒸发器的任何组合。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述含萃取剂的溶液的浓缩在蒸发装置(14)中进行，所述蒸发装置(14)的内表面至少部分由选自如下的材料构成或至少部分覆盖有选自如下的材料：石墨、碳化硅、含碳纤维的复合材料、氟化聚合物、搪瓷、玻璃、橡胶处理的钢以及两种或更多种上述材料的任何组合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述覆盖材料选自石墨、碳化硅、聚四氟乙烯以及两种或更多种上述材料的任何组合。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以所述溶液中30重量％至60重量％的萃取剂的浓度，从所述蒸馏装置(12)的下部移除含萃取剂的溶液。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于将所述含萃取剂的溶液在所述蒸发装置(14)中浓缩至最高达溶液中萃取剂的浓度为40重量％至80重量％。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于萃取剂由至少一种选自如下的物质构成：碱金属卤化物，碱土金属卤化物，卤化铝，卤化铵，以及硫酸、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化铝、卤化铵中的两种或更多种组分的任何组合。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述萃取剂由至少一种选自如下的物质构成：氯化锂，氯化钠，氯化钾，氯化镁，氯化钙，氯化铝，氯化铵，溴化锂，溴化钠，溴化钾，溴化镁，溴化钙，溴化铝，溴化铵，以及硫酸、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化铝、氯化铵、溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化镁、溴化钙、溴化铝、溴化铵中的两种或更多种组分的任何组合。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述萃取剂由至少一种选自如下的物质构成：氯化镁，氯化钙，以及硫酸、氯化镁、氯化钙中的两种或更多种组分的任何组合。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述萃取剂含有硫酸，以溶液中45重量％至60重量％的硫酸的浓度从所述蒸馏装置(12)的下部移除含硫酸的溶液，将所述溶液在所述蒸发装置中浓缩至最高达所述溶液中硫酸的浓度为50重量％至75重量％，并将所述浓缩的溶液返回到所述蒸馏装置。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述萃取剂含有氯化镁，以溶液中25重量％至40重量％的氯化镁的浓度从所述蒸馏装置(12)的下部移除含氯化镁的溶液，将所述溶液在所述蒸发装置中浓缩至最高达所述溶液中氯化镁的浓度为30重量％至50重量％，并将所述浓缩的溶液返回到所述蒸馏装置。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述萃取剂含有氯化钙，以溶液中35重量％至50重量％的氯化钙的浓度从所述蒸馏装置(12)的下部移除含氯化钙的溶液，将所述溶液在所述蒸发装置中浓缩至最高达所述溶液中氯化钙的浓度为40重量％至65重量％，并将所述浓缩的溶液返回到所述蒸馏装置。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述浓缩的含萃取剂的溶液在离开所述蒸发装置(14)后被返回到所述蒸馏装置(12)的上部和/或中部。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在浓缩所述含萃取剂的溶液期间，在所述蒸发装置(14)中通过蒸发形成的排放蒸气被用于加热所述蒸馏装置(12)。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于将在所述蒸发装置(14)中形成的排放蒸气从所述蒸发装置(14)移除，进料到热交换器(16)中并在其中冷凝，并且将从所述蒸馏装置(12)的下部移除的含萃取剂的溶液也进料到所述热交换器(16)，进料到所述热交换器(16)的含萃取剂的溶液被释放的冷凝热蒸发，并将所述蒸气返回到所述蒸馏装置(12)的下部。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于使在所述热交换器(16)中冷凝的排放蒸气的部分料流或全部料流，与从所述蒸发装置(14)移除的排放蒸气在其被导入到所述热交换器(16)中之前发生接触，以便由从所述蒸发装置(14)移除的排放蒸气在其被导入到所述热交换器(16)中之前形成饱和蒸气。

20.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述萃取蒸馏在0.01MPa至0.30MPa的绝对压力下进行。

21.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述蒸馏装置(12)的下部中的温度为50℃至200℃。

22.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述蒸馏装置(12)的上部中的温度为30℃至190℃。

23.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于使用卤化氢含量为1重量％至低于35重量％的卤化氢起始溶液。

24.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于从所述蒸馏装置(12)的上部移除的卤化氢蒸气和/或从所述蒸馏装置(12)的上部移除的卤化氢气体具有至少30重量％的卤化氢含量。

25.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于从所述蒸馏装置(12)的上部移除的卤化氢蒸气和/或从所述蒸馏装置(12)的上部移除的卤化氢气体，通过冷凝来脱水。

26.一种用于浓缩卤化氢水性起始溶液的设备(10)，所述设备包含：

-蒸馏装置(12)，其用于在萃取剂存在下对所述卤化氢水性起始溶液进行萃取蒸馏，其中所述萃取剂含有至少一种选自如下的物质：碱金属卤化物，碱土金属卤化物，卤化铝，卤化铵，以及硫酸、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化铝、卤化铵中的两种或更多种组分的任何组合，

-在所述蒸馏装置(12)的上部上的至少一条移除线路(38)，其用于从所述蒸馏装置(12)的上部移除浓缩的卤化氢蒸气和/或卤化氢气体，

-在所述蒸馏装置(12)的下部上的至少一条移除线路(24)，其用于从所述蒸馏装置(12)的下部移除含萃取剂的溶液，

-蒸发装置(14)，其用于浓缩从所述蒸馏装置(12)的下部移除的含萃取剂的溶液，其中所述蒸发装置(14)是单级的，以及

-至少一条返回线路(22)，其用于将从所述蒸发装置(14)移除的浓缩的含萃取剂的溶液返回到所述蒸馏装置(12)，

其中所述蒸发装置(14)被设计成使得从所述蒸馏装置(12)的下部移除的含萃取剂的溶液，在高于大气压的压力下在所述蒸发装置(14)中通过蒸发进行浓缩。

27.根据权利要求26所述的设备(10)，其特征在于所述蒸发装置(14)被设计成使得所述含萃取剂的溶液在所述蒸发装置中，在高于气象学手段中现行的标准压力的绝对压力下通过蒸发进行浓缩，所述压力最高达1.5MPa。

28.根据权利要求26或权利要求27所述的设备(10)，其特征在于所述蒸发装置(14)被设计成使得所述含萃取剂的溶液在所述蒸发装置(14)中，在80℃至300℃的温度下进行浓缩。

29.根据权利要求26或27所述的设备(10)，其特征在于所述蒸发装置(14)包含至少一个选自如下的蒸发器：自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、釜式蒸发器、降膜式蒸发器以及上述蒸发器的任何组合。

30.根据权利要求26或27所述的设备(10)，其特征在于所述蒸发装置(14)的内表面至少部分由选自如下的材料构成或所述蒸发装置(14)的内表面至少部分覆盖有选自如下的材料：石墨、碳化硅、含碳纤维的复合材料、氟化聚合物、搪瓷、玻璃、橡胶处理的钢以及两种或更多种上述材料的任何组合。

31.根据权利要求26或27所述的设备(10)，其特征在于所述至少一条用于返回含萃取剂的溶液的返回线路(22)，将所述溶液在浓缩后从所述蒸发装置(14)进料到所述蒸馏装置(12)的上部和/或中部中。

32.根据权利要求26所述的设备(10)，其特征在于所述设备包含至少一条线路(28)，通过所述线路(28)使在所述蒸发装置(14)中通过蒸发形成的排放蒸气与来自于所述蒸馏装置(12)的下部的含萃取剂的溶液直接接触，以加热所述蒸馏装置(12)。

33.根据权利要求26所述的设备(10)，其特征在于所述设备包含至少一条线路(28)，通过所述线路使在所述蒸发装置(14)中通过蒸发形成的排放蒸气与来自于所述蒸馏装置(12)的下部的含萃取剂的溶液间接接触，以加热所述蒸馏装置(12)。

34.根据权利要求32或33所述的设备(10)，其特征在于所述线路(28)排放至被设计成使所述排放蒸气在其中冷凝的热交换器(16)中，进料线路(34)也排放至所述热交换器(16)中，通过所述进料线路将从所述蒸馏装置(12)的下部移除的含萃取剂的溶液进料到所述热交换器中，所述热交换器(16)被设计成使得通过进料线路(34)进料到所述热交换器(16)的含萃取剂的溶液被释放的冷凝热蒸发，并且所述热交换器(16)包含排料线路(36)，通过所述排料线路(36)将在所述热交换器(16)中形成的蒸气返回到所述蒸馏装置(12)的下部。

35.根据权利要求34所述的设备(10)，其特征在于所述热交换器(16)包含另外的排料线路，并且所述设备(10)包含另外的热交换器，所述热交换器(16)的排料线路排放至所述另外的热交换器中，并且所述另外的热交换器也包含进料线路，通过所述进料线路将从所述蒸发装置移除的排放蒸气经由该线路进料到所述热交换器，以便由从所述蒸发装置移除的排放蒸气在其被导入到所述热交换器(16)中之前形成饱和蒸气。

36.根据权利要求26或27所述的设备(10)，其特征在于在所述蒸馏装置(12)的上部上的用于移除浓缩的卤化氢蒸气和/或浓缩的卤化氢气体的所述移除线路(38)，排放至脱水装置(40)中。

37.根据权利要求26或27所述的设备(10)，其特征在于所述蒸馏装置(12)包含蒸馏柱或蒸馏塔。