CN1323938C - 氯化氢的提纯工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种氯化氢的提纯工艺，特别是由曼海姆法生产硫酸钾副产氯化氢的提纯工艺，利用“吸收-解析”原理，利用物理方法解决了氯化氢气体与杂质分离的问题。首先将反应炉中出来的炉气用洗涤液洗涤，用吸收液对炉气中的氯化氢进行多段吸收，再经过解析塔解析出浓盐酸中的氯化氢气体，最后再经冷冻干燥获得纯度超过99%的氯化氢气体。本发明设计工艺合理，不消耗化学品，不产生“三废”，是一种绿色环保型工艺。本发明是对曼海姆法生产硫酸钾工艺的补充和完善，可使企业有效控制成本，提高经济效益，并大大缓解因氯资源供应不足而导致的PVC生产的压力，从而替代进口，节约外汇。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种氯化氢的提纯工艺，特别是涉及一种曼海姆法生产硫酸钾副产氯化氢的提纯工艺，属氯化氢提纯技术。
背景技术
我国硫酸钾的生产以曼海姆法为主，占硫酸钾产量的65％以上，其反应的副产氯化氢主要用于生产盐酸，由于所产盐酸杂质含量较高，应用范围有限，价值较低，经济效益差。而PVC的传统生产方法是由电解食盐水获得烧碱和氯气，以氯气做为一种基本原料生产聚氯乙烯(PVC)，烧碱做为基本化工原料用于其它行业，由于受烧碱市场疲软的影响，联带地造成氯资源的短缺，使我国PVC的生产发展严重滞后于消费的增长，每年不得不花费巨额外汇进口，制约了PVC的推广和应用。
发明内容
本发明的目的是将曼海姆法生产硫酸钾副产氯化氢(气体)通过精制提纯，使之达到或超过做为PVC原料的技术指标，从而缓解PVC的生产和供应，本发明之工艺经过大量探索和反复试验，开发出“吸收—解析”方法，解决了氯化氢气体与杂质(空气、H2SO4、KCL等)的分离问题。
本发明氯化氢的提纯工艺采用洗涤、吸收、解析、冷冻干燥的方法将反应炉中出来的含氯化氢的炉气提纯出纯度可达到并超过99％的氯化氢气体。
具体工艺过程如下：
1、洗涤：从反应炉出来的炉气在冷却洗涤器和洗涤塔中经洗涤液(如盐酸或硫酸等)洗涤，除去炉气中的H2SO4、KCL等杂质；
2、吸收：冷却洗涤后的炉气进入吸收塔，用吸收液进行多段吸收，生成相对于吸收液浓度高的浓盐酸，炉气则再经回收塔回收，在清洗塔中用软化水吸收后由尾气引风机排放到大气；
3、解析：吸收过程生成的浓盐酸从解析塔顶部进入解析塔，在解析塔内与塔釜液在恒沸点蒸出的盐酸蒸汽逆流接触，进行传质传热，将浓盐酸中的HCL气体部分解析出来，生成含有少量水蒸汽的HCL气体；
4、冷冻干燥：解析出的含有少量水蒸汽的HCL气体经冷却除去水分，得到成品氯化氢气体。
在本发明洗涤和吸收过程中，气体的输送动力由尾气引风机提供，引风机入口压力由反应炉出口压力决定，调节尾气引风机入口压力，使反应炉出口压力为-20--30Pa。
洗涤塔、吸收塔、回收塔和清洗塔带有塔釜液循环泵，用以维持各塔中液体的循环流量为一定值，同时还设有塔釜液补充管道负责向与气体流向相反的相邻塔补充液体，解析塔底设有稀酸出料泵，负责将解析过程中生成的部分稀盐酸通过塔釜液补充管道送至吸收塔补充吸收液，使各塔塔釜液面在工作中保持平衡状态。也就是说，在工作过程中各塔的塔釜液面保持恒定，即洗涤塔塔釜液由吸收塔生成的浓盐酸补充，吸收塔塔釜液由解析塔排出的稀盐酸和回收塔返回的稀盐酸补充，回收塔塔釜液由清洗塔釜液补充，清洗塔塔釜液由软化水补充。
文献报道洗涤用酸多采用浓硫酸，洗涤后气体中的H2SO4和KCL含量可达到0.5～0.1mg/Nm3和0.05～0.02mg/Nm3，在本发明中优选盐酸做洗涤剂，用一个冷却洗涤器和三个填料塔串联进行四级洗涤，洗涤后气体中KCL含量可降到0.002mg/Nm3以下。洗涤过程生成的混酸可循环使用，控制混酸中H2SO4含量小于10％，排出的混酸可以卖掉，不产生污染。
由氯化氢水溶液的气一液平衡关系可知，压力越高，温度越低，氯化氢的溶解度越大，本发明工艺的反应炉内要保持-20--30Pa的压力，考虑到气体输送能耗确定洗涤和吸收在微负压条件下操作。综合考虑氯化氢气体的冷却能耗，吸收液的冷却能耗，氯化氢气体冷却洗涤器的出口气体温度控制在＜40℃，解析塔向吸收塔补充的稀盐酸温度控制在＜20℃。
由盐酸沸点曲线可知，在常压下加热到约60℃，35％盐酸就会沸腾，蒸出氯化氢(HCL＞95％)，当温度接近110℃(恒沸点)时，液相、气相中的氯化氢含量趋于相同，操作压力在20-40KPa时塔底恒沸温度约120℃，此时吸收
过程生成的浓盐酸由解析塔塔顶进料，与塔釜蒸出的盐酸蒸汽进行传质、传热，用再沸器给塔釜供热，使塔釜液保持恒沸状态，使塔顶获得氯化氢气体小于78℃(摩尔分数＞95％)。
在冷冻干燥过程中，根据盐酸的沸点一组成曲线，当饱和盐酸蒸汽冷却时，理论上控制氯化氢气体的温度小于13℃就可满足含水量小于0.06％的要求，实际选择冷冻出口温度为0--5℃。
本发明氯化氢的提纯工艺具有以下优点：
1、本发明工艺可不用外部供给化学原料，洗涤、吸收、解析过程使用的塔釜液都可由下一级塔釜液补充。在洗涤过程中生成的混酸，由于严格控制其中的H2SO4含量，使之可以方便的运输，是一种商品，故本发明在应用过程中不产生“三废”，且尾气排放符合国家环保要求，是绿色环保型生产工艺。
2、工艺先进合理，采用物理方法，解决了氯化氢气体与杂质分离的问题；成品纯度高，可作为多领域的生产原材料。
3、本发明是对曼海姆法生产硫酸钾的补充和完善，并可对企业控制成本，提高经济效益提供帮助，并大大缓解因原料供应不足而导致的PVC的生产压力，从而替代进口，节约外汇。
附图说明：
附图为本发明的工艺流程图
具体实施方式：
首次开车前，在洗涤塔塔釜中加入35％浓盐酸，在吸收塔、回收塔和清洗塔中加入软化水，在解析塔釜加入20％稀盐酸，使各塔塔釜液面达到50％，然后开动塔釜液循环泵及尾气引风机，调节尾气引风机入口压力使反应炉气出口压力为-25Pa，此时从反应炉内出来温度为550℃，流量为1428.57kfg/h的炉气，其组成为：HCL 1000kg/h、空气404.71kg/h、H2SO4 21.86kg/h、KCL等2kg/h，经过冷却洗涤器和洗涤塔，洗去H2SO4和KCL等，洗涤后的炉气进入吸收塔，此时炉气中的HCL开始吸收，控制吸收塔气体出口温度小于40℃，炉气再经回收塔回收，最后在清洗塔用软化水吸收后由尾气引风机排入大气，尾气组成为：空气404.71kg/h、H2O 11.85kg/h、HCL 0.0064kg/h(20mg/Nm3)完全符合国家排放标准；
当吸收生成的盐酸浓度达到35％时，此时开启浓盐酸向解析塔输送阀门，浓盐酸由吸收塔进入解析塔，此时解析塔在20-40KPa压力下操作，调节再沸器供给解析塔釜的热量，控制塔釜液保持恒沸温度约120℃、塔顶气体温度小于78℃，从塔顶进入的浓盐酸与盐酸蒸汽进行传热传质，浓盐酸中的HCL部分解析出来，从塔顶可获得含有少量水蒸汽的HCL气体，经循环水冷却至低于40℃，再用-15℃的盐水冷却到0℃，最后经酸雾过滤器过滤得到HCL气体成品经缓冲罐送入外网。由冷却过程产生的少量浓硫酸再返回解析塔进行解析，而解析塔排出的稀盐酸一部份流回到塔釜作为物料的补充，另一部分则送至吸收塔作为吸收液的补充；
当洗涤生成的混酸中硫酸含量达到8-10％时，将混酸排入混酸储罐，同时开启吸收塔、回收塔和清洗塔塔釜液补充管道阀门，向与气体流向相反的相邻塔补充塔釜液，向清洗塔补入温度为30℃、流量为157.05kg/h的软化水，调节各塔塔釜液面为50％，此时系统进入稳定运行状态
炉气经由上述工艺精制排出混酸流量为261.81kg/h、组成为：HCL92.89kg/h、H2SO4 21.86kg/h、KCL等2kg/h、H2O 145.06kg/h，最后获得的HCL(g)产品温度为0℃、压力为30KPa、流量为907.25kg/h，其组成为：HCL907.11kg/h、H2O 0.14kg/h。
生产PVC的原料HCL指标：
HCL ≥94％
O2 ＜0.4％
H2 ＜1.5％
H2O ＜0.06％
游离氯 无
通过本发明工艺提纯出的氯化氢气体完全可以达到生产PVC所用原料的要求。
Claims (3)
1.一种氯化氢的提纯工艺，其特征在于：其具体工艺过程如下：
洗涤：反应炉出来的含氯化氢的炉气在冷却洗涤器和洗涤塔内经洗涤液盐酸洗涤；
吸收：冷却洗涤后的炉气进入吸收塔，用吸收液进行多段吸收，生成相对于吸收液浓度高的浓盐酸，炉气则再经回收塔回收，在清洗塔中用软化水吸收后排放到大气；
解析：吸收过程生成的浓盐酸进入解析塔内，与解析塔釜内的盐酸蒸汽进行传热传质，生成含有少量水蒸汽的HCl气体；
冷冻干燥：解析出的含有少量水蒸汽的HCl气体经冷却除去水分，得到HCl气体；
首次开车前，在洗涤塔塔釜中加入35％浓盐酸，在吸收塔、回收塔和清洗塔中加入软化水，在解析塔釜加入20％稀盐酸，使各塔塔釜液面达到50％，然后开动塔釜液循环泵及尾气引风机，调节尾气引风机入口压力使反应炉气出口压力为-25Pa，炉气经过冷却洗涤器和洗涤塔，洗去H2SO4和KCl等，洗涤后的炉气依次进入吸收塔和回收塔，最后在清洗塔用软化水吸收后，尾气排入大气；
当吸收生成的盐酸浓度达到35％时，此时开启浓盐酸向解析塔输送阀门，浓盐酸由吸收塔进入解析塔，此时解析塔在20-40KPa压力下操作，调节再沸器供给解析塔釜的热量，控制塔釜液保持恒沸温度120℃、塔顶气体温度小于78℃，从塔顶进入的浓盐酸与盐酸蒸汽进行传热传质，浓盐酸中的HCL部分解析出来，从塔顶可获得含有少量水蒸汽的HCl气体，经循环水冷却至低于40℃，再用-15℃的盐水冷却到0℃，最后经酸雾过滤器过滤得到HCl气体成品经缓冲罐送入外网，而解析塔排出的稀盐酸一部份流回到塔釜作为物料的补充，另一部分则送至吸收塔作为吸收液的补充；
开启吸收塔、回收塔和清洗塔塔釜液补充管道阀门，向与气体流向相反的相邻塔补充塔釜液，向清洗塔补入温度为30℃、流量为157.05kg/h的软化水，调节各塔塔釜液面为50％，此时系统进入稳定运行状态。
2、如权利要求1所述的一种氯化氢的提纯工艺，其特征在于：各塔的塔釜液面保持恒定，即洗涤塔塔釜液由吸收塔生成的浓盐酸补充，吸收塔塔釜液由解析塔排出的稀盐酸和洗涤塔返回的稀盐酸补充，回收塔塔釜液由清洗塔塔釜液补充，清洗塔塔釜液由软化水补充。
3、如权利要求1所述的一种氯化氢的提纯工艺，其特征在于：当洗涤生成的混酸中的H2SO4的含量为8----10％时，排入混酸储罐。
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