DE1124022B

DE1124022B - Verfahren und Regeleinrichtung zum Aufkonzentrieren von Salzsaeure aus chlorwasserstoffhaltigen Gasen

Info

Publication number: DE1124022B
Application number: DEF32155A
Authority: DE
Inventors: Dr Franz Brandmair; Dr Ernst Kolbe; Hans Krautmann; Dr Konrad Hengst; Dr Werner Kunzer
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1960-09-20
Filing date: 1960-09-20
Publication date: 1962-02-22
Also published as: CH420079A; NL269424A; GB956608A; BE608360A

Description

Bei der Herstellung von Salzsäure nach dem Verfahren der adiabatischen HCl-Absorption werden bekanntlich die Chlorwasserstoffgase, die auch beträchtliche Inertgasanteile enthalten können, in einem mit Füllkörpern ausgestatteten Turm im Gegenstrom zu dem am Kopf des adiabatischen Turmes aufgegebenen Absorptionswasser geleitet, wobei die frei werdende Absorptionswärme im direkten Wärmeaustausch einen Teil des Absorptionswassers verdampft. Der gebildete Wasserdampf verläßt, gegebenenfalls zusammen mit sonstigen flüchtigen Beimengungen, den Turmkopf, während die Fertigsalzsäure am unteren Ende des Turmes abläuft.

Aus den Gleichgewichtsverhältnissen der beteiligten Stoffe ergibt sich, daß nach dieser bekannten Arbeitsweise die theoretisch erzielbaren HCl-Konzentrationen der Fertigsalzsäure unter 34 Gewichtsprozent liegen; bei der praktischen Durchführung unter technisch und wirtschaftlich tragbaren Bedingungen werden sogar nur Konzentrationen von 30 bis 32,5 Gewichtsprozent HCl in der Fertigsalzsäure erreicht.

Um der in der Praxis häufig auftretenden Anforderung auf eine höherprozentige Salzsäure zu genügen, ist vorgeschlagen worden, dem Absorptionsturm einen wassergekühlten Wärmeaustauscher nachzuschalten, in dem die chlorwasserstofmaltige Absorptionsflüssigkeit zwecks weiterer Anreicherung an Chlorwasserstoff mit den Ausgangsgasen in Berührung gebracht wird. Diese Arbeitsweise hat jedoch große Nachteile. Die adiabatische HCl-Absorption wird bekanntlich vor allem dann mit besonderem Vorteil angewendet, wenn beispielsweise technisch reine Salzsäure aus Abgasen von organischen Chlorierungen hergestellt oder wenn aus chlorwasserstofThaltigen Gasen mit hohem Inertgasgehalt Salzsäure gewonnen werden soll. Im ersten Fall tritt bei der erwähnten zusätzlichen Aufkonzentrierung unter Verwendung der Ausgangsgase eine Verunreinigung der Fertigsalzsäure durch kondensierende organische Beimengungen ein; im zweiten Falle stehen die hohen Inertgasgehalte der Ausgangsgase und die damit zwangläufig verbundenen niedrigen HCl-Partialdrücke dieser Gase einer stärkeren Aufkonzentrierung entgegen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren sowie eine Regeleinrichtung zur Auf konzentrierung der mit einem adiabatischen Turm hergestellten Salzsäure auf höhere HCl-Konzentrationen, als sie durch eine rein adiabatische Arbeitsweise erreichbar sind, die von diesen Nachteilen frei sind.
Es wird nun vorgeschlagen, zum Aufkonzentrieren

zum Aufkonzentrieren von Salzsäure

aus chlorwasserstoffhaltigen Gasen

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft
ίο vormals Meister Lucius & Brüning,
Frankfurt/M., Brüningstr. 45

Dr. Franz Brandmair, Dr. Ernst Kolbe,

Frankfurt-Griesheim,

Hans Krautmann, Meitingen über Augsburg,

Dr. Konrad Hengst, Limburgerhof (Pfalz),

und Dr. Werner Kunzer, Ludwigshafen/Rhein,

sind als Erfinder genannt worden

der aus dem adiabatischen Turm ablaufenden Salzsäure in dem nachgeschalteten Wärmeaustauscher nicht die Ausgangsgase zu benutzen, sondern erfindungsgemäß hochkonzentrierte HCl-Gase, die durch Desorption aus einem Teilstrom der Turmsäure in einer einfachen Ausdampfvorrichtung gewonnen werden. Die bei der Desorption anfallende verdünnte Salzsäure wird an passender Stelle wieder in den Absorptionsturm eingespeist.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens in den meisten Fällen zur Ersparnis an Heizenergie für die HCl-Desorption die zwangläufig am Kopf des adiabatischen Turmes anfallenden Abdämpfe benutzt werden können.

Die Temperatur dieser Dämpfe ist im einzelnen abhängig von den jeweiligen Betriebsverhältnissen, insbesondere den Inertgasgehalten der Ausgangsgase für die adiabatische HCl-Absorption. Damit auch noch bei verhältnismäßig niedrigen Abdampftemperaturen das für die Desorption der HCl-Gase erforderliche Temperaturgefälle im Verdampfer erreicht wirdf kann weiterhin erfindungsgemäß die Desorption in diesen Fällen auch unter vermindertem Druck durchgeführt werden. Bei besonders niedrigen Temperaturen der Abdämpfe wird erforderlichenfalls der Ausdampfer mit Fremddampf beheizt.

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Zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann beispielsweise eine Einrichtung vorgesehen sein, die außer einem adiabatischen Turm und den erforderlichen übrigen Teilen eine Desorptionsanlage mit einem nach dem Prinzip des Dünnschichtverdampfers arbeitenden Fallfilmwärmeaustauscher, in welchem die Desorption der konzentrierten HCl-Gase aus einem Teilstrom der Turmsäure im einfachen Durchlauf erfolgt, sowie

chemischen Beständigkeit und guten Wärmeleitfähigkeit mit besonderem Vorteil verwendet werden. Die Erfindung wird nachstehend durch die Beispiele 1 bis 3 und an Hand der Abb. 1 und 2 erläutert.

besitzt.

Die Einrichtung ist durch besonders einfache und übersichtliche Anordnung ausgezeichnet. Die nur

erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Ausführungsform der vorbeschriebenen Einrichtung geeignet, die darin besteht, daß die Desorptionsanlage und gegebenenfalls .auch der zur Absorption dienende

absorption ein Überschuß an HCl-Gasen zur Verfugung steht..
Die Desorptionsanlage 6 besteht von unten nach

Beispiel 1

Es handelt sich darum, aus HCl-Abgasen der Benzolchlorierung, die bei etwa 40° C mit Benzol- und Chlorbenzoldämpfen gesättigt sind, eine Salzeinen Fallfilmaustauscher für die Absorption der io säure mit 38 Gewichtsprozent HCl von möglichst der Desorptionsanlage entstammenden HCl-Dämpfe großer Reinheit zu erzeugen. Die Gase enthalten

etwa 90 Volumprozent HCl, der Rest ist Benzol und Chlorbenzol.

Wie Abb. 1 zeigt, werden die Gase durch den

geringe Ausdampfung der Säure, beispielsweise von 15 Eintrittsstutzen 1 in den adiabatischen Turm 2 ein-32 auf 30%, ermöglicht es, in Kombination mit dem gespeist. Durch die Leitung 3 wird am Kopf des nach dem Dünnschichtprinzip arbeitenden Fallfilm- Turmes das Absorptionswasser aufgegeben. Am austauscher die Desorption in einem einzigen Durch- unteren Ende des Turmes läuft eine etwa 32°/₀ige lauf zu bewirken. Salzsäure mit einer Temperatur von etwa 78° C ab

Zur besonders vorteilhaften Durchführung des 20 und sammelt sich in dem Sumpf 4. Ein entsprechender

Teil dieser 32%igen Säure wird mit Hilfe der Pumpe 5 in die Desorptionsanlage 6 gefördert und dort durch Ausdampfen in einen Dampf mit etwa 85 Gewichtsprozent HCl und eine Säure mit etwa 30 Gewichts-

Fallfilmaustauscher Bauelemente des Turms bilden. 25 Prozent HCl zerlegt. Die umzupumpende Salzsäure-Infolge ihres einfachen Aufbaues können die De- menge wird jeweils so eingestellt, daß für die Nachsorptionsanlage ebenso wie die Vorrichtung zur
Aufkonzentrierung und gleichzeitigen Abkühlung
der konzentrierten Säure mit dem adiabatischen Teil

zusammengefaßt werden, so daß die Verfahrens- 3° oben aus dem Sammelbehälter 7 für die 30%ige schritte, wie adiabatische Absorption, Desorption, Säure und dem Fallfilmwärmeaustauscher 8, dem das Aufkonzentrieren und das Abkühlen der konzen- zweckmäßig noch der Füllkörperschuß 9 von der trierten Säure, in Apparateelementen vor sich gehen Höhe eines theoretischen Bodens aufgesattelt wird, können, die Bestandteile eines einheitlichen Turmes Zur Beheizung der Desorptionsanlage werden die sind. 3 s mit etwa 97 bis 98° C am Kopf der adiabatischen

Soll die abfließende konzentrierte Säure nach dem Kolonne austretenden Abdämpfe verwendet, die Verlassen des Apparateteils, in dem die Aufkonzen- durch die Leitung 10 in den Mantelraum des FaIltrierung unter gleichzeitiger Kühlung stattfindet, noch filmaustauschers 8 eintreten. Der 85 Gewichtsprozent tiefer abgekühlt werden, so kann ein zusätzlicher HCl enthaltende Dampf strömt durch die Leitung 12 Fallfilmaustauscher, der ebenfalls Bestandteil des 40 in den Fallfilmaustauscher 14, welcher unter dem einheitlichen Turmes sein kann, vorgesehen sein.

Bestandteil der Erfindung ist eine Regelanlage,
deren Regelorgane in ihrer Anordnung und gegenseitigen Abstimmung neuartig und zur Erzielung des
durch die Erfindung erreichbaren Ergebnisses vorteil- 45 mit 38 Gewichtsprozent HCl statt, die sich in dem haft sind. Eine besonders vorteilhafte Regelein- Behälter 16 sammelt und von dort abgezogen werden richtung für die Durchführung des erfindungsgemäß kann. Erstrebt man eine tiefer gekühlte Säure, so vorgeschlagenen Verfahrens, die gegebenenfalls unter wird ein in Abb. 1 nicht gezeigter zusätzlicher Fallgleichzeitiger Verwendung der vorstehend beschrie- filmaustauscher unter dem Fallfilmaustauscher 14 benen Absorptionseinrichtung arbeiten kann, ist 5° angeordnet.

dadurch gekennzeichnet, daß im adiabatischen Teil Die überschüssigen HCl-Dämpfe gehen über den

der Anlage eine Regelung der Absorptionswasser- Tauchverschluß 15 in den adiabatischen Turm 2 zugabe über die Konzentrationsmessung der ab- zurück. Die in der Desorptionsanlage 6 gebildete fließenden Turmsäure und die Mengenmessung der 30%ige Säure gelangt aus dem Sammelbehälter 7 eintretenden Gase erfolgt und im Nachabsorberteil 55 durch einen Überlauf wieder in den adiabatischen die Konzentration der abfließenden Säure durch die Turm 2, in den sie bei 17, etwa 500 mm über dem Regelung der Kühlwassermenge, die über die unteren Ende der Füllkörpersäule, entsprechend Konzentrationsmessung der abfließenden Säure er- einem theoretischen Boden, eingespeist wird, folgt, eingestellt wird. Dabei wird die zur Konzen- Die nach der beschriebenen Arbeitsweise her-

trationsmessung benötigte Säure in beiden Fällen 60 gestellte 38%ige Säure enthält nur 0,001 bis 0,002% mit einem Bachrohr entnommen, und es erfolgt die organische Beimengungen. Hieraus ergibt sich be-Konzentrationsmessung durch die Bestimmung der
Leitfähigkeit oder durch die Temperatur der abfließenden Säure.

Im Bedarfsfalle kann die Vorrichtung aber auch 65 tration, falls sie in bekannter Weise durch unmittelvon Hand gesteuert werden. bare Verwendung der Ausgangsgase für die Auf

adiabatischen Teil des Turmes 2 angebracht ist. Unter gleichzeitiger Kühlung findet in dem Fallfilmaustauscher 14 die Absorption der Dämpfe durch die restliche 32%ige Salzsäure unter Bildung einer Säure

sonders der mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Arbeitsweise verbundene Vorteil, vor allem wenn man in Betracht zieht, daß eine Säure solcher Konzen-

Für die Einrichtung kann als Baustoff kunstharzimprägnierter Graphit wegen seiner allgemeinen

konzentrierung gewonnen
Verunreinigungen enthält.

wird, mehr als 0,1%

Eine vorteilhafte Regelung der Anlage ergibt sich an Hand der Abb. 2.

Die Menge des bei 3 aufgegebenen Absorptionswassers wird über das Regelventil RVl durch den Konzentrationsregler KR1 eingestellt. Da sich in diesem Regelkreis nur dann Stabilität erreichen läßt, wenn alle zeitlichen Verzögerungen möglichst klein gehalten werden, wird die Flüssigkeit zur Konzentrationsmessung erfindungsgemäß mit einem Bachrohr entnommen, welches direkt unterhalb des Siebbodens in den Absorptionsturm eingebaut ist. Da das Bachrohr nur ein geringes Fassungsvermögen bei hoher Durchflußgeschwindigkeit der Säure besitzt, gewährleistet diese Anordnung ein schnelles Ansprechen auch bei plötzlichen Konzentrations-Schwankungen. Durch eine zusätzliche Störwertaufschaltung von der ankommenden Gasmenge her, die mit Meßblende und Differenzdruckmesser gemessen wird, wird über das Störwertrelais SWl vorübergehend in diesen Regelkreis eingegriffen. Hierdurch läßt sich erfindungsgemäß erreichen, daß bei plötzlichen Belastungsänderungen der Stoß rechtzeitig abgefangen wird und somit kein HCl im Abdampf auftritt.

Wenn die eintretenden Gase mit nur geringem Druck ankommen, wird eine Durchflußmessung oft schwierig. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es genügt, zur Störwertaufschaltung eine Druckmessung DM1 heranzuziehen.

An Stelle der Konzentrationsregelung KR 1 kann bei hochprozentigen Eingangsgasen auch eine Temperaturregelung /erwendet werden, wobei der Fühler in ein Bachrohr eingebaut ist. Auch bei verdünnten Gasen läßt sich eine Temperaturregelung an dieser Stelle einsetzen, wobei dann der Sollwert dieses Temperaturreglers in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der eintretenden Gase durch das Analysengerät AM 1 in geeigneter Weise, verstellt werden muß.

Der Konzentrationsregler KR 2 regelt die Konzentration der ablaufenden Säure, indem er über das Regelventil R V 2 die Kühlwassermenge zum FaIlfilmaustauscher 14 verändert. Diese Art der Regelung ist besonders unanfällig gegen Betriebsschwankungen. Auch in diesem Fall wird der Fühler des Konzentrationsmessers in ein Bachrohr unterhalb des FaIlfilmaustauschers 14 eingebaut.

An Stelle der Konzentrationsregelung KR 2 kann ebenfalls eine Temperaturregelung vorgesehen werden. Die Temperatur der ablaufenden Säure ist in diesem Fall ein Maß für deren Konzentration. Sind keine großen Belastungsänderungen zu erwarten, so genügt oft eine einfache Temperaturregelung im Kühlwasser am Austritt aus dem Austauscher.

Da der aus dem Absorptionsturm austretende Abdampf in der Desorptionsanlage nahezu vollständig niedergeschlagen wird, läßt sich das anfallende Kondensat mit Hilfe eines Analysengerätes AS 2 auf Spuren von HCl überwachen.

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Beispiel 2

Es handelt sich darum, mit Tetrachlorkohlenstoff gewaschene HCl-Gase, die gesättigt mit Tetrachlorkohlenstoffdämpfen bei 40° C, entsprechend einem Gehalt von etwa 28,5 Volumprozent Tetrachlorkohlenstoff, anfallen, zu einer möglichst reinen Salzsäure mit 38 Gewichtsprozent HCl zu verarbeiten.

Die Aufarbeitung dieser HCl-haltigen Gase erfolgt im wesentlichen,wie bereits im Beispiel 1 beschrieben. Aus dem adiabatischen Turm läuft primär ebenfalls eine Säure mit 32 Gewichtsprozent HCl ab, die Ablauftemperatur beträgt jedoch nur 73° C.

Da die Temperatur der für die Desorptionsanlage 6 benutzten Brüden nur 91 bis 92° C beträgt, wird im Unterschied zum Beispiel 1 ein Unterdruck von etwa 0,4 ata mittels der Pumpe 13 in der Desorptionsanlage 6 aufrechterhalten.

Der aus der Desorptionsanlage 6 anfallende Dampf erhält wie im Beispiel 1 etwa 85 Gewichtsprozent HCl. Die Aufkonzentrierung der 32%igen Säure durch diesen hochprozentigen HCl-Dampf erfolgt wie im Beispiel 1 angegeben.

Die nach der beschriebenen Arbeitsweise hergestellte 38%ige Säure enthält nur weniger als 0,001 % Tetrachlorkohlenstoff. Bei unmittelbarer Verwendung der Ausgangsgase für die Aufkonzentrierung in bekannter Weise enthält die Säure mehr als 0,1 % Tetrachlorkohlenstoff.

Die Regelung der Anlage erfolgt in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise.

Beispiel 3

Es handelt sich darum, aus einem Abgas, das 6 Volumprozent HCl und im übrigen CO2, N₂, O₂ enthält und das mit einer Temperatur von etwa 50° C anfällt, eine Säure mit 37 Gewichtsprozent HCl zu erzeugen.

Im Unterschied zu den Beispielen 1 und 2 hat die primär anfallende 32%ige Salzsäure eine Temperatur von etwa 27 bis 28° C.

Die Desorptionsanlage 6 wird mit Fremddampf beheizt. Die Abdampfleitung 10 vom Kopf der adiabatischen Kolonne 2 zur DesorptionsanlLge 6 entfällt. Die Abdämpfe entweichen durch die Leitung 11.

Alle übrigen Verfahrensschritte im adiabatischen Turm 2, der Desorptionsanlage 6 und dem Fallfilmaustauscher 14 entsprechen den Beispielen 1 und 2.

Erfolgt die Aufkonzentrierung der Säure in bekannter Weise unmittelbar durch die Ausgaagsgase anstatt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Arbeitsweise, so ist es erforderlich, zur Erzielung der im Beispiel für die Fertigsalzsäure angegebenen Konzentration so tief zu kühlen, daß als Kühlmittel Kühlsole an Stelle von Wasser verwendet werden muß. Die Regelung der Anlage erfolgt in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Aufkonzentrieren der mit einem adiabatischen Turm hergestellten Salzsäure auf höhere HCl-Konzentrationen, als sie durch eine rein adiabatische Arbeitsweise erreichbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufkonzentrieren der Turmsäure durch Absorption konzentrierter HCl-Gase erfolgt, die aus einem Teilstrom der Turmsäure durch Desorption in einem Ausdampfer gewonnen · erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizmittel für den Ausdampfer die am Kopf des adiabatischen Turms austretenden Dämpfe verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption der HCl-Gase im Ausdampfer unter vermindertem Druck erfolgt.

4. Regeleinrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im adiabatischen Teil der Anlage eine Regelung der Absorptionswasserzugabe über die Konzentrationsmessung der abfließenden Turmsäure und die Mengenmessung

der eintretenden Gase und im Nachabsorberteil eine Regelung der Kühlwassermenge über die Konzentrationsmessung der abfließenden Säure vorgesehen ist, wobei die zur Konzentrationsmessung benötigte Säure in beiden Fällen mit einem Bachrohr entnommen wird und die Konzentrationsmessung durch die Bestimmung der Leitfähigkeit oder durch die Temperatur der abfließenden Säure erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen