CN108383085A

CN108383085A - 一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置及方法

Info

Publication number: CN108383085A
Application number: CN201810462163.XA
Authority: CN
Inventors: 童新洋; 仇晓丰; 邱树锋; 徐林波
Original assignee: Hangzhou East Energy Saving Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou East Energy Saving Technology Co Ltd
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: CN108383085B

Abstract

本发明涉及一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置及方法，包括解析***和稀硫酸真空浓缩***，解析***包括盐酸解析塔、一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器、浓硫酸干燥塔、酸雾分离器，稀硫酸真空浓缩***包括稀硫酸闪蒸槽、酸酸换热器、一级硫酸浓缩槽、二级硫酸浓缩槽、一级洗涤塔、一级水蒸汽冷凝器、二级洗涤塔、二级水蒸汽冷凝器、废水贮槽、浓硫酸中间槽。本发明利用高浓度的硫酸为萃取剂，充分利用浓硫酸的稀释热，同时浓硫酸从盐酸解析塔顶连续加入，可使盐酸解析塔顶回流比降至最小，最大限度的节约了能源消耗；采用分段真空浓缩工艺，充分利用后段酸的余热，最大限度的节约加热蒸汽消耗，为装置长周期连续工作提供技术保障。

Description

一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种稀盐酸全解析装置，尤其是涉及一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置及方法。

背景技术

众所周知，HCl与H₂O形成的稀盐酸存在有高沸点恒沸物(即其沸点高于单纯的H₂O和HCl)，其恒沸点和恒沸组成随压力而变化。所以，要处理稀盐酸使HCl与H₂O分开，用简单的蒸馏或汽提方法是不行的。目前，已工业化稀盐酸全解析的方法有以下二种：

1、氯化钙法

CaCl₂水溶液萃取破共沸回收HCl，即在稀盐酸中加入氯化钙打破其共沸点的限制，把氯化氢分离出来。其本质是加盐萃取，由一台加盐萃取汽提塔和一台水闪蒸塔组合而成，盐酸中含有硫酸根、或含有大分子有机物均会导致运行困难；由于二台塔均需要加热蒸发，所以蒸汽消耗高，典型的20％稀盐酸解析回收每吨HCl(折100％)消耗蒸汽约10.5吨左右。

氯化钙法深解析工业化装置当前存在的问题：

⑴、由于高浓度氯化钙水溶液的特点，容易在再沸器孔壁处结垢，导致其传热效率下降，废水中酸含量超标；特别是进***稀盐酸带由铁、锌等金属离子形成的氯化物，对氯化钙溶液有絮凝作用，会直接导致氯化钙溶液结晶堵塞设备和管道；硅微粉和碳微粉等具有触变性的微粉，有增稠作用，逐渐导致氯化钙溶液在再沸器管程逐渐结垢，首先会造成废水中酸含量超标，最终导致再沸器不能正常工作。所以在实际工业化运行中，再沸器的使用寿命大约在1～2年左右，需要大修处理(返厂重新钻孔)。

⑵、废水中氯化氢含量高，为了延长运行周期，氯碱企业运行装置采用了降低盐酸中氯化钙浓度的工艺措施，氯化钙法装置排出的废水中HCl浓度远大于正常工艺目标值1％；废水中HCl浓度实际值在2～3％左右；其主要原因有二，一是解析塔设计缺陷引起的，热质传递不充分。从解析塔结构上分析(现在多采用填料塔)或是塔径选型过大；或是填料选择不当；或是液体分布器，再分布器设计选型不当。二是再沸器由于结垢的影响，传热效率下降。

⑶、为了防止堵塞，氯化钙法盐酸解析装置需要定期置换***中的氯化钙盐酸溶液，防止有害离子累积；例如天业集团的稀盐酸氯化钙法深解析装置时一季度置换***中氯化钙一次，年置换4次；北元化工2个月置换***中氯化钙一次，年置换6次。

2、变压精馏法(或称压差法)

变压精馏破共沸回收HCl基本原理是利用恒沸盐酸组成随压力而变化，相对于H₂O和HCl，恒沸盐酸始终是高沸点组分的特点，从而达到使H₂O和HCl分离的目的。在绝压33.33kPa时，恒沸组成约为22％HCl，恒沸点温度为81.2℃，水的沸点温度为70.8℃；

在压力为0.20～0.30MPa(A)时，盐酸恒沸组成相应为19％～18.20％HCl。稀盐酸进入真空精馏塔进行减压精馏，塔顶蒸出水冷凝以后部分回流，其余作为废水排出***；塔底为增浓后的恒沸酸，进入加压解吸塔，塔顶解吸出HCl，经二级冷凝冷却除去夹带的酸雾后，再经低温除雾进一步脱水得到干氯化氢送用户。

变压蒸馏稀盐酸解析技术适应性比CaCl₂水溶液萃取破共沸法好，对盐酸中大多数杂质不敏感，但酸中不能含有大分子的有机物，那样会导致液体发泡，从而破坏填料的传质。变压蒸馏破共沸工艺是典型的高能耗工艺，20％稀盐酸解析回收每吨HCl(折100％)消耗蒸汽约14吨左右。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种经济价值更高、再利用用途更广泛的连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置及方法。本发明利用高浓度的硫酸(83％～88％)为萃取剂，连续萃取盐酸中的氯化氢，制取干燥的氯化氢气体再利用。

一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，所述装置包括相互连通的解析***和稀硫酸真空浓缩***，所述解析***包括盐酸解析塔、一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器、浓硫酸干燥塔、酸雾分离器，所述稀硫酸真空浓缩***包括稀硫酸闪蒸槽、酸酸换热器、一级硫酸浓缩槽、二级硫酸浓缩槽、一级洗涤塔、一级水蒸汽冷凝器、二级洗涤塔、二级水蒸汽冷凝器、废水贮槽、浓硫酸中间槽，所述盐酸解析塔底部与稀硫酸再沸器，稀硫酸闪蒸槽相连通，盐酸解析塔顶部与浓硫酸中间槽相连通；盐酸解析塔塔顶顺次与一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器、浓硫酸干燥塔、酸雾分离器相连通，所述一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器又分别与盐酸解析塔中部相连通；

所述稀硫酸闪蒸槽通过稀硫酸输送泵与酸酸换热器相连通，所述酸酸换热器与一级硫酸浓缩槽相连通，所述一级硫酸浓缩槽与二级硫酸浓缩槽相连通，所述二级硫酸浓缩槽与酸酸换热器相连通；所述一级硫酸浓缩槽与一级洗涤塔相连通，所述一级洗涤塔与一级水蒸汽冷凝器相连通，所述二级硫酸浓缩槽与二级洗涤塔相连通，所述二级洗涤塔与二级水蒸汽冷凝器相连通，所述一级水蒸汽冷凝器、二级水蒸汽冷凝器分别与水环真空泵机组相连通；所述酸酸换热器还与浓硫酸中间槽相连通。

作为优选，所述一级水蒸汽冷凝器、二级水蒸汽冷凝器分别与废水贮槽相连通，所述废水贮槽通过废水输送泵与界区外的水处理中心相连通。

作为优选，所述浓硫酸中间槽通过浓硫酸回流泵与盐酸解析塔相连通。

作为优选，一级硫酸浓缩槽的一级硫酸加热器与第一蒸汽分配台相连通，二级硫酸浓缩槽的二级硫酸加热器与第二蒸汽分配台相连通。

作为优选，稀硫酸再沸器分别与第一蒸汽分配台、蒸汽冷凝水槽相连通。

作为优选，所述浓硫酸干燥塔底部通过浓硫酸循环泵与浓硫酸干燥塔上部相连通。

作为优选，所述一级硫酸浓缩槽、二级硫酸浓缩内分别设有多个浓缩室，相邻浓缩室之间设有隔板。浓缩槽中多个浓缩室内的酸液在较低温度下沸腾蒸发，浓度逐级提高，各级浓缩室的隔板阻止了酸液的回流，保证了酸液和加热管之间的最大平均温差，充分利用了钽管表面的加热面积，保证了处理后的硫酸达到工艺要求。

一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的方法，包括下述步骤：

(1)来自贮槽的稀盐酸计量后送入盐酸解析塔，与来自塔顶喷淋下的83％～88％浓缩硫酸混合，浓缩硫酸吸收进塔后稀盐酸中的水被稀释为57％～62％的稀硫酸，同时被自身的稀释热加热，在塔底稀硫酸再沸器输入热量的共同作用下，稀硫酸被加热至沸腾状态；上升水蒸汽逐步把盐酸和硫酸混合液中的氯化氢汽提出塔，依次进入一级氯化氢冷却器和二级氯化氢冷却器分段冷却，混合氯化氢气中的硫酸、水蒸汽被冷凝回流回盐酸解析塔；

(2)出二级氯化氢冷却器的氯化氢气体冷却至10～18℃进入浓硫酸干燥塔，气体的水分被浓硫酸干燥吸收，出干燥塔的氯化氢气体经酸雾分离器除去硫酸雾后，送出界区进入氯化氢压缩机加压后循环利用；

(3)盐酸解析塔塔底的稀硫酸依靠位差加压、计量送入稀硫酸闪蒸槽中绝热闪蒸，闪蒸提浓后通过稀硫酸输送泵送入酸酸换热器，利用出二级稀硫酸浓缩槽高温浓缩硫酸的余热预热稀硫酸，然后进入一级硫酸浓缩槽，槽内稀硫酸被一级硫酸加热器加热，槽内硫酸被逐步浓缩，该槽内蒸发出的水蒸汽先进入一级洗涤塔，并与稀硫酸闪蒸槽出来的水蒸汽一起进入一级水蒸汽冷凝器，尾气中的水蒸汽大部分被冷凝，不凝气和少量水蒸汽会合后进入水环真空泵机组，尾气中冷凝的酸水收集在废水贮槽中，由废水输送泵送出界区至水处理中心集中处理；

(4)出一级硫酸浓缩槽的稀硫酸溢流进入二级硫酸浓缩槽，在更高的真空度下蒸发，槽内硫酸被二级硫酸加热器加热，槽内硫酸最终被浓缩至工艺浓度83％～88％，浓缩硫酸溢流出二级硫酸浓缩槽，先进入酸酸冷却器被进料稀硫酸冷却，然后进入浓硫酸中间槽，由浓硫酸回流泵返回盐酸解析塔循环萃取稀盐酸中的水；

(5)二级硫酸浓缩槽蒸发出的水蒸汽先后进入二级洗涤器和二级水蒸汽冷凝器冷却至工艺温度，冷却后的尾气进入水环真空泵机组，不凝气体经真空泵机组排出；蒸汽冷凝水、冷凝的稀硫酸收集在废水贮槽中，由废水输送泵送出界区至水处理中心集中处理。

作为优选，一级硫酸加热器采用低压饱和蒸汽作热源，二级硫酸加热器采用低压饱和蒸汽作热源，一级硫酸加热器和二级硫酸加热器排出的蒸汽冷凝水收集在蒸汽冷凝水槽循环利用。以工厂常用的0.6～1.0Mpa(G)低压饱和蒸汽作动力源，有效降低吨酸的浓缩成本。

作为优选，83％～88％浓缩硫酸从盐酸解析塔的填料层喷淋下，来自贮槽的稀盐酸从盐酸解析塔中上部连续加入。

本发明的有益效果在于：

1、利用高浓度的硫酸(83％～88％)为萃取剂，连续萃取盐酸中的氯化氢，制取干燥的氯化氢气体再利用；

2、利用高浓度的硫酸(83％～88％)为萃取剂，充分利用浓硫酸的稀释热，同时浓硫酸从盐酸解析塔顶连续加入，可使盐酸解析塔顶回流比降至最小，这样最大限度的节约了能源消耗；蒸汽消耗低，与氯化钙法全解析工艺比较节约蒸汽消耗30％以上；与变压精馏全解析工艺比较节约蒸汽消耗50％以上；

3、根据稀硫酸不同浓度沸点温度的差异，采用分段真空浓缩工艺，可以最大程度的降低浓缩工艺对加热蒸汽温度和工艺设备材料的要求；并充分利用后段高温浓缩酸的余热，最大限度的节约加热蒸汽消耗，为稀硫酸真空浓缩工艺装置长周期连续工作提供技术保障；

4、工艺适应性好，对稀盐酸中的杂质含量要求不高；

5、废水中的HCl含量可稳定控制在≤0.3％，废水处理成本低。

附图说明

图1为本发明解析***的结构示意图；

图2为本发明稀硫酸真空浓缩***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

参照图1，图2，一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，所述装置包括解析***和稀硫酸真空浓缩***，所述解析***包括盐酸解析塔1、一级氯化氢冷却器2、二级氯化氢冷却器3、浓硫酸干燥塔4、酸雾分离器6、稀硫酸再沸器7，所述稀硫酸真空浓缩***包括稀硫酸闪蒸槽8、酸酸换热器10、一级硫酸浓缩槽11、二级硫酸浓缩槽14、一级洗涤塔12、一级水蒸汽冷凝器13、二级洗涤塔15、二级水蒸汽冷凝器16、废水贮槽18、浓硫酸中间槽19，所述盐酸解析塔1底部与稀硫酸再沸器7相连通，盐酸解析塔1顶部与浓硫酸中间槽19相连通；盐酸解析塔1塔顶顺次与一级氯化氢冷却器2、二级氯化氢冷却器3、浓硫酸干燥塔4、酸雾分离器6相连通，所述一级氯化氢冷却器2、二级氯化氢冷却器3又分别与盐酸解析塔1中部相连通；

所述盐酸解析塔1底部与稀硫酸闪蒸槽8相通，所述稀硫酸闪蒸槽8分别与酸酸换热器10和一级水蒸汽冷凝器13相连通，所述酸酸换热器10与一级硫酸浓缩槽11相连通，所述一级硫酸浓缩槽11与二级硫酸浓缩槽14相连通，所述二级硫酸浓缩槽14与酸酸换热器10相连通；所述一级硫酸浓缩槽11与一级洗涤塔12相连通，所述一级洗涤塔12与一级水蒸汽冷凝器13相连通，所述二级硫酸浓缩槽14与二级洗涤塔15相连通，所述二级洗涤塔15与二级水蒸汽冷凝器16相连通，所述一级水蒸汽冷凝器13、二级水蒸汽冷凝器16分别与水环真空泵机组27相连通；所述酸酸换热器10还与浓硫酸中间槽19相连通。

所述一级水蒸汽冷凝器13、二级水蒸汽冷凝器16分别与废水贮槽18相连通，所述废水贮槽18通过废水输送泵17与界区外的水处理中心相连通。所述浓硫酸中间槽19通过浓硫酸回流泵20与盐酸解析塔1相连通。所述稀硫酸闪蒸槽8通过稀硫酸输送泵9与酸酸换热器10相连通。

一级硫酸浓缩槽的一级硫酸加热器与第一蒸汽分配台23相连通，二级硫酸浓缩槽的二级硫酸加热器与第二蒸汽分配台25相连通；所述一级硫酸加热器、二级硫酸加热器分别与蒸汽冷凝水槽24相连通。稀硫酸再沸器7分别与第一蒸汽分配台23、蒸汽冷凝水槽24相连通。所述浓硫酸干燥塔4底部通过浓硫酸循环泵5与浓硫酸干燥塔4上部相连通，浓硫酸干燥塔4顶部与98％硫酸补充槽25相连通。

所述一级硫酸浓缩槽、二级硫酸浓缩内分别设有多个浓缩室，相邻浓缩室之间设有隔板21。浓缩槽中多个浓缩室内的酸液在较低温度下沸腾蒸发，浓度逐级提高，各级浓缩室的隔板阻止了酸液的回流，保证了酸液和加热管之间的最大平均温差，充分利用了钽管表面的加热面积，保证了处理后的硫酸达到工艺要求。

上述装置用于连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的方法，包括下述步骤：

(1)来自贮槽22的稀盐酸计量后从盐酸解析塔中上部连续加入盐酸解析塔1，与来自塔顶填料层喷淋下的83％～88％浓缩硫酸混合，浓缩硫酸吸收进塔后稀盐酸中的水被稀释为57％～62％的稀硫酸，同时被自身的稀释热加热，在塔底稀硫酸再沸器7输入热量的共同作用下，稀硫酸被加热至沸腾状态；上升水蒸汽逐步把盐酸和硫酸混合液中的氯化氢汽提出塔，依次进入一级氯化氢冷却器和二级氯化氢冷却器分段冷却，混合氯化氢气中的硫酸、水蒸汽被冷凝回流回盐酸解析塔；

(2)出二级氯化氢冷却器的氯化氢气体冷却至15℃进入浓硫酸干燥塔，气体的水分被浓硫酸干燥吸收，出干燥塔的氯化氢气体经酸雾分离器除去硫酸雾后，送出界区进入氯化氢压缩机加压后循环利用；

一级硫酸加热器采用低压饱和蒸汽作热源，二级硫酸加热器采用低压饱和蒸汽作热源，一级硫酸加热器和二级硫酸加热器排出的蒸汽冷凝水收集在蒸汽冷凝水槽循环利用。以工厂常用的0.6～1.0Mpa(G)低压饱和蒸汽作动力源，有效降低吨酸的浓缩成本；本发明盐酸全解析工艺原理是：

利用浓硫酸的吸水性，在稀盐酸中破共沸精馏，塔顶得到氯化氢气体，塔底得到稀硫酸。浓硫酸从盐酸解析塔顶部连续加入，来自贮槽的稀盐酸从盐酸解析塔中上部连续加入，浓硫酸与盐酸在填料层中混合，在浓硫酸稀释热和塔釜上升水蒸汽共同作用下，混合溶液在填料层中共沸精馏，盐酸中的氯化氢和部分水蒸汽上升，经过塔顶填料层时氯化氢混合气中的大部分水蒸汽被连续进塔的浓硫酸吸收，含少量水蒸汽的氯化氢气体逸出塔顶，进入氯化氢气体冷却器中，被冷却和干燥得到无水的氯化氢气体。

吸收盐酸中水分的浓硫酸流至盐酸解析塔底时已经被稀释为稀硫酸，被塔底设置的再沸器用饱和蒸汽加热至沸腾，上升的水蒸汽在填料层中与在重力作用向下流的硫酸与盐酸混合液传热，混合液中的氯化氢在分压差的推动下，被汽提出液体；塔釜中多余的稀硫酸自动溢流出塔釜，进入稀硫酸真空浓缩***进行浓缩。

稀硫酸真空浓缩工艺其工艺原理是：

利用绝热闪蒸以及相同温度下硫酸溶液中H₂O和H₂SO₄不同的蒸汽压，蒸出硫酸中的水而提高硫酸的浓度；该过程在真空条件下进行，主要表现在大大降低了浓硫酸溶液的沸点，同时，根据稀硫酸不同浓度沸点温度的差异，采用分段真空浓缩工艺，这样可以最大程度的降低浓缩工艺对加热蒸汽温度和工艺设备材料的要求；并充分利用后段高温浓缩酸的余热，最大限度的节约加热蒸汽消耗；为稀硫酸真空浓缩工艺装置长周期连续工作提供技术保障。

本发明与氯化钙法全解析工艺比较节约蒸汽消耗30％以上，与变压精馏全解析工艺比较节约蒸汽消耗50％以上；同时废水中的HCl含量可稳定控制在≤0.3％，废水处理成本低。

Claims

1.一种连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：所述装置包括相互连通的解析***和稀硫酸真空浓缩***，所述解析***包括盐酸解析塔、一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器、浓硫酸干燥塔、酸雾分离器，所述稀硫酸真空浓缩***包括稀硫酸闪蒸槽、酸酸换热器、一级硫酸浓缩槽、二级硫酸浓缩槽、一级洗涤塔、一级水蒸汽冷凝器、二级洗涤塔、二级水蒸汽冷凝器、废水贮槽、浓硫酸中间槽，所述盐酸解析塔底部与稀硫酸再沸器、稀硫酸闪蒸槽相连通，盐酸解析塔顶部与浓硫酸中间槽相连通；盐酸解析塔塔顶顺次与一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器、浓硫酸干燥塔、酸雾分离器相连通，所述一级氯化氢冷却器、二级氯化氢冷却器又分别与盐酸解析塔中部相连通；

2.根据权利要求1所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：所述一级水蒸汽冷凝器、二级水蒸汽冷凝器分别与废水贮槽相连通，所述废水贮槽通过废水输送泵与界区外的水处理中心相连通。

3.根据权利要求1所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：所述浓硫酸中间槽通过浓硫酸回流泵与盐酸解析塔相连通。

4.根据权利要求1所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：一级硫酸浓缩槽的一级硫酸加热器与第一蒸汽分配台相连通，二级硫酸浓缩槽的二级硫酸加热器与第二蒸汽分配台相连通；所述一级硫酸加热器、二级硫酸加热器分别与蒸汽冷凝水槽相连通。

5.根据权利要求1所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：稀硫酸再沸器分别与第一蒸汽分配台、蒸汽冷凝水槽相连通。

6.根据权利要求1所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：所述浓硫酸干燥塔底部通过浓硫酸循环泵与浓硫酸干燥塔上部相连通，浓硫酸干燥塔顶部与98％硫酸补充槽相连通。

7.根据权利要求1所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的装置，其特征在于：所述一级硫酸浓缩槽、二级硫酸浓缩内分别设有多个浓缩室，相邻浓缩室之间设有隔板。

8.一种权利要求1所述装置用于连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的方法，其特征在于包括下述步骤：

9.根据权利要求8所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的方法，其特征在于：一级硫酸加热器采用低压饱和蒸汽作热源，二级硫酸加热器采用低压饱和蒸汽作热源。

10.根据权利要求8所述连续法盐酸全解析制取氯化氢气体的方法，其特征在于：83％～88％浓缩硫酸从盐酸解析塔的填料层喷淋下，来自贮槽的稀盐酸从盐酸解析塔中上部连续加入。