Очистка хлористого водорода
Очистка хлористого водорода
Введение
Хлористый водород (хлорид водорода) представляет собой высокотоксичный газ, который в значительных объемах выделяется в качестве побочного продукта на различных органических и нефтехимических производствах. В промышленной терминологии такие побочные газовые выбросы принято называть абгазами. Традиционным и наиболее простым способом утилизации данного химического соединения является его растворение в воде с получением соляной кислоты. Однако абгазный хлористый водород содержит большое количество сопутствующих примесей, преимущественно органического характера, что делает невозможным его прямое использование в технологических процессах без предварительной глубокой очистки. Присутствие органических загрязнений нарушает работу оборудования и снижает качество целевой продукции.
В химической промышленности широко применяется синтетическая соляная кислота, получаемая путем непосредственного синтеза из чистого газообразного хлора и водорода. Тем не менее, утилизация и очистка именно побочного абгазного хлористого водорода является важнейшей экологической и экономической задачей в рамках создания современных безотходных технологий. Качественная очистка абгазов предотвращает загрязнение окружающей среды токсичными выбросами и позволяет возвращать ценное химическое сырье обратно в производственный цикл.
Физико-химические основы процесса поглощения
Процесс растворения хлористого водорода в воде сопровождается бурной реакцией с интенсивным выделением значительного количества тепловой энергии. В связи с этим ключевой технологической задачей при получении очищенной соляной кислоты является эффективный отвод образующегося тепла. В промышленной практике применяются два основных метода абсорбции хлористого водорода, различающиеся температурными режимами и способами теплоотвода: изотермический и адиабатический.
Изотермическая абсорбция протекает при комнатной температуре и требует принудительного охлаждения как самого аппарата-абсорбера, так и используемого абсорбента. Данный метод позволяет получать концентрированную соляную кислоту с массовой долей основного вещества около 38 процентов. Главным недостатком изотермического подхода является крайне низкая эффективность удаления сопутствующих органических примесей, которые практически полностью остаются в конечном продукте растворения.
Метод адиабатической абсорбции
Для комплексного решения проблемы очистки от органических загрязнений инженером Гаспаряном был предложен метод адиабатической абсорбции. В основе данного метода лежит поглощение хлористого водорода кипящей соляной кислотой при высоких температурах. Отвод выделяющейся теплоты химической реакции в этом случае осуществляется естественным путем за счет интенсивного испарения воды из раствора. На стадию абсорбции в таких установках обычно подается газ с начальной концентрацией хлористого водорода около 80 процентов.
Высокий температурный режим адиабатического процесса способствует тому, что летучие органические примеси вместе с парами воды переходят в газовую фазу, покидая жидкую кислоту. В результате этого термодинамического разделения удается получить очищенную от основной массы органики соляную кислоту с концентрацией на уровне 30-35 процентов.
Технологическое оформление процесса адиабатической очистки
Типовая технологическая схема адиабатической очистки представляет собой непрерывную многоступенчатую систему аппаратов. Исходный неочищенный газ поступает в первичный аппарат системы — колонну абсорбера. Отходящие из данной колонны газы направляются в конденсатор, в который дополнительно подается вода для улавливания остатков целевого компонента. На этом этапе происходит термическое разделение газовой и жидкой фаз: под воздействием высоких температур органические примеси концентрируются в отходящей газовой фазе.
Дальнейшая доочистка потоков осуществляется в специализированной санитарной колонне. В нее также подается вода для максимального извлечения остатков кислоты из газовой смеси и окончательного отделения выбросов. Жидкость, образующаяся на предшествующих стадиях конденсации, направляется в специальный аппарат-разделитель для сепарации водной и органической фаз. Отделенная органическая фаза отводится в накопительный сборник, после чего может быть направлена на дальнейшую переработку или химическую очистку в зависимости от состава извлеченной органики.
Водная фаза, представляющая собой слабоконцентрированный раствор кислоты, охлаждается в теплообменнике и с помощью системы насосов перекачивается в сборник, откуда частично возвращается обратно на стадию абсорбции. Окончательное удаление следов примесей из получаемой кислоты производится в отдельной очистной колонне путем продувки воздухом. Процесс воздушной десорбции заставляет оставшиеся органические компоненты перейти в газовую фазу, оставляя в жидком остатке очищенную товарную соляную кислоту.
Стриппинг-процесс и получение абсолютированного газа
В случаях, когда промышленному потребителю требуется не очищенная соляная кислота в виде водного раствора, а абсолютно чистый газообразный хлористый водород, применяется так называемый стриппинг-процесс. Данная технология комбинирует начальную стадию водной сорбции предварительно осушенного газа с последующей термической диссоциацией и дистилляцией (ректификацией) полученного кислотного раствора.
В рамках стриппинг-процесса исходный загрязненный абгаз первоначально проходит через адиабатический абсорбер. Непоглощенные газы направляются в конденсатор и разделительную емкость для сепарации жидкой фазы и механического отделения водного раствора от органических веществ. Соляная кислота, образовавшаяся в первичном абсорбере, поступает в каскад дополнительных колонн для глубокой многократной очистки, после чего направляется непосредственно в ректификационную колонну.
Процесс ректификации позволяет термически разделить компоненты раствора. Из верхней части ректификационной колонны непрерывно отводится очищенный газообразный хлористый водород, а из кубовой части аппарата выводится жидкая азеотропная смесь. Выходящий из верхней секции хлористый водород подвергается последовательному двухступенчатому охлаждению: сначала проточной водой, а затем специальным холодильным рассолом. В процессе этого глубокого охлаждения содержащаяся в газовом потоке остаточная влага конденсируется, образуя концентрированную соляную кислоту, которая отделяется от основного потока. Итоговым продуктом данной технологической цепочки является чистый стопроцентный газообразный хлорид водорода.