Технология производства соляной кислоты

Синтетический метод синтеза соляной кислоты практически не имеет отходов, так как в процессе синтеза главным образом получается основной продукт – соляная кислота, без побочных продуктов.

Испарённую в процессе абсорбции, воду можно пускать заново на абсорбцию хлороводорода.

 

 

 

 

 

4 КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ

 

Камеры сжигания выполнены из стали, графита, кварца, огнеупорного кирпича. Простейшими камерами, применявшимися ранее, являются полые кирпичные камеры, футерованные изнутри огнеупорным кирпичом [1]. Иногда реакционные камеры заполняют контактным материалом - графитом, коксом, кварцем, огнеупорной глиной и т. п. Применяются также вертикальные печи из простых или специальных сталей, снабженные снаружи водяными кожухами, охлаждаемыми проточной водой при температуре не ниже 90-95 °С во избежание конденсации воды из НСl на стенке печи. Стальные печи могут работать под давлением, что увеличивает концентрацию НСl в газе благодаря устранению подсосов воздуха.

Рис.4.1  – слева печь синтеза НС1, справа графитовая камера сжигания с восходящим потоком горения (справа). 1-корпус печн; 2 - горелке; 3 - запальный люк; 4 - смотровой штуцер; 5 - предохранительный лист; 6 - опорная конструкция

В печи диаметром 0,25 м и высотой 2,5 м можно получать НС1 в количестве, достаточном для производства 6-25 т/сут соляной кислоты.

Иногда применяют двухконусные стальные печи с естественным воздушным охлаждением. В этой печи обеспечивается равномерная тепловая нагрузка стенок, так как форма печи близка к форме факела[11]. Корпус печи изготавливается из 8-миллиметровой листовой стали.

Нижняя цилиндрическая часть корпуса и съемное днище печи футерованы огнеупорным кирпичом. В верхнем конце печи расположена предохранительная мембрана, изготавливаемая из поронита или асбеста. В печи поддерживается давление 6 кПа, температура наружной стенки печи достигает 400 °С, а температура выходящего газа должна быть не выше 250°С. Недостатком стальной печи является то, что полученный хлористый водород содержит относительно большое количество железа, остатков от прокаливания. Это отрицательно влияет на качество соляной кислоты.

Кварцевая аппаратура очень дорогая и хрупкая, что создает затруднения при ее обслуживании. Поэтому она применяется очень ограниченно, например при получении НСl для особо чистой соляной кислоты.

В последнее время наибольшее применение в качестве конструкционного материала находит графит, импрегнированный феноло-формальдегидными смолами (коробон, игурит, карбаит). Отличная коррозионная стойкость импрегнированного графита предотвращает загрязнение НСl.

Предложены и используются в промышленности разнообразные конструкции печей, из которых следует выделить два основных типа печей, отличающихся по способу работы и методу охлаждения.

Первый тип представляет собой вертикальную камеру сжигания с восходящим потоком горения. Печь изготовлена из неимлрегнированного графита и состоит из корпуса, дна, крышки и трубки с отверстием для выпуска хлористого водорода. В этой камере применяется наружное охлаждение, причем часть воды просачивается внутрь через раковины в графите. Кроме того, она поступает снизу на дно печи, снижая высокую температуру внутри печи. Благодаря такому охлаждению температура выходящего газа равна 150-220 °С.Непосредственное соединение хлора и водорода проводится в контактных печах, сделанных из жароупорной стали, их высота иногда достигает нескольких метров и диаметр - более полуметра. В нижней части печи имеется горелка, состоящая из двух труб, вставленных одна в другую. Сухой хлор поступает во внутреннюю часть трубы, а водород - в наружную. На выходе водород и хлор сгорают с образованием пламени; так как при реакции выделяется теплота (22000 кал на гмольНСl), то температура пламени доходит до 2400°. С целью предупреждения загрязнения хлористого водорода хлором в горелку подают некоторый избыток водорода, до 5% против теоретически необходимого количества. Полученный хлористый водород затем направляют из верхней части печи на поглощение водой или переводят в жидкое состояние. Ранее поглощение хлористого водорода проводилось в специальных сосудах, охлаждаемых для отвода выделяющегося тепла холодной водой или воздухом и действующих по принципу противотока. Гораздо удобнее поглощение хлористого водорода проводить в адиабатических условиях, т. е. без внешнего отвода (или подвода) тепла. В таких условиях выделяющееся тепло идет на нагревание, а затем на испарение воды, за счет чего и происходит охлаждение системы. При достаточно долгом пропускании хлористого водорода получается концентрированная соляная кислота. Хлористый водород предварительно охлаждают в стальном газоходе 2 до 200-250°, а затем направляют в нижнюю часть поглотительной башни 3, которая имеет внутри насадку из керамических колец. В верхнюю часть башни поступает вода, растекающаяся по насадке. Таким образом, для облегчения поглощения создаются наиболее благоприятные условия: имеется большая поверхность раздела между газовой и жидкой фазами и используется принцип противотока.

Горелка, используемая в печах этого типа, состоит из двух графитовых-трубок: наружной и внутренней. Хлор поднимается по внутренней 1 , а водород - по варианты формы и направления отверстий 4 для хлора и водорода в наружной трубке 2 со скоростью 10-20 м/с.[1]

 

Рис 4.2 – Горелка используемая для синтеза HCl

1,2 – внутренняя и наружная графитовые трубки; 3 – кварц; 4 – выпускные отверстия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

 

В таблице  приведены нормы расхода этих ресурсов на 1 тонну выпускаемой соляной кислоты:

 

Таблица – Усредненные энергетические затраты на 1 тонну 100 %–ой соляной кислоты

Затраты	Расходный коэффициент
Электроэнергия, МДж (кВт·ч)	220 (61)
Пар на технологические нужды, ГДж (Гкал)	5,36 (1,28)
Вода (оборотная), м3	150

 

 

Ниже приведены обобщенные нормы расхода для производства соляной кислоты:

 

Таблица – Расходные нормы по сырью для производства 1 т соляной кислоты

Затраты	Расходный коэффициент
Водород, м3	5,1
Хлор, м3	9,8

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

 

В работе было рассмотрена безотходная технология получения соляной кислоты, а именно синтетической. Была приведена реакция на которой основывается вся технология получения продукта, а также условия при которых она протекает. Рассмотрена схема производства продукта выбранным методом сописаниям стадий и конструкций основных аппаратов. И как указано выше синтетическая соляная кислота соответствует нормам показателей качества. Предложен способ частичной утилизации отходов. В работе также указаны расходные коэффициенты по сырью. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАТЕНТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА И ТОПКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации

 

Суть изобретения:

Изобретение относится к получению хлористого водорода. Хлорсодержащий газ сжигают в факеле водородно-углеродного топлива в присутствии паров воды и затем подвергают двухстадийному охлаждению продукты горения: на первой стадии - в теплообменнике воздухом, а на второй - смешением с воздухом, пропущенным через теплообменник. Для осуществления способа используют топку с встроенным в нее теплообменником, разделяющим камеру горения и камеру смешения и имеющим каналы для продуктов горения и для воздуха, не сообщающиеся друг с другом. Данное изобретение позволяет получить газовоздушную смесь определенного состава и температуры, а также высокую степень конверсии хлора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Номер патента:	2139237
Класс(ы) патента:	C01B7/01
Номер заявки:	98110484/12
Дата подачи заявки:	29.05.1998
Дата публикации:	10.10.1999
Заявитель(и):	Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" АО ВАМИ
Автор(ы):	Безукладников А.Б.; Татакин А.Н.; Щеголев В.И.; Сандлер Г.Ю.; Болотова И.Ф.
Патентообладатель(и):	Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" АО ВАМИ

 

Описание изобретения:

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к производству магния.В процессе электролиза магния образуется хлорсодержащий газ (70-75% хлора) - "анодный хлор", который может использоваться в виде хлористого водорода при обезвоживании карналлита в кипящем слое для подавления гидролиза хлористого магния. 
Топочные газы печи кипящего слоя должны содержать 0,5-6,0% хлористого водорода, иметь температуру 400-500o С и влажность не более 2 % объема, т.к. большая влажность вызовет повышение гидролиза карналлита при обезвоживании.

Известен способ конверсии хлора с получением синтетического хлористого водорода подачей хлорсодержащего газа с водяным паром в факел горения газообразного или жидкого топлива (М.И.Левинский и др. Хлористый водород и соляная кислота. Обзорная информация. М., "Химия", 1985 г.).

При этом устанавливается равновесие:

 
H2O + Cl2 = 2HCl + 0,5O2 + 20,8 ккал

 

Термодинамические расчеты реакции показали, что равновесный состав продуктов реакции зависит от температуры, содержания кислорода и водяного пара в газовой фазе. Для сдвига равновесия в сторону образования хлористого водорода необходима высокая температура (не ниже 1500oC), избыток паров воды и минимальное количество кислорода.

После сжигания хлорсодержащего газа продукты горения охлаждают различными способами с применением в качестве охлаждающего агента воды, воздуха или раствора соляной кислоты. Происходит закалка продуктов горения (J.G.HornathandJ.O.S.Macdonald, Processtechnology, international, январь, 1973, s.61).

Известны процессы высокотемпературного сжигания, применяемые фирмами, выпускающими хлорорганические продукты, при переработке хлорорганических отходов (ХОО) с превращением их в газообразный хлористый водород (В.И.Абрамова и др. Переработка, использование и уничтожение отходов в производстве хлорорганических продуктов. Обзорная информация. Сер. "Хлорная промышленность". М., 1977).

Процесс фирмы "Рон-Пуленк" включает в себя сжигание ХОО в циклонной топке при температуре 1200oC, охлаждение продуктов горения в графитовом теплообменнике водой, абсорбцию соляной кислотой и дистилляцию. 
В Японии, США и Западной Европе используется процесс фирмы "Ниттеу": высокотемпературное сжигание ХОО с применением циклонной топки, закалка продуктов горения в аппарате погружного охлаждения раствором соляной кислоты, десорбция водой и последующая экстрактивная дистилляция. Топка, в которой сжигают ХОО, состоит из корпуса, горелки, камеры горения и выходного отверстия для газов.

Недостатком перечисленных процессов является применение в качестве охлаждающего агента воды и растворов соляной кислоты, что неминуемо приведет к значительному повышению содержания паров воды в газовой фазе, а это недопустимо для газа, используемого в печах КС. Кроме того, степень конверсии хлора составляла всего 95-96%. 
Технической задачей изобретения является получение смеси хлористого водорода с воздухом заданного состава, обеспечение высокой степени конверсии хлора.

Способ заключается в сжигании хлорсодержащего газа в факеле горения топлива в присутствии паров воды и двухстадийном охлаждении продуктов горения: на первой стадии - до температуры 750-800oC в теплообменнике воздухом, а на второй стадии - до температуры 450- 500oC прямым контактом с воздухом, пропущенным через теплообменник на первой стадии.

Топка для сжигания хлорсодержащих газов в пламени углеродно-водородного топлива в присутствии паров воды состоит из корпуса, горелки, камер горения и смешения, разделенных теплообменником; теплообменник имеет каналы, соединяющие камеру горения с камерой смешения, а также каналы для воздуха с входными отверстиями на наружной поверхности корпуса топки и выходом в камеру смешения.

Топка состоит из корпуса 1, горелки 2, камеры горения 3, камеры смешения 4, теплообменника 5, каналов для продуктов горения 6, каналов 7 и патрубков 8 для подачи вторичного воздуха, выходного отверстия 9 для газовоздушной смеси.

Способ осуществляется следующим образом.

В топку через горелку 2 подают углеродно-водородное топливо, воздух, хлорсодержащий газ, водяной пар. В камере горения 3 происходит конверсия хлора и образуется газовая смесь, содержащая хлористый водород, с температурой 1300-1600oC. Продукты горения поступают из камеры горения 3 в камеру смешения 4, проходя через теплообменник 5 по каналам 6. Кроме каналов для продуктов горения 6 теплообменник имеет каналы 7 с наружными входными отверстиями, патрубками 8 и выходом в камеру смешения. Через эти каналы подается вторичный воздух. Каналы не сообщаются друг с другом.В теплообменнике 5 продукты горения нагревают воздух до 300-400oC, а сами быстро охлаждаются до 750-800oC и с этой температурой поступают в следующую камеру, где смешиваются с нагретым воздухом из теплообменника. Полученная газовоздушная смесь с температурой 400-500oC выводится из топки через выходное отверстие 9 и направляется в печь кипящего слоя.