Регенерация соляной кислоты

Регенерация соляной кислоты или регенерация HCl представляет собой химический процесс восстановления связанной и несвязанной HCl из растворов хлоридов металлов, таких как соляная кислота . ^{[ 1 ]}

Область применения

Наиболее актуальной с коммерческой точки зрения областью применения процессов регенерации HCl является извлечение HCl из отходов травильных растворов линий травления углеродистой стали . Другие применения включают производство оксидов металлов, таких как, помимо прочего, Al ₂ O ₃ и MgO, а также оксидов редкоземельных элементов , путем пирогидролиза водных растворов хлоридов металлов или хлоридов редкоземельных металлов.

Доступно несколько различных маршрутов процесса. Наиболее широко используемый метод основан на пирогидролизе и адиабатической абсорбции хлористого водорода в воде - процессе, изобретенном в 1960-х годах. Однако ужесточение экологических стандартов и строгая политика в отношении разрешений на использование воздуха делают все более трудным создание новых установок по регенерации кислоты на основе пирогидролиза.

Известные процессы

следующие процессы регенерации HCl из отработанных травильных растворов В промышленности по переработке черных металлов внедрены :

Регенерация

Пирогидролиз
- Спрей-обжарочный аппарат пирогидролиза
- Пирогидролиз в кипящем слое
Гидротермальная регенерация
Электролитическое осаждение Fe

Восстановление свободной HCl

Замедление
Диализ
Ионный обмен

Превращение FeCl ₂ в FeCl ₃

Гидротермальная регенерация

Гидротермальный гидролиз соляного СПЛ линий травления углеродистой стали представляет собой гидрометаллургическую реакцию, протекающую по следующей химической формуле:

Шаг 1: окисление

12 FeCl ₂ + 3 O ₂ → 8 FeCl ₃ + 2 Fe ₂ O ₃

Шаг 2: гидролиз

2 FeCl ₃ + 3 H ₂ O → 6 HCl + Fe ₂ O ₃

Сегодня гидротермальный гидролиз, который происходит при очень низких температурах, потребляет лишь часть энергии, необходимой для других процессов, и практически не производит выбросов, считается наиболее эффективным способом регенерации любого количества отработанного травильного раствора.

Преимущества

низкое энергопотребление (около 1300 кДж на литр отработанной кислоты)
нет газообразных выбросов
широкий рабочий диапазон (от 10 до 100 % номинальной мощности)
высокоценный побочный продукт (>20 м ³/г удельная поверхность по БЭТ; удельный вес >2 кг/л; <0,05% водорастворимых хлоридов)
теоретически неограниченная рабочая мощность

Известные реализации

Известные реализации процессов гидротермальной регенерации HCl включают процесс PORI (1974 г. для J&L Steel, демонтирован) и оптимизированный мокрый процесс SMS Demag (2008 г. для ThyssenKrupp Steel, в стадии строительства).

Пирогидролиз отработанного травильного раствора

Пирогидролиз отработанного соляного травильного раствора линий травления углеродистой стали представляет собой гидрометаллургическую реакцию, протекающую по следующим химическим формулам:

4 FeCl ₂ + 4 H ₂ O + O ₂ = 8 HCl + 2 Fe ₂ O ₃

2 FeCl ₃ + 3 H ₂ O = 6 HCl + Fe ₂ O ₃

Этот процесс представляет собой инверсию процесса химического удаления накипи (травления).

Основные различия между различными реализациями регенерации пирогидролитической кислоты

Тип печи ( распылительная печь , печь с псевдоожиженным слоем или комбинированная печь)
Физические свойства побочного продукта оксида железа ( порошка или гранулы оксида железа )
Чистота и коммерческая ценность побочного продукта оксида железа
- Содержание Cl
- Содержание SiO ₂ (обычно от 40 до 1000 ppm)
- другие примеси
- удельный вес (обычно от 0,3 до 4 кг на литр)
- удельная поверхность (обычно от 0,01 до 8 м2/г)
Энергопотребление (от 600 до 1200 ккал/л)
Тип топлива
Концентрация регенерированной кислоты (обычно около 18% по массе)
Чистота регенерированной кислоты (остаточное содержание Fe, содержание Cl)
Эффективность восстановления (обычно 99%)
Использование промывной воды
Выбросы из дымовой трубы (HCl, Cl ₂ , пыль, CO, NOx)
Жидкие стоки (состав, количество)

Принципиальная технологическая схема установки регенерации соляной кислоты с распылительным обжигом

Описание процесса установки регенерации соляной кислоты с распылительной обжаркой

Предварительное концентрирование

Раствор хлорида металла (в наиболее распространенном случае отработанный травильный раствор линии травления углеродистой стали) подается в испаритель Вентури (III), где происходит непосредственный массо- и теплообмен с горячим обжиговым газом из обжиговой печи (реактора/циклона). место. Сепаратор (IV) разделяет газовую и жидкую фазы продукта испарителя Вентури. Жидкая фаза рециркулируется обратно в испаритель Вентури для повышения эффективности массо- и теплообмена.

ок. От 25 до 30% отработанной кислоты (H ₂ O, HCl) испаряется.
обжарочный газ охлаждается до прибл. от 92 до 96 °С
частицы пыли удаляются из обжигающего газа

Обжарка

Предварительно концентрированную отработанную кислоту из предварительного концентратора (III/IV) впрыскивают в реактор (I) с помощью одной или нескольких распылительных штанг (VIII), каждая из которых имеет одну или несколько инжекторных форсунок. Впрыск происходит в верхнюю часть реактора под давлением от 4 до 10 бар. Реактор зажигается напрямую с помощью тангенциально установленных горелок, которые создают горячий вихрь. Температура внутри реактора варьируется от 700 °C (уровень горелки) до 370 °C (канал выхода обжаренных газов). В реакторе происходит преобразование капель предварительно концентрированной отработанной кислоты в порошок оксида железа и газообразный хлороводород. Хлороводород покидает реактор через верх, а порошок оксида железа удаляется снизу реактора с помощью механических экстракционных устройств. Циклон (II) в канале обжигающего газа обеспечивает отделение и возврат более крупных частиц оксидов, переносимых обжарочным газом.

Поглощение

В абсорбционной колонне (V) соединение хлористого водорода насыщенного обжигающего газа, выходящего из предварительного концентратора, адиабатически абсорбируется водой (которой во многих случаях является кислая промывная вода из линии травления углеродистой стали). Регенерированную кислоту (типичная концентрация: 18% мас./мас.) собирают в нижней части абсорбционной колонны.

Очистка выхлопных газов

Обжаренный газ подается через систему с помощью вытяжного вентилятора (VI). Вентиляторы на установках обеспечивают повышение давления прибл. 200 мбар и управляются с обратной связью для поддержания относительного давления -3 мбар между реактором и атмосферой, чтобы избежать любой утечки кислого газа, связанной с избыточным давлением. Для промывки рабочего колеса и охлаждения газа, а также для удаления остатков HCl из обожженного газа в вентилятор выхлопных газов обычно подается закалочная вода, которая отделяется от потока выхлопных газов с помощью туманоуловителя (VII). на стороне нагнетания вентилятора. В конечном скруббере, обычно состоящем из комбинации мокрых скрубберов, таких как скрубберы Вентури (IX) и скрубберы (X), удаляются оставшиеся следы HCl и пыли. абсорбирующие химикаты, такие как NaOH и Na ₂ S ₂ O ₃ используются _{На некоторых предприятиях для связывания HCl и Cl 2} (которые образуются при определенных обстоятельствах в некоторых, но не во всех реакторах распылительного обжига).

Воздействие на окружающую среду

Процессы кислотной регенерации на основе пирогидролиза производят значительное количество дымовых выбросов, содержащих HCl, частицы и хлор, что в прошлом приводило к многочисленным нарушениям закона США о чистом воздухе. ^{[ 2 ]}

Примечания

^ «Регенерация соляной кислоты» . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Министерство юстиции США (2006 г.). «Уведомление о подаче постановления о согласии в соответствии с Законом о чистом воздухе» . Трекер регулирования Justia.

Внешние ссылки

[1] «Регенерация соляной кислоты» . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[2] Министерство юстиции США (2006 г.). «Уведомление о подаче постановления о согласии в соответствии с Законом о чистом воздухе» . Трекер регулирования Justia.

[ 1 ]

[ 2 ]