Абгазный хлористый водород и методы его очистки

При проведении многих процессов в органических и нефтехимических производствах в качестве побочного продукта получают высокотоксичный газ — хлорид водорода (см. гл. 4). Его называют абгазным хлористым водородом.

При поглощении хлорида водорода водой образуется абгазная соляная кислота НС1 • «Н20. При этом все примеси, которые содержались в хлориде водорода, переходят в соляную кислоту. Такая кислота не находит применения и ее необходимо очистить, утилизировать или переработать и отправить на промышленные полигоны. Хлорид водорода при комнатной температуре — бесцветный газ с резким запахом. На воздухе дымит, образуя с влагой воздуха туманообразную соляную кислоту. Хорошо растворяется в воде.

Содержание примесей в соляной кислоте зависит от состава хлорида водорода и чистоты воды, подаваемой на абсорбцию. Выпускают несколько сортов соляной кислоты, качество которых регламентируется ГОСТами. Наиболее чистую синтетическую соляную кислоту получают из хлорида водорода, синтезированного из хлора и водорода.

В связи с масштабами производства абгазной соляной кислоты поставлена задача разработки такой технологии ее очистки, чтобы очищенная абгазная кислота могла заменить по своим показателям синтетическую соляную кислоту.

Другой путь утилизации абгазной соляной кислоты — получение из нее чистого хлористого водорода. Такой продукт находит применение во многих реакциях гидрохлорирования при получении ценных органических продуктов и полимеров.

Хлорид водорода обладает высоким парциальным давлением над водными растворами, поэтому при комнатной температуре можно получить максимально 38 —40%-ю соляную кислоту.

Процесс растворения хлорида водорода в воде протекает интенсивно с выделением большого количества теплоты, которую надо отводить, иначе невозможно получить концентрированную соляную кислоту.

По способу отвода выделяющейся теплоты различают два основных способа абсорбции хлорида водорода: изотермический — с охлаждением абсорбера и абсорбента; адиабатический, при котором поглощение НС1 протекает при высокой температуре, а теплота реакции отводится за счет испарения воды.

При изотермической абсорбции теплота отводится в результате охлаждения абсорбера или взаимодействующих веществ. Процесс абсорбции протекает при комнатной температуре. В результате получается соляная кислота концентрацией 38 %. При этом примеси, которые присутствовали в хлориде водорода, плохо удаляются из водного раствора. Изотермический метод абсорбции рекомендуют применять для получения синтетической соляной кислоты или на последних стадиях очистки абгазной НС1.

Адиабатический метод абсорбции был предложен инженером

А.              М. Гаспаряном. Поглощение хлорида водорода происходит в адиабатических условиях кипящей соляной кислотой. Если на абсорбцию поступает HClrai с концентрацией не менее 80%, то получают соляную кислоту концентрацией 33 — 35 %. При поглощении более разбавленного газа концентрация получаемой соляной кислоты не превышает 21 %. Поскольку процесс ведут при повышенных температурах, вместе с парами воды в газовую фазу переходят многие органические примеси. Поэтому этот способ широко применяется для переработки абгазного хлористого водорода после хлорорганических производств. При этом возможно получение соляной кислоты, которая пригодна для применения без дополнительной очистки.

Схема очистки абгазного хлористого водорода методом адиабатической абсорбции представлена на рис. 11.25. Отходящие газы хлорорганических производств, содержащие хлорид водорода, поступают в адиабатический абсорбер 1. Отходящие газы из абсорбера проходят конденсатор 2 и направляются в разделитель газовой и жидкой фаз 3. Газ отделяется в аппарате 3 и поступает в хвостовую колонну 4 для дополнительной очистки, после чего выбрасывается в атмосферу. Жидкость после аппарата 3 направляется в разделитель водной и органической фаз аппарата 5. Органическая фаза после разделения собирается в сборнике 6, и далее поступает на очистку или в технологическую линию основного производства. Водная фаза охлаждается и насосом 8 из сборника 7 направляется на абсорбцию.

Горячая соляная кислота, выходящая из абсорбционной колонны, содержит небольшие количества органических загрязнителей.

Например, если соляная кислота получается из абгазов производства хлорбензола, то она содержит не более 0,01—0,02 % органически связанного хлора. Из абгазов процесса хлорирования метана получается соляная кислота, содержащая 0,2 —0,4% органических примесей. Поэтому кислота, полученная первоначально методом абсорбции, подвергается дополнительной очистке. В рассматриваемой схеме остаточные количества органических примесей удаляются при продувке кислоты воздухом.

Соляная кислота концентрацией 31 —32 % из колонны абсорбции / проходит отдувочную колонну 9. За счет продувки воздухом остаточные количества примесей поступают в газовую фазу, вместе с основным потоком воздуха проходят санитарную колонну 4 и выбрасываются в атмосферу.

Рис. 11.25. Схема адиабатической очистки хлористого водорода из абгазов хлорорганических производств:

1— колонна адиабатической абсорбции; 2— конденсатор; 3— разделитель; 4 — санитарная колонна; 5— разделитель водной и органической фаз; 6— сборник органической фазы; 7— сборник водной фазы; 8— насос; 9— отдувочная колонна; 10— теплообменник; 11— сборник кислоты; 12— насос

Очищенная соляная кислота концентрацией 29 — 30% охлаждается в теплообменнике 10, собирается в сборнике кислоты 11 и направляется потребителю.

Если требуется повысить концентрацию выпускаемой кислоты, то в схеме устанавливают дополнительную колонну изотермической абсорбции, и кислоту донасыщают очищенным хлоридом водорода. В таком варианте получают 30 —32%-ю соляную кислоту.

Стриппинг-процесс. Для большинства потребителей хлорида водорода обычно необходим тщательно осушенный газ. Таким образом, возникает задача получения чистого высокопроцентного хлорида водорода из его смесей с различными газами и парами воды.

Стриппинг-процесс можно проводить под давлением. При этом очищенный и осушенный хлорид водорода можно получить сразу под необходимым давлением без применения специальных компрессоров. Отбираемая из куба колонны азеотропная соляная кислота подается на установку абсорбции НС1 и после донасыщения вновь возвращается на ректификацию в стриппинг-установку.

На рис. 11.26 приведена схема получения 100%-го хлорида водорода на стриппинг-установке. Для переработки абгазов хлорор- ганических производств в схеме дополнительно предусмотрена стадия очистки соляной кислоты путем отдувки загрязняющих хлор- органических примесей.

Отходящие газы, содержащие НС1, поступают в адиабатический абсорбер /. Оставшиеся после поглощения газы направляют в конденсатор 2 и емкость 3, где происходит выделение из газов жидкой фазы. Очищенные газы выводят в общезаводскую сеть, выделенная жидкость поступает в сборник 4, где происходит разделение водной и органической жидкой фаз. Соляная кис-

Рис. 11.26. Схема установки для получения 100%-го хлористого водорода

из отходящих газов:

1 — адиабатический абсорбер; 2 — конденсатор; 3 — отделитель газов; 4 — разде-

литель фаз; 5— отдувочная колонна; 6— сборник кислоты; 7— насос; 8— теп-

лообменник; 9— кипятильник; 10 — ректификационная колонна; II— водяной

холодильник; 12— рассольный холодильник

лота после абсорбера поступает в отдувочную колонну 5, где дополнительно очищается от примесей. После этого она нагревается и направляется в ректификационную колонну 10. Полученная азеотропная смесь НС1 + Н20 возвращают на абсорбцию в колонну /. Газы проходят охлаждение вначале в водном, а потом в рассольном холодильнике. Товарным продуктом является 100%-й хлорид водорода.