濃鹽酸中游離氯脫除新工藝

邱鷺

(杭州東日節能技術有限公司，浙江 杭州 311100)

在2B油、氯乙酸和氯化石蠟等氯化產品的生產中，常伴隨著副產大量含氯化氫廢氣。工業上處理氯化氫氣體一般用水吸收制成鹽酸，并用作其他產品的生產原料或制成副產濃鹽酸銷售[1]。在氯化反應中理論上完全反應，但實際上反應系統仍剩有部分氯氣，因此制得的鹽酸中含少量游離氯，使用或處理這類鹽酸就會使游離氯散發出來。這既增加了生產成本和資源消耗，又對環境造成了污染。

在GB/T 320—2006 《工業用合成鹽酸》中明確指出工業用合成鹽酸必須滿足總酸度(以HCl計)質量分數≥31%且游離氯(以Cl計)的質量分數≤0.01%，而目前工業上利用水吸收處理氯化氫廢氣獲得的鹽酸，在總酸度含量達標時游離氯含量卻居高不下(質量分數0.06%～0.10%)，隨著國家環保力度的加強和節能減排政策的實施，富含游離氯的鹽酸循環利用迫在眉睫。

1 空氣(氮氣)吹脫法脫除濃鹽酸中游離氯

空氣(氮氣)吹脫法主要通過不停地向濃鹽酸中鼓入空氣(氮氣)，以脫除游離氯。由于濃鹽酸本身極易揮發，加入空氣(氮氣)在吹脫游離氯的同時也會帶走一部分氯化氫水氣，這不僅加大了后期尾氣處理的成本，還浪費了大量的氯化氫氣體[2]。

2 活性炭吸附法脫除濃鹽酸中游離氯

主要采用物理吸附原理，選煤質活性炭或優質椰殼活性炭作為吸附劑。該方法的關鍵點在吸附劑的選型上，由于鹽酸通過煤質活性炭后，煤炭中富含的鐵化合物在鹽酸中氯氣分子的強氧化性作用下，形成了大量的Fe3+。在實際應用中，須選用價格比較昂貴的特制含鐵量極低的煤質活性炭或優質椰殼活性炭，而且吸附劑作為一種易耗品，不僅消耗量大，在固廢處理上也比較困難[2]。

3 濃鹽酸中游離氯脫除新工藝

3.1 原理

本文中介紹了一種新型濃鹽酸中游離氯脫除工藝，其主要利用了亨利定律和同離子效應原理。亨利定律主要通過真空脫氯，降低氯氣分壓以脫除鹽酸中的游離氯；同離子效應是通過后續濃鹽酸對氯離子的不斷補充，使氯在溶液中的溶解度降低，從而伴隨著氯化氫水霧脫吸出來。

3.2 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 濃鹽酸游離氯脫除工藝流程簡圖

含游離氯的濃鹽酸溶液從脫氯塔頂加入，與來自塔釜鹽酸再沸器加熱產生的氯化氫和水的混合蒸氣在脫氯塔內進行汽提，鹽酸中的游離氯和部分氯化氫氣體從脫氯塔頂被分離出來，并進入氯化氫洗滌塔內與塔內酸洗段循環鹽酸及水洗段脫鹽水進行傳質、傳熱，氣體里的氯化氫被完全吸收，大部分氯氣則從塔頂排出，經真空系統送至尾氣吸收處理站；氯化氫洗滌塔內的溶解熱由換熱器移出塔外，塔釜產出的稀鹽酸重新送回脫氯塔塔頂，最終在脫氯塔塔釜得到合格的濃鹽酸產品,經換熱器換熱后送至成品儲罐。

3.3 工業化典型案例

杭州東日節能技術有限公司(以下簡稱“杭州東日”)為某公司2B油生產裝置副產的2 250 kg/h含氯鹽酸凈化項目里，巧妙地將氯化氫回收技術、濃鹽酸游離氯脫除技術結合在一起，現已成功地消除了副產濃鹽酸中總酸含量達標但游離氯含量不達標的困擾，為該公司帶來了豐厚的經濟效益。

該公司在2B油生產中間過程中，產生了含65%(質量分數)氯化氫氣體和微量氯氣的廢氣，杭州東日根據該廢氣的特殊性，利用已有的專利技術設計出一套完整的工藝流程。流程分為兩個單元：尾氣吸收成酸單元和鹽酸脫氯洗滌單元。其中尾氣吸收成酸單元主要利用氯化氫氣體極易溶于水的物理性質，將溫度控制在40 ℃左右，通過降膜吸收器和組合塔的雙重吸收，鹽酸中HCl質量分數達到31%以上；鹽酸脫氯洗滌單元應用了本工藝技術，最終獲得HCl質量分數≥31%、游離氯質量分數≤0.003%的濃鹽酸。

3.4 新工藝技術的特點

(1)無需采用運行周期短、運行成本高的吸附物(如椰殼活性炭)等。

(2)沒有堿性廢液排放，也沒有固廢排放，“三廢”處理方便簡潔。

(3)廢鹽酸再利用，“變廢為寶”。

(4)脫除游離氯后的濃鹽酸總酸質量分數≥31%，且游離氯質量分數可處理到0.003%以下，完全符合GB/T 320—2006 《工業用合成鹽酸》濃鹽酸優等品對游離氯的要求(見表1)。

表1 工業用合成鹽酸指標

(5)本工藝采用了杭州東日專有技術設計的設備脫氯塔和氯化氫洗滌塔，該設備操作彈性高，負荷在30%～120%均可以穩定運行。

3.5 經濟性分析

以某公司2 250 kg/h含氯鹽酸凈化裝置為例進行計算，用電設備每產生1 t工業級濃鹽酸消耗電量10 kW·h，折合耗電費8元；公用工程每產生1 t工業級濃鹽酸消耗低壓蒸汽0.1 t、循環水20 m3、7 ℃冷凍水1.0 m3、脫鹽水1 t，折合消耗費用約34元，加上維修費用和員工費用，每產生1 t工業級濃鹽酸總成本在60元左右。

以現有2B油生產裝置能力，在產能允許情況下，每年至少副產13 000 t工業級濃鹽酸[折算成該公司氯化反應尾氣組分，每年可以處理6 200 t含65%(質量分數)氯化氫氣體的氯化反應尾氣]。

若按公司舊降膜吸收器吸收成22%(質量分數)鹽酸處理，不計舊工藝投入成本，就生成的含氯稀鹽酸外賣，該不合格含氯鹽酸處理補貼成本價格約150元/t,則每年耗費：150×13 000×0.31÷0.22≈275萬元。

采用本工藝后，副產工業級優等品濃鹽酸可以外賣50元/t，該工藝每年可為公司節省：275+50×1.3-60×1.3=262(萬元)。按照前期總投資500萬元計算，建造一套2 250 kg/h鹽酸凈化裝置，基本兩年內可回收全部投資。

4 結語

通過上述幾種濃鹽酸中游離氯脫除方法對比和本工藝應用實例可以看出，杭州東日設計的工藝方法可以在保護環境的同時，使富含游離氯的工業廢氣得到了充分的回收利用，創造了一定的經濟效益，實現了經濟利益與節能環保的雙盈利。