壓差法鹽酸深脫吸工藝在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

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（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司 青海 816000）

前言

化工行業(yè)中所采用的傳統(tǒng)電石法工藝在合成C2H3Cl過(guò)程中將會(huì)生成大量的酸性物質(zhì)，并且由于其中含有大量的汞雜質(zhì)而極大的限制了應(yīng)用范圍，隨著我國(guó)在環(huán)境保護(hù)治理方面力度的不斷提升，更是進(jìn)一步制約了傳統(tǒng)電石法工藝中酸性副產(chǎn)品的銷售門檻，對(duì)化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成了一定的影響。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，采用蒸餾的方式能夠從鹽酸中去除HCl，但這種方式無(wú)法構(gòu)建成HCl閉路循環(huán)系統(tǒng)以及鹽酸的零排放。為能夠有效地克服PVC生產(chǎn)中鹽酸副產(chǎn)品問(wèn)題，本研究將在常規(guī)的吸裝置及技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)通過(guò)壓差法鹽酸深脫吸工藝達(dá)到鹽酸零排放的目的[1]。壓差法鹽酸深脫吸工藝在PVC生產(chǎn)中屬于較為新穎的技術(shù)工藝，HCl提餾純度可達(dá)到99%，并且能夠去除其中的活性氯，并且該技術(shù)工藝能夠與C2H3Cl水堿洗工藝相融合，處理過(guò)程中無(wú)需添加額外的水分，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1.原理分析

鹽酸在達(dá)到沸點(diǎn)后其組分將發(fā)生改變，并且在特定的條件下將會(huì)形成恒沸狀態(tài)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下鹽酸的共沸物沸騰溫度最高為109℃，HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.24%，在此狀態(tài)下進(jìn)行蒸餾處理最大能夠得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為±20%的鹽酸，而鹽酸深脫吸工藝則可進(jìn)行鹽酸的完全處理，常用的鹽酸深脫吸工藝包括濃硫酸法、氯化鈣法以及壓差法等[2]。其中濃硫酸法是依據(jù)其具有吸水特性改變HCl的蒸發(fā)特性，從而實(shí)現(xiàn)提餾HCl，不過(guò)濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，此工藝對(duì)于設(shè)備以及操作具有極高的要求；氯化鈣法是采用氯化鈣作為破沸物質(zhì)制約水分壓，打破鹽酸溶液共沸從而獲取HCl的最佳提餾，處理后鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠低于1%，趨近于鹽酸的零提餾，但這種工藝的弊端是氯化鈣易發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)，造成設(shè)備結(jié)垢，并且實(shí)際使用中具有較為嚴(yán)格的操作步驟；壓差法是由變壓精餾改進(jìn)而來(lái)，根據(jù)不同壓力下稀鹽酸共沸點(diǎn)存在一定的差異的情況提餾HCl，其中在高壓狀態(tài)下共沸酸物質(zhì)中的HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)在18%～19%之間，而真空狀態(tài)下其質(zhì)量分?jǐn)?shù)則在22%～24%之間。

C2H3Cl混合氣中的HCl能夠在水堿洗裝置的泡罩板式塔得到吸取，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞25%的濃鹽酸，在進(jìn)入到正壓塔后，塔釜蒸發(fā)所形成的氣液混合物將會(huì)與塔頂噴淋出的濃鹽酸進(jìn)行熱交換反應(yīng)，并在塔頂冷卻器處理后可得到提餾的HCl氣體，此時(shí)HCl氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠達(dá)到＞99.99%；將提餾后的HCl氣體經(jīng)過(guò)C2H3Cl轉(zhuǎn)化處理后送至HCl主管路中[3]。正壓塔塔釜形成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為±18%的鹽酸將會(huì)被送至負(fù)壓塔中部，并與塔釜蒸發(fā)所形成的氣液混合物進(jìn)行熱量和質(zhì)量的傳遞，之后通過(guò)負(fù)壓塔塔頂提餾酸性液體，此時(shí)HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.5%之間；完成上述步驟后酸性液體將會(huì)作為C2H3Cl轉(zhuǎn)化處理工序的補(bǔ)液進(jìn)入到水洗塔。塔釜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為±20%的鹽酸將會(huì)通過(guò)C2H3Cl轉(zhuǎn)化泡罩塔將其中的HCl進(jìn)行處理后送至正壓塔內(nèi)。將壓差法鹽酸深脫吸工藝與C2H3Cl轉(zhuǎn)化處理工藝進(jìn)行融合后，采用正壓設(shè)備提留HCl、負(fù)壓設(shè)備提餾水，并且C2H3Cl轉(zhuǎn)化泡罩塔所吸收的鹽酸能夠在正壓、負(fù)壓設(shè)備中得到循環(huán)處理，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡、HCl全提餾以及廢酸的零排放。

壓差法相較于其它的深度提餾技術(shù)，無(wú)需使用破沸劑，也不會(huì)在使用的過(guò)程中發(fā)生結(jié)晶等不良情況，具有較高的實(shí)用性及成本價(jià)格優(yōu)勢(shì)。壓差法鹽酸深脫吸工藝原理如圖1所示。

圖1 壓差法鹽酸深脫吸工藝原理

2.組合塔綜合處理分析

若僅使用壓差法實(shí)施處理將會(huì)產(chǎn)生較大的耗能，并且整個(gè)處理過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，綜合處理能力具有一定的限制。將采用利用壓差法與C2H3Cl水堿洗工藝相融合的方式可以有效地解決副產(chǎn)酸全部處理、廢酸零排放，以此實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排的效果。壓差法與C2H3Cl水堿洗組合塔工藝流程如圖2所示。

圖2 壓差法與C2H3Cl水堿洗組合塔工藝流程

壓差法與C2H3Cl水堿洗組合塔工藝中正壓塔采用常規(guī)熱提餾工藝，其中泡沫塔內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為±31%的濃鹽酸在進(jìn)行換熱處理后將通過(guò)塔頂部噴淋進(jìn)入至正壓塔內(nèi)與塔釜中的HCl混合氣進(jìn)行逆向熱質(zhì)交換反應(yīng)，此時(shí)塔內(nèi)的溫度將持續(xù)增加，過(guò)程中HCl將會(huì)得到提餾，并且經(jīng)過(guò)冷卻器后可得到干燥的HCl，將其進(jìn)行氣液分離以及除霧處理后便可與乙炔催化反應(yīng)成為C2H3Cl。

稀酸經(jīng)過(guò)正壓塔塔釜閃蒸處理后進(jìn)入到負(fù)壓塔內(nèi)，與其中的HCl混合氣進(jìn)行熱量與物質(zhì)的傳遞，并且在真空處理的過(guò)程中負(fù)壓塔內(nèi)的HCl將會(huì)逐漸聚集在塔的下部區(qū)域，而此時(shí)塔頂具有HCl的水蒸氣將會(huì)在頂部冷凝器的作用下形成酸性水（此時(shí)HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為±1%），并作為水洗塔補(bǔ)水使用。塔底部質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%的鹽酸在經(jīng)過(guò)冷卻處理后將被輸送到稀酸罐內(nèi)，并通過(guò)稀酸泵將其輸送至C2H3Cl泡罩塔，將其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)±30%的鹽酸進(jìn)行吸收后將會(huì)被傳輸送到循環(huán)處理系統(tǒng)中。需要注意的是，在C2H3Cl水堿洗過(guò)程中水分將會(huì)被帶出，從而造成一定的損耗，因此應(yīng)定期向水洗塔內(nèi)補(bǔ)充水分，如將生成的酸性水加入到水洗塔中，以完成循環(huán)處理，通過(guò)這種循環(huán)工藝能夠有效地實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)酸的零排放[4]。

3.工藝指標(biāo)

為了保障在壓差法鹽酸脫吸工藝能夠發(fā)揮良好的效果可增加石墨設(shè)備。石墨件浸漬、固化只需要操作一次，相比傳統(tǒng)方式浸漬劑能夠得到更好的應(yīng)用，保障材料的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，并且具有顯著的換熱效果，使換熱器即使在復(fù)雜的環(huán)境下也能夠得到正常的使用。

根據(jù)壓差法鹽酸脫吸工藝在實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，使用三個(gè)月后該工藝技術(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，而負(fù)壓塔則能實(shí)現(xiàn)最大效率。在實(shí)際運(yùn)行中恒沸酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由19%增加到22%，并且通過(guò)增加溫度的方式能夠提升塔頂冷凝水HCl中的含量，而溫度降低后水蒸出量則會(huì)顯著地減少，此時(shí)將無(wú)法形成有效的循環(huán)。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)處理后的廢水中HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.1%，運(yùn)行中的溫度指標(biāo)以及壓力指標(biāo)應(yīng)根據(jù)酸濃度進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。壓差法鹽酸脫吸工藝實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 壓差法鹽酸脫吸工藝實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)

4.實(shí)際運(yùn)行結(jié)果分析

系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)三個(gè)月運(yùn)行調(diào)整后已經(jīng)趨于穩(wěn)定，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行有效的控制。其中系統(tǒng)產(chǎn)出HCl流量達(dá)到850～950m2/h，廢水回用量為1.1m3/h，能夠?qū)⑺此豳|(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在±10%，期間無(wú)需外界進(jìn)行補(bǔ)水，稀酸回用量為35m2/h，泡沫塔中濃酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在30%內(nèi)，并且能夠保證向正壓塔輸出的穩(wěn)定性，以便提餾HCl。正壓塔塔釜中鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在±19%，能夠匹配90～100kPa狀態(tài)下的恒沸酸濃度。負(fù)壓塔中質(zhì)量分?jǐn)?shù)19%的恒沸酸經(jīng)提餾能夠獲得含酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1%的水分。經(jīng)過(guò)反應(yīng)處理后負(fù)壓塔塔釜內(nèi)的酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)可穩(wěn)定在21%。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。需要注意的是，系統(tǒng)中的吸收及提餾必須得到有效地結(jié)合才能保障HCl得到全部的吸收。

5.經(jīng)濟(jì)效益分析

該工藝在長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用中使企業(yè)HCl的回收量增加了一倍，并且過(guò)程中無(wú)排酸的情況發(fā)生，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益，其中HCl流量由傳統(tǒng)工藝的400m2/h增加到了900m2/h，能夠?yàn)槠髽I(yè)獲得1000萬(wàn)元/a的經(jīng)濟(jì)效益。組合工藝所構(gòu)建的鹽酸閉路循環(huán)系統(tǒng)中的補(bǔ)水量由3t/h降低到了0t/h。壓差法精餾HCl的成本為945元/t，而同類企業(yè)中的氯化鈣法精餾HCl成本為1479元/t，可見(jiàn)壓差法具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

6.結(jié)束語(yǔ)

壓差法鹽酸深脫吸工藝應(yīng)用在PVC生產(chǎn)加工中，能夠有效的克服生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)鹽酸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)全部的HCl有效回收以及鹽酸的零排放，并且該工藝在環(huán)保及降低生產(chǎn)成本方面的作用顯著，因此具有較高的應(yīng)用價(jià)值。