Меню Рубрики

Установки производства соляной кислоты

Применение СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ в сфере производства или пот­ребления

Соляная кислота. Хлористоводородная кислота по масштабам получения и использования далеко уступает серной и азотной. Ниже приводится перечень важнейших областей ее применения в порядке увеличения расхода. 1) получение неорганических солей, в том числе хлоридов цинка иалюминия, используемых в качестве катализаторов; 2) регенерация ионитов; 3) промывка паровых котлов, теплообменников иводопаропроводных коммуникаций; 4) очистка забоев нефтяных скважин от карбонатных инкрустаций; 5) гидрометаллургия цветных и благородных металлов; 6) травление черных и цветных сплавов, главным образом сталей.

Кроме того газообразный хлористый водород используется для производства крупнотоннажных органических материалов – синтетических смол, каучуков, хлорвинила и других продуктов гидрохлорирования органических соединений, и в этих процессах имеет место достаточно высокий уровень рекуперации HCl. Это же можно сказать и о способах получения соляной кислоты – косвенном синтезе из хлористого натрия, прямом синтезе из водорода и хлора и побочном синтезе при производстве хлорорганических соединений.

Помимо всего прочего, соляная кислота применяется и в медицине, ведь не секрет, что она играет довольно таки важную роль в формировании пищеварительных процессов. Дело в том, что соляная кислота, является основным компонентом желудочного сока, и нередко, в случае, когда наблюдается недостаточная кислотность, врачами назначается именно соляная кислота.

2. Классификационные признаки СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Соляную кислоту изготовляют двух марок: А и Б.

По физико-химическим показателям техническая синтетическая соляная кислота должна соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 Нормы для соляной кислоты.

Наименование государства Норма для марки Методы анализа
АОКП 21 2211 0100 БОКП21 2211 0200
высшего сорта ОКП 21 2211 0220 первого сорта ОКП 21 2211 0230
1. Внешний вид Прозрачная бесцветная или желтоватая жидкость Прозрачная желтая жидкость По 6.4
2. Массовая доля хлористого водорода, %,не менее 31,5 По 6.5
3. Массовая доля железа (Fe), %, не более 0,001 0,002 0,015 По 6.6
4. Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более 0,010 0,015 0,100 По 6.7
5. Массовая доля свободного хлора, %, не более 0,002 0,002 0,008 По 6.8
6. Массовая доля мышьяка (As), %, не более 0,0001 0,0001 0,0002 По 6.9
7. Массовая доля ртути (Hg), % не более 0,0003 0,0004 0,0005 По 6.10

Массовую долю ртути нормируют в кислоте, получаемой из водорода и хлора ртутного электролиза. Допускается для пищевой промышленности по согласованию с потребителем изготовление кислоты с массовой долей хлористого водорода не более 26%.

В кислоте, поставляемой для травления металлов, массовая доля железа и остатка после прокаливания не нормируется.

По согласованию с потребителем допускается в кислоте обеих марок массовая доля хлористого водорода не менее 30%.

Соляная кислота выпускается следующих сортов: техническая (27,5% НС1); синтетическая (31% НС1), ингибиторная (20% НС1) и реактивная (35-38% НС1, плотность при 20°С равняется 1,17- 1,19 г/см3).

3. Технология производства СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Соляная кислота (хлороводородная кислота), по химическому составу отвечающая хлориду водорода находит широкое применение в ряде отраслей народного хозяйства.

В промышленности процесс производства соляной кислоты может осуществляться тремя методами:
— сульфатный метод — метод воздействия концентрированной серной кислоты на хлорид натрия;
— синтетический метод — метод, при котором хлороводород получают путем сжигания водорода в хлоре;
— метод получения из побочных газов.

Производство синтетической соляной кислоты включает две последовательных стадии: синтез хлористого водорода из хлора и водорода и абсорбцию хлористого водорода водой.
Синтез хлористого водорода из хлора и водорода – это обратимый гомогенный экзотермический процесс, протекающий в форме спонтанного (самопроизвольного) невзрывного горения водорода в хлоре, выражаемом уравнением:
H2+Cl2«2HCl+183,7кДж

Реакция горения протекает по цепному механизму и инициируется нагреванием или световым облучением высокой мощности. Состояние равновесия системы существенно зависит от температуры, выше 1500 0 С оно сдвигается вправо. Однако на практике для обеспечения достаточно высокой скорости синтеза температуру в реакторе поддерживают в пределах 2300 0 С, что позволяет, однако, обеспечить достаточно высокий выход хлористого водорода. Процесс ведут при избытке водорода в 3 – 10% сверх стехиометрического количества. Это не только способствует сдвигу равновесия вправо, но и обеспечивает отсутствие хлора в отходящих газах, общую экологическую чистоту технологии, работу в безопасных пределах состава смеси «хлор – водород» и позволяет избежать возможность взрыва.

Абсорбция хлористого водорода водой представляет собой гетерогенный обратимый экзотермический процесс образования гидратов хлористого водорода и их растворения в воде.
HCl+nH2O«HCl+nH2O DH.

Тепловой эффект абсорбции (растворения) хлористого водорода зависит от значения n, то есть от концентрации образующейся соляной кислоты и составляет при бесконечном разбавлении 75,1 кДж/моль.
Состояние равновесия процесса абсорбции зависит от концентрации хлористого водорода в абсорбируемом газе и температуры. С увеличением концентрации HCl в газе степень абсорбции и концентрация образующейся соляной кислоты возрастает. Поэтому на абсорбцию направляют газ с содержанием хлористого водорода не менее 90% об.

Без отвода теплоты из системы получить при абсорбции соляную кислоту концентрацией выше азеотропа (20,2%) невозможно. Для получения кислоты более высокой концентрации избыточная теплота абсорбции должна отводиться из системы. Это может быть достигнуто:
-отводом тепла в окружающую среду (изотермическая абсорбция);
-проведением процесса в адиабатических условиях, когда теплота используется внутри системы для испарения воды и увеличения концентрации кислоты (адиабатическая абсорбция).

Читайте также:  Установка забора липецкая область

Первый метод сложен в обеспечении, так как требует теплообменной аппаратуры с большой поверхностью охлаждения, работающей в контакте с коррозионно-активной жидкостью. Поэтому, наибольшее распространение получил метод адиабатической абсорбции, разработанный А. М. Гаспаряном. При использовании в качестве сырья 75%-ного хлора и 95%-ного водорода этим методом можно получить соляную кислоту концентрацией до 33%.
Метод изотермической абсорбции используется в ограниченных масштабах для получения соляной кислоты более высокой (39 – 40%) концентрации.
Современные установки по производству соляной кислоты включают, как правило, две технологические линии: одну для производства соляной кислоты и другую – для производства сжиженного хлористого водорода.
Ниже рассмотрены технологические схемы производства соляной кислоты по методам адиабатической и изотермической абсорбции (рис. 1 и 2).
Хлор (рис. 1) из буферной емкости 1, где от него отделяется серная кислота, увлекаемая хлором из сушильной башни, и водород через огневзрывопреградитель 2 подают в горелку печи 3 в соотношении, обеспечивающем избыток водорода. Выходящий из печи газ охлаждается в газовом холодильнике 4, орошаемом водой и разделяется на два потока.

Один поток (линия соляной кислоты) поступает в абсорбционную колонну 5, орошаемую водой. Температура абсорбции составляет 80 – 85 0 С и регулируется испарением воды, подаваемой в колонну. Продукционную соляную кислоту собирают в сборнике 6, а не поглощенные газы, содержащие хлористый водород, водород, азот и пары воды, направляют в санитарную башню 7, орошаемую водой, после чего выбрасывают через эжектор 8 в атмосферу. Второй поток газа (линия жидкого хлористого водорода) дополнительно охлаждается в рассольном холодильнике из тантала или графита 9 и направляется на осушку в башню 10, орошаемую концентрированной серной кислотой. Сухой хлористый водород проходит через конденсатор 11, сжимается компрессором 12 до давления 10 МПа и поступает в сборник жидкого продукта 13, откуда разливается в баллоны или танки.

Газообразный хлористый водород (рис. 2) при температуре 150 – 200 0 С, выходящий из печи, поступает в охлаждаемый водой графитовый абсорбер 1, куда подается также для орошения слабая соляная кислота из абсорбционной башни 2. Продукционная соляная кислота, образующаяся в абсорбере 1, поступает из него в сборник 3 и оттуда на склад. Газы из абсорбера 1 подают в башню 2, где оставшийся не поглощенный хлористый водород абсорбируется водой, образуя слабую соляную кислоту. Хвостовые газы из башни 2 направляются для очистки в санитарную башню 4, пройдя которую выбрасываются в атмосферу.

Основным аппаратом в производстве хлористого водорода и соляной кислоты является печь синтеза (сгорания). Она состоит из стального корпуса, футерованного огнеупором, предохранительной мембраны, разрушающейся при высоких давлениях, и горелки. Горелка выполнена в виде двух концентрически расположенных труб, по внутренней из которых вводится хлор, а по кольцевому пространству – водород. Такая конструкция обеспечивает хорошее смешение компонентов и сводит к минимуму возможность взрыва.
Высокая коррозионная активность соляной кислоты и влажность хлористого водорода предъявляет повышенные требования к конструкционным материалам аппаратуры. Для ее изготовления используются керамика (насадка колонн), тантал и графит, пропитанный фенолформальдегидной смолой (холодильники) и кварц.
Товарными продуктами в производстве являются соляная кислота с содержанием HCl 27,5 и 31%, ингибированная соляная кислота и жидкий хлористый водород с содержанием HCl 99,5%.

Дата добавления: 2015-08-12 ; просмотров: 3042 . Нарушение авторских прав

источник

Получение соляной кислоты. Печи синтеза соляной кислоты

Швейцарская компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в Турции и Республике Корея.

Швейцарская компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в Турции и Республике Корея, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию печи синтеза соляной кислоты.

Производительность: 30 MTPD HCl (100%) в виде 32% водяного раствора кислоты (40°C).

Поток газообразного хлора:
Температура 40° С
Объемный состав 90–98% Cl2 +5–8% O2 +3–5% H2O
Мин. давление впускной форсунки горелки 1100 — 2000 мм H2O g
Поток водорода:
Температура 40° С
Объемный состав 94% H2 + 6% H2O
Мин. давление впускной форсунки горeлки 1100 — 2300 мм H2O g
Абсорбирующая вода:
Макс. температура 30°С
Охлаждающая вода:
Примерный расход 155 000 кг/ч
Температура на входе 30°C
Температура на выходе 40°C
Степень загрязнения 5 000 kcal/h.m2.°C
Другое:
Мин. производительность 12 MTPD HCl (100%) при производстве 32% кислоты
Поток 1 2 3 4 5 8
Cl2 H2
5%
излишек
32.0%
Кислота
Абсорб.
вода
Вент,
газ
Охлажд.
вода
Азот
(2 min)
Cl2 1215,8 0,0 2 wl.ppm
H2 0,0 42,4 2,0
O2 48,7 0,0
N2 0,0 0,0 0,0
H2O 6,8 24,3 2656,3 2572,3 2,0 155000
CO2 0,0 0,0 0,0
СО 0,0 0,0 0,0
ClO2 0,0 0,0
Инертные
компоненты
0,0 0,0 0,0
HCl 1250,0 0,0 10 ppm
vol
Итого kг/ч 1271,3 66,7 3906,3 2572,3 4,0 155000
Nм3/ч 426,4 504,9 25,1 155,0 130
T(C) 40 40 40 30 40 30/40 30
Р (barG)’ 0,20 0,20 atm 5,0 atm 4 4
Р (мм вод.ст.)
G’
2000 2000
Читайте также:  Установка в политической психологии

(* необходимое давление на входе горелки)

HCl получается при сжигании водорода и хлора, затем абсорбируется водой и охлаждается. Процесс сжигания строго контролируется для обеспечения полной безопасности.

Во время процесса сжигания хлор и водород реагируют в равных объемах и производят газ HCl:

Эта экзотермическая реакция генерирует пламя температурой около 2500°С и тепловую нагрузку примерно в 1000 kcal/kг HCl при производстве охлажденного 33% водного раствора HCl.

Процесс горения работает при небольшом излишке Н2 выше стехиометрических условий (обычно 5%). Работа этой системы с излишком Н2 гарантирует полное сжигание Cl2, тем самым предотвращая его выход в атмосферу, и производство очень чистой соляной кислоты.

Основная часть процесса это установка синтеза (или встроенная ), которая сконструирована из пропитанных графитных материалов, заключенных в охлаждаемую водой стальную оболочку.

Функции установки синтеза:

  • Сжигание
  • Охлаждение газа
  • Абсорбция
  • Охлаждение раствора

Газы азот и хлор поступают в верхнюю часть установки синтеза и сжигаются в специальной горелке, обеспечивающей полное сжигание. Эта горелка состоит из двух специальных трубок, установленных внутри корпуса (пропитанный графит). Трубки горелки закреплены в уплотненном блоке и легко достаются при тех.обслуживании. Горелка имеет один входной фланец для хлора и другой для водорода.

Добавление абсорбирующей воды к газу HCl производится сверху. Газы и абсорбирующая вода распределяются в многоярусных графитовых блоках для охлаждения в вертикальных каналах при противоположном потоке охлаждающей жидкости.

Газ или раствор HCl контактирует только с частями (пропитанный графит), тем самым устраняя проблемы коррозии. На выходе графитовых блоков сепаратор газа/жидкости отделяет раствор HCl от газа, который затем обрабатывается в газоочистителе для извлечения оставшегося неабсорбированного газа HCl.

Установка синтеза работает при давлении близком к атмосферному, но она защищена от чрезмерного давления разрывным диском, который располагается на дне и продувается к дренажному колодцу под установкой синтеза.

В случае чрезмерного давления диск разрывается, выпуская давление вниз к коллектору. Количество жидкости и пара, высвобождаемого после разрыва диска, относительно мало, и выполняет функцию остановки установки во время работы.

Система может быть оборудована дистанционной автоматической системой сжигания, которая использует запальный зажигатель. Это обеспечивает запуск установки или стадии «одной кнопкой».

Установки синтеза характеризуются преимуществами горением сверху вниз:

  • Уникальная горелка позволяет сжигать весь хлор только с 5% стехиометрическим излишком водорода.
  • Горение сверху вниз предотвращает абсорбирующий раствор от попадания в горячую горелку, что может ее повредить.
  • Горение сверху вниз устраняет поглощение газа, который может содержать несожженные или токсические материалы.
  • Горение сверху вниз с меньшим технологическим объемом делает возможным механической конструкции установки работать под высоким давлением. Механическое сопротивление выше, безопасность растет. Печи HCl могут быть сконструированы в соответствии с ASME (не со штампом «U»)
  • Горение сверху вниз позволяет избежать дренажа конденсата в печь. Система полностью закрыта во время работы, что повышает безопасность.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Код конструкции ASME VIII Div. 1 (без штампа «U»)
Прочность соединения 0.7
Процедура сварки ASME IX
Квалификация сварщиков ASME IX
Рентген сварных швов не включен
Расчетная температура процесса /
коммуникаций
165°C/80 °C
Расчетное давление процесса /
коммуникаций
3 barg / 6 barg
МАТЕРИАЛЫ
Графитовые детали (пропитанный графит)
Регулирующие прокладки Сальник PTFE
Прокладки между блоками PTFE включая 25% графита
Стальные детали Углеродистая сталь A516 Gr 60
или эквивалент
Болтовые соединения A193 B7 и A194 2H (рядовая
оцинкованная сталь)

Колонна* с двумя уплотнительными элементами -> * типичная схема: не контрактная

Цель колонны «промывать» газы, идущие со дна абсорбера. Компоненты газа в основном инертные с несожженным водородом и небольшим количеством неабсорбированного HCl.

Абсорбирующая вода поступает сверху башни через распределитель и течет вниз на уплотнение (обычно углеродные кольца Рашига), а газы идут вверх для выброса в атмосферу. Во время этой операции, оставшийся HCl абсорбируется.

Колонна полностью сделана из (пропитанный графит) и включает термопарокарман для установки датчика температуры. После сборки и гидротеста в цехе, она поставляется в виде отдельных частей (кроме установок на общей раме) и собирается на месте.

Механические характеристики
Код конструкции ASME VIII Div.1 (без «U» штампа)
Расчетная температура 80 ºС
Расчетное давление 2.5 barg
Материалы
Графитовые детали (пропитанный графит)
Прокладки между элементами VITON(FKM)
Стальные детали Углерод.сталь A516 Gr 60 или эквивалент
Болтовые соединения A193 B7 и A194 2H (рядовая оцинкованная сталь)

Гаситель водородного пламени:

Водородный трубопровод оснащен одним пламегасителем, расположенным прямо у входа горелки. Он разработан для предотвращения обратной вспышки водорода в трубе. Он также действует как сепаратор тумана и пыли, когда газ влажный или загрязненный. Он предотвращает попадание капель, которые могут вызвать разрыв трубы горелки или дополнительный скачок давления в горелке. В этом случае она должна часто или постоянно высушиваться через глубокий или отстойник (конденсатоотводчик).

Гаситель водородного пламени сделан из углеродистой стали, содержит кольцевую набивку Рашига и имеет одно дренажное отверстие.

Нет необходимости: запускается вместе со сжатым воздухом.

Принцип централизованного управления системы синтеза соляной кислоты HCl Synthesis System это «Fail Safe» («Отказоустойчивость»), что определяется размыканием контактов при нештатном режиме.

  • стандартной упаковке предусмотрены защитные блокировки для предотвращения системы от запуска или для самоостановки и продувки
  • Погасание факела
  • Низкое охлаждение воды
  • Низкая абсорбция воды
  • Поломка предохранительного диска
  • Перебои электропитания
  • Очень высокий уровень в буферном резервуаре (только для варианта с резервуаром и насосом)
  • Низкое давление N2, которое используется для продувки установки (только при запуске)
  • Низкое давление воздуха (только для установок на общей раме)
  • Любые другие защитные блокировки, указанные пользователем (низкое отношение H2/Cl2, низкое давление Н2…)
Читайте также:  Установка подкрылков уаз 469

Во время работы, при любом из вышеуказанных случаев, установка синтеза останавливается сама так, чтобы могла быть проведена продувка азотом.

Существуют две переменные управления процессом.

Регулирование гарантирует верное соотношение H2 / Cl2 (обычно 1.05 H2 /1.00 Cl2). Пропорции H2 и Cl2 измеряются калиброванной измерительной диафрагмой, установленной на подводах газов H2 и Cl2. Измеряется дифференциальное давление, извлекается квадратный корень, и сигналы направляются к системе управления. Регулятор соотношения сравнивает оба сигнала и затем передает сигнал контрольному клапану Cl2, который регулирует поток Cl2 для установки верного соотношения с потоком Н2.

Для увеличения производительности доля H2 увеличивается до желаемой величины. Доля Cl2 корректируется в тот же момент для верного соотношения H2/Cl2. Что касается абсорбирующей воды, значение задается оператором, а расход автоматически корректируется в соответствии с изменением Сl2. Допустимый темп увеличения изучается опытным путем, большие шаги приращения могут создать нарушение условий процесса излишка инертного газа (Н2) в процессе сгорания.

Примечание: Контроль концентрации (раствор кислоты)

Когда расход абсорбирующей воды скорректирован в соответствии с расходом Cl2, тем самым устанавливается концентрация кислоты. Контроль концентрации основан на ожидании, а не на реакции. Более того, в установках трубопровод всегда оснащен патрубком отбора для измерения плотности кислоты и смотровым стеклом для проверки цвета продукта. Полученная величина плотности кислоты позволяет подсчитать ее концентрацию. Если она не соответствует заданной концентрации, поток абсорбирующей воды может быть отрегулирован оператором с помощью контрольного клапана.

В дополнение к вышеуказанному регулированию, порядок запуска (зажигание + замещение воздух/Cl2) может полностью контролироваться дистанционно, обеспечивая запуск всей установки «нажатием одной кнопки». В этом случае установка должны иметь растопочную (пилотную) горелку.

Автоматическая система зажигания:

Компания разработала надежную автоматическую систему зажигания, которая позволяет установке HCl работать с безопасным и дистанционно контролируемым зажиганием. Система имеет пилотную горелку, которая безопасно зажигает контрольные (пилотные) потоки водорода и воздуха для горения, которые в свою очередь безопасно зажигают основной водород и основной воздух для горения в основной горелке установки синтеза. Когда основная горелка включена, пусковой факел тушится и контрольные (пилотные) потоки водорода и воздуха для горения замещаются постоянным низким потоком азота. Затем основной воздух для горения замещается основным Cl2 пока сжигаются только Н2 и Cl2. Вывод воздуха и ввод Cl2 может осуществляться вручную или автоматически из удаленного пункта.

  • Диафрагменный расходомер с EExd дифманометром
  • Расходный клапан с соленоидным управляющим клапаном EExd и позиционером EExd
  • Автоматический двухпозиционный клапан с соленоидным управляющим клапаном EExd и двумя концевыми выключателями EExi
  • Расходный клапан с соленоидным управляющим клапаном EExd и позиционером EExd
  • Диафрагменный расходомер с EExd дифманометром
  • Диафрагменный расходомер с EExd дифманометром
  • Расходный клапан с соленоидным управляющим клапаном EExd и позиционером EExd
  • Автоматический двухпозиционный клапан с соленоидным управляющим клапаном EExd и двумя концевыми выключателями EExi
  • Диафрагма с EExd дифманометром или электромагнитный расходомер EExi и реле низкого расхода EExi
  • Расходный клапан с позиционером EExd
  • Реле низкого давления EExi
  • 2 автоматических двухпозиционных клапана с соленоидным управляющим клапаном EExd и 1 концевым выключателем EExi
  • Индикатор расхода (локальный) с реле низкого расхода EExi (один на охлаждающий контур)
  • Разрывная мембрана с переключателем (поставляется собранной с установкой синтеза)
  • Фотоэлемент определения пламени с корпусом EExd с реле и усилителем
  • Температурный датчик EExd PT100 с трансмиттером

Система автоматического зажигания

  • Пилотная горелка + трансформатор с корпусом (EExd II CT5) + провод зажигания + 2 ручных клапана
  • Автоматические двухпозиционные клапаны с соленоидным управляющим клапаном EExd для воздуха, водорода и азота
  • Редуктор давления воздуха, водорода и азота

Предлагаемая система гарантирует зажигание, безопасность и контроль. Она включает:

  • Один главный шкаф, расположенный в диспетчерском пункте или на заводе рядом с установкой оборудован одним программируемым контроллером PLC Siemens и регуляторами. Регуляторы не включены, если данный шкаф соединен с одной распределительной вычислительной системой (DCS), обеспечивающей функции управления. В этом случае шкаф обеспечивает порядок зажигания и функции безопасности
  • Одну контрольно-распределительную коробку с кабелями установки и локальной панели главного шкафа

Кабели внутри границы поставки поставляются с установками на общей раме, только если шкаф включен в объем поставки.

Опция резервуара и насосов используется для перекачки готовой кислоты в и при необходимости для рециркуляции части кислоты в колонну. Включает:

  • Два горизонтальных центробежных насоса для одинарного механического уплотнения (один в запасе)
  • Один буферный резервуар «FRP / PVC» (2 m³) с уровнемером, соединенным с реле уровня EExi -low/high- (высокий/низкий) и аварийным устройством уровня — high/high- (высокий/высокий)
  • Соединительный трубопровод
  • Шаровые клапаны PVC
  • Один локальный пульт управления для насосов (только если шкафы управления оснащены нашей компанией)

источник

Добавить комментарий