Регенерация соляной кислоты или регенерация HCl представляет собой химический процесс регенерации связанного и несвязанного HCl из растворов хлоридов металлов, таких как соляная кислота . [1]
Наиболее коммерчески значимой областью применения процессов регенерации HCl является восстановление HCl из отработанных травильных растворов из линий травления углеродистой стали . Другие области применения включают производство оксидов металлов, таких как, но не ограничиваясь, Al 2 O 3 и MgO, а также оксидов редкоземельных элементов , путем пирогидролиза водных растворов хлоридов металлов или хлоридов редкоземельных элементов.
Доступно несколько различных технологических маршрутов. Наиболее широко используемый основан на пирогидролизе и адиабатической абсорбции хлористого водорода в воде, процессе, изобретенном в 1960-х годах. Однако ужесточение экологических стандартов и строгая политика выдачи разрешений на выбросы в атмосферу все больше затрудняют создание новых установок по регенерации кислоты на основе пирогидролиза.
В черной металлургии приняты следующие процессы регенерации HCl из отработанных травильных растворов :
Гидротермальный гидролиз солянокислого СПЛ из линий травления углеродистой стали представляет собой гидрометаллургическую реакцию, протекающую по следующей химической формуле:
12 FeCl 2 + 3 O 2 → 8 FeCl 3 + 2 Fe 2 O 3
2FeCl3 + 3H2O → 6HCl + Fe2O3
Сегодня гидротермальный гидролиз, который работает при очень низких температурах, потребляет лишь малую часть энергии, необходимой для других процессов, и практически не производит выбросов, считается наиболее эффективным способом регенерации любого количества отработанного рассола.
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 солянокислого травильного раствора из линий травления углеродистой стали представляет собой гидрометаллургическую реакцию, которая протекает по следующим химическим формулам:
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 = 8 HCl + 2 Fe2O3
2FeCl3 + 3H2O = 6HCl + Fe2O3
Этот процесс представляет собой обратный процесс химического удаления окалины (травления).
Раствор хлорида металла (в наиболее распространенном случае отработанный травильный раствор из линии травления углеродистой стали) подается в испаритель Вентури (III), где происходит прямой массообмен и теплообмен с горячим обжиговым газом из обжиговой печи (реактор/циклон). Сепаратор (IV) разделяет газовую и жидкую фазы продукта испарителя Вентури. Жидкая фаза рециркулируется обратно в испаритель Вентури для повышения производительности массообмена и теплообмена.
Предварительно концентрированная отработанная кислота из предварительного концентратора (III / IV) впрыскивается в реактор (I) с помощью одной или нескольких распылительных штанг (VIII), каждая из которых оснащена одним или несколькими инжекционными соплами. Впрыск осуществляется в верхней части реактора под давлением от 4 до 10 бар. Реактор напрямую нагревается тангенциально установленными горелками, которые создают горячий вихрь. Температура внутри реактора варьируется от 700 °C (уровень горелки) до 370 °C (выходной канал обжигаемого газа). В реакторе происходит преобразование капель предварительно концентрированной отработанной кислоты в порошок оксида железа и газообразный хлористый водород. Хлористый водород покидает реактор через верхнюю часть, в то время как порошок оксида железа удаляется со дна реактора с помощью механических извлекающих устройств. Циклон (II) в канале обжигаемого газа обеспечивает разделение и обратную подачу более крупных частиц оксида, переносимых обжигаемым газом.
В абсорбционной колонне (V) соединение хлористого водорода насыщенного обжигаемого газа, выходящего из предварительного концентратора, адиабатически поглощается водой (которая во многих случаях представляет собой промывочную кислотную воду из линии травления углеродистой стали). Регенерированная кислота (типичная концентрация: 18% по весу) собирается в нижней части абсорбционной колонны.
Жарочный газ транспортируется через систему с помощью вытяжного вентилятора (VI). Вентиляторы на заводах обеспечивают повышение давления примерно на 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 крыльчатки и охлаждения газа, а также для удаления остаточных следов HCl из жарочного газа, вытяжной вентилятор обычно снабжается охлаждающей водой, которая отделяется от потока выхлопных газов с помощью туманоуловителя (VII) на стороне давления вентилятора. В конечном скруббере, обычно состоящем из комбинации мокрых скрубберов, таких как скрубберы Вентури (IX) и скрубберные колонны (X), удаляются остаточные следы HCl и пыли. На некоторых заводах для связывания HCl и Cl 2 (который образуется при определенных обстоятельствах в нескольких, но не во всех реакторах распылительной обжарки) используются абсорбирующие химикаты, такие как NaOH и Na 2 S 2 O 3 ) .
Процессы регенерации кислоты на основе пирогидролиза приводят к образованию значительного количества выбросов в дымовые трубы, содержащих HCl, частицы и хлор, что в прошлом приводило к многочисленным нарушениям закона США о чистом воздухе. [2]