壓差法鹽酸深脫吸工藝在PVC生產中的應用分析

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（青海鹽湖鎂業有限公司 青海 816000）

前言

化工行業中所采用的傳統電石法工藝在合成C2H3Cl過程中將會生成大量的酸性物質，并且由于其中含有大量的汞雜質而極大的限制了應用范圍，隨著我國在環境保護治理方面力度的不斷提升，更是進一步制約了傳統電石法工藝中酸性副產品的銷售門檻，對化工企業的經濟效益造成了一定的影響。根據研究發現，采用蒸餾的方式能夠從鹽酸中去除HCl，但這種方式無法構建成HCl閉路循環系統以及鹽酸的零排放。為能夠有效地克服PVC生產中鹽酸副產品問題，本研究將在常規的吸裝置及技術的基礎上進行完善，實現通過壓差法鹽酸深脫吸工藝達到鹽酸零排放的目的[1]。壓差法鹽酸深脫吸工藝在PVC生產中屬于較為新穎的技術工藝，HCl提餾純度可達到99%，并且能夠去除其中的活性氯，并且該技術工藝能夠與C2H3Cl水堿洗工藝相融合，處理過程中無需添加額外的水分，具有重要的實際應用價值。

1.原理分析

鹽酸在達到沸點后其組分將發生改變，并且在特定的條件下將會形成恒沸狀態，在標準大氣壓下鹽酸的共沸物沸騰溫度最高為109℃，HCl的質量分數為20.24%，在此狀態下進行蒸餾處理最大能夠得到質量分數為±20%的鹽酸，而鹽酸深脫吸工藝則可進行鹽酸的完全處理，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其具有吸水特性改變HCl的蒸發特性，從而實現提餾HCl，不過濃硫酸具有強氧化性，此工藝對于設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，處理后鹽酸的質量分數能夠低于1%，趨近于鹽酸的零提餾，但這種工藝的弊端是氯化鈣易發生結晶反應，造成設備結垢，并且實際使用中具有較為嚴格的操作步驟；壓差法是由變壓精餾改進而來，根據不同壓力下稀鹽酸共沸點存在一定的差異的情況提餾HCl，其中在高壓狀態下共沸酸物質中的HCl質量分數在18%～19%之間，而真空狀態下其質量分數則在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，獲得質量分數＞25%的濃鹽酸，在進入到正壓塔后，塔釜蒸發所形成的氣液混合物將會與塔頂噴淋出的濃鹽酸進行熱交換反應，并在塔頂冷卻器處理后可得到提餾的HCl氣體，此時HCl氣體質量分數能夠達到＞99.99%；將提餾后的HCl氣體經過C2H3Cl轉化處理后送至HCl主管路中[3]。正壓塔塔釜形成的質量分數為±18%的鹽酸將會被送至負壓塔中部，并與塔釜蒸發所形成的氣液混合物進行熱量和質量的傳遞，之后通過負壓塔塔頂提餾酸性液體，此時HCl質量分數在0.1%～0.5%之間；完成上述步驟后酸性液體將會作為C2H3Cl轉化處理工序的補液進入到水洗塔。塔釜質量分數為±20%的鹽酸將會通過C2H3Cl轉化泡罩塔將其中的HCl進行處理后送至正壓塔內。將壓差法鹽酸深脫吸工藝與C2H3Cl轉化處理工藝進行融合后，采用正壓設備提留HCl、負壓設備提餾水，并且C2H3Cl轉化泡罩塔所吸收的鹽酸能夠在正壓、負壓設備中得到循環處理，從而實現系統平衡、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，無需使用破沸劑，也不會在使用的過程中發生結晶等不良情況，具有較高的實用性及成本價格優勢。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

若僅使用壓差法實施處理將會產生較大的耗能，并且整個處理過程耗時長，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酸全部處理、廢酸零排放，以此實現清潔生產、節能減排的效果。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熱提餾工藝，其中泡沫塔內質量分數為±31%的濃鹽酸在進行換熱處理后將通過塔頂部噴淋進入至正壓塔內與塔釜中的HCl混合氣進行逆向熱質交換反應，此時塔內的溫度將持續增加，過程中HCl將會得到提餾，并且經過冷卻器后可得到干燥的HCl，將其進行氣液分離以及除霧處理后便可與乙炔催化反應成為C2H3Cl。

稀酸經過正壓塔塔釜閃蒸處理后進入到負壓塔內，與其中的HCl混合氣進行熱量與物質的傳遞，并且在真空處理的過程中負壓塔內的HCl將會逐漸聚集在塔的下部區域，而此時塔頂具有HCl的水蒸氣將會在頂部冷凝器的作用下形成酸性水（此時HCl的質量分數為±1%），并作為水洗塔補水使用。塔底部質量分數為22%的鹽酸在經過冷卻處理后將被輸送到稀酸罐內，并通過稀酸泵將其輸送至C2H3Cl泡罩塔，將其中質量分數±30%的鹽酸進行吸收后將會被傳輸送到循環處理系統中。需要注意的是，在C2H3Cl水堿洗過程中水分將會被帶出，從而造成一定的損耗，因此應定期向水洗塔內補充水分，如將生成的酸性水加入到水洗塔中，以完成循環處理，通過這種循環工藝能夠有效地實現副產酸的零排放[4]。

3.工藝指標

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

根據壓差法鹽酸脫吸工藝在實際應用結果顯示，使用三個月后該工藝技術呈現穩定的狀態，而負壓塔則能實現最大效率。在實際運行中恒沸酸的質量分數由19%增加到22%，并且通過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顯著地減少，此時將無法形成有效的循環。經過監測處理后的廢水中HCl質量分數≤0.1%，運行中的溫度指標以及壓力指標應根據酸濃度進行及時的調整。壓差法鹽酸脫吸工藝實際運行中的數據如表1所示。

表1 壓差法鹽酸脫吸工藝實際運行中的數據

4.實際運行結果分析

系統在經過三個月運行調整后已經趨于穩定，并且能夠對系統進行有效的控制。其中系統產出HCl流量達到850～950m2/h，廢水回用量為1.1m3/h，能夠將水洗塔酸質量分數控制在±10%，期間無需外界進行補水，稀酸回用量為35m2/h，泡沫塔中濃酸質量分數可控制在30%內，并且能夠保證向正壓塔輸出的穩定性，以便提餾HCl。正壓塔塔釜中鹽酸質量分數可控制在±19%，能夠匹配90～100kPa狀態下的恒沸酸濃度。負壓塔中質量分數19%的恒沸酸經提餾能夠獲得含酸質量分數＜1%的水分。經過反應處理后負壓塔塔釜內的酸質量分數可穩定在21%。根據實際運行情況可以發現，系統各項運行指標均達到預期的目標。需要注意的是，系統中的吸收及提餾必須得到有效地結合才能保障HCl得到全部的吸收。

5.經濟效益分析

該工藝在長時間的應用中使企業HCl的回收量增加了一倍，并且過程中無排酸的情況發生，取得了顯著的經濟與環保效益，其中HCl流量由傳統工藝的400m2/h增加到了900m2/h，能夠為企業獲得1000萬元/a的經濟效益。組合工藝所構建的鹽酸閉路循環系統中的補水量由3t/h降低到了0t/h。壓差法精餾HCl的成本為945元/t，而同類企業中的氯化鈣法精餾HCl成本為1479元/t，可見壓差法具有顯著的經濟優勢。

6.結束語

壓差法鹽酸深脫吸工藝應用在PVC生產加工中，能夠有效的克服生產過程中副產鹽酸問題，實現全部的HCl有效回收以及鹽酸的零排放，并且該工藝在環保及降低生產成本方面的作用顯著，因此具有較高的應用價值。