用于濃縮鹵化氫水性溶液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于濃縮鹵化氫水性溶液、特別是鹽酸的方法，以及一種用于濃縮鹵化氫水性溶液的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在許多過程中，例如在化學(xué)工業(yè)中的生產(chǎn)過程中以及垃圾焚化期間，積累鹵化氫水性溶液例如鹽酸。在這些情況下，所述溶液一般是相對稀的溶液，不能容易地供以重新使用，這是因?yàn)樵S多化學(xué)過程要求使用高度濃縮的鹵化氫溶液或甚至鹵化氫氣體。此外，這種類型的稀溶液的運(yùn)輸成本與更濃的溶液的成本相比相對高，這是因?yàn)橐喳u化氫物質(zhì)的量計(jì)，不得不運(yùn)輸大體積的稀鹵化氫溶液。因此，需要例如通過從稀的鹵化氫水性溶液分離氣態(tài)鹵化氫來濃縮稀的齒化氫水性溶液。
[0003]濃齒化氫水性溶液可以通過對稀齒化氫水性溶液進(jìn)行蒸飽來獲得。由于齒化氫水性溶液、特別是鹽酸是共沸混合物，因此可以通過簡單蒸餾獲得的最高鹵化氫含量，無論如何都受到鹵化氫與水的混合物的共沸物的限制。因此，稀鹵化氫水性溶液的兩種組分鹵化氫和水不能通過簡單蒸餾彼此完全分離開，而是鹵化氫含量通過簡單蒸餾僅能提升至最高達(dá)對應(yīng)于共沸物的濃度。例如，通過在大氣壓下簡單蒸餾，稀鹽酸只能被濃縮至最高達(dá)約20重量％的最高氯化氫含量。因此，為了生產(chǎn)更高濃度的氯化氫例如基本上無水的氯化氫氣體或純的氯化氫氣體，需要使用另外的方法，例如萃取蒸餾。
[0004]在萃取蒸餾中，向稀的鹵化氫水性起始溶液例如稀鹽酸添加適合的萃取劑，并選擇性提高鹵化氫水性起始溶液的一種組分的揮發(fā)性，也就是說改變分離系數(shù)。此外，萃取劑優(yōu)選地不與任何待分離的組分形成共沸物，并且與待分離的組分相比具有較低蒸氣壓。通過這種方式，實(shí)現(xiàn)了萃取劑在柱底部處的積累，并且不污染積累在頂部處的鹵化氫。因此，通過添加萃取劑，可以實(shí)現(xiàn)鹵化氫水性溶液的濃縮直至鹵化氫氣體的解吸附。
[0005]吸濕性化合物，例如特別是硫酸或鹽類例如堿金屬氯化物、堿土金屬氯化物等，通常作為萃取劑用于鹵化氫水性起始溶液的萃取蒸餾。
[0006]在技術(shù)實(shí)施中，通常作為萃取精餾來進(jìn)行萃取蒸餾，也就是說將含有萃取劑的稀鹵化氫溶液在蒸餾柱中從頂部向底部進(jìn)料，也就是說以與在蒸餾柱底部通過蒸發(fā)產(chǎn)生的從下面上升的蒸氣成逆流式的方式進(jìn)料。在這種情況下，由于萃取劑的吸濕性質(zhì)，含萃取劑的水性溶液從蒸氣相吸取水，并在同時將鹵化氫氣體從水性溶液排出到蒸氣相中，因此蒸氣相就鹵化氫而言被濃縮。因此，在蒸餾柱的上部中或在其頂部處，取決于步驟，獲得鹵化氫蒸氣(即鹵化氫氣體與水的混合物)或純的鹵化氫氣體，將其從蒸餾柱的頂部移除，然后在鹵化氫蒸氣的情況下，通常將其冷凝以形成濃縮的鹵化氫水性溶液，其具有比所使用的稀鹵化氫水性起始溶液更高的濃度，或者在仍含有少量水的鹵化氫氣體的情況下，通常在一個或多個冷凝步驟中將其干燥。
[0007]然而，在萃取蒸餾期間從頂部向底部流動的含萃取劑的溶液中萃取劑的濃度，由于從以逆流式方式進(jìn)料的蒸氣相吸收水而降低，使得在蒸餾柱的下部中或底部處移除的溶液具有比在蒸餾柱的上端處導(dǎo)入的含萃取劑的溶液更低的萃取劑濃度。因此，為了重新使用所述含萃取劑的溶液或者為了使它能夠再循環(huán)，在從蒸餾柱底部排出之后所述溶液就萃取劑而言必須進(jìn)行濃縮。在實(shí)踐中，這通常以下述方式發(fā)生，該方式使得從蒸餾柱底部移除的稀溶液在安排在蒸餾柱下游的蒸發(fā)裝置中通過蒸發(fā)水進(jìn)行濃縮，然后將由此濃縮的含萃取劑的溶液返回到蒸餾裝置。
[0008]在這種情況下，出于能量原因，在蒸發(fā)裝置中濃縮含萃取劑的溶液通常以多級方式、也就是說在多個級聯(lián)的蒸發(fā)級中進(jìn)行。由于因待濃縮溶液中包含的萃取劑而發(fā)生的溶液沸點(diǎn)的提高，通常在大氣壓或低于大氣壓下進(jìn)行溶液的蒸發(fā)，以保持在當(dāng)前壓力下可獲得的沸點(diǎn)盡可能低，因此保持蒸發(fā)水所需的能量水平盡可能低。由于在多級蒸發(fā)裝置中萃取劑的濃度逐級增加并且因此在預(yù)定壓力下溶液的沸點(diǎn)逐級提高，因此出于上述原因，在每種情況下從每個蒸發(fā)級到后一個蒸發(fā)級，壓力通常降低，也就是說在每種情況下，每個蒸發(fā)步驟在比前一個蒸發(fā)步驟更低的壓力下進(jìn)行。結(jié)果，來自于前一級的排放蒸氣可以作為能量用于加熱在較低壓力下運(yùn)行的下一級。然而，這種類型的多級步驟的缺點(diǎn)在于由于多個蒸發(fā)級，蒸發(fā)裝置在設(shè)備方面非常復(fù)雜，這不僅需要對蒸發(fā)裝置的高投資成本，尤其是由于各個蒸發(fā)級需要用昂貴的覆蓋材料覆蓋，以便蒸發(fā)裝置能夠抵抗將要被重新加工的溶液的腐蝕作用，而且特別是要求高的運(yùn)行和維護(hù)成本，并且還需要技術(shù)上復(fù)雜的措施來產(chǎn)生和維持負(fù)壓或真空。此外，在這種類型的多級蒸發(fā)裝置中，對于運(yùn)行條件例如特別是各個蒸發(fā)級的壓力和溫度的可靠的開環(huán)和閉環(huán)控制，需要復(fù)雜的裝置。因此，總而言之，這種類型的蒸發(fā)裝置在設(shè)備方面非常復(fù)雜并因此也對故障具有高的潛在易感性，并且其運(yùn)行成本高。因此，對降低濃縮含萃取劑的溶液所需的蒸發(fā)裝置的復(fù)雜性，存在著需求。
[0009]當(dāng)使用鹽類作為萃取劑時，多級蒸發(fā)裝置的另一個缺點(diǎn)在于，特別是在最終的蒸發(fā)級中，存在著萃取劑的不期望的結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。正如上面闡述的，在每種情況下，從每個蒸發(fā)級到后一個蒸發(fā)級，壓力通常降低，并且通常具體地使得溶液在每種情況下占優(yōu)勢的壓力下的沸騰溫度隨著蒸發(fā)級逐級降低。因此，特別是在最終的蒸發(fā)級中，存在著萃取劑的不期望的結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)，這可能引起蒸發(fā)裝置以及在該工藝中在其下游的裝置變得堵塞，因此可能引起設(shè)備完全故障。此外，必須以復(fù)雜的方式移除結(jié)晶的萃取劑，這需要高水平的技術(shù)復(fù)雜性和高的人力成本以及設(shè)備停工時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明要解決的問題是提供一種在萃取蒸餾的基礎(chǔ)上濃縮鹵化氫水性起始溶液的方法，所述方法能效高，同時可以在成本效益高且在設(shè)備方面相對簡單的設(shè)備中實(shí)施，并且在所述方法中當(dāng)使用鹽作為萃取劑時，萃取劑的結(jié)晶被可靠地阻止。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明，這個問題通過一種用于濃縮鹵化氫水性起始溶液、特別是鹽酸的方法而得以解決，所述方法包括如下步驟:
[0012]-在蒸餾裝置中，在萃取劑存在下對所述鹵化氫水性起始溶液進(jìn)行萃取蒸餾，
[0013]-從所述蒸餾裝置的上部移除鹵化氫蒸氣和/或鹵化氫氣體，
[0014]-從所述蒸餾裝置的下部移除含萃取劑的溶液，
[0015]-將從所述蒸餾裝置的下部移除的含萃取劑的溶液在蒸發(fā)裝置中進(jìn)行濃縮，以及
[0016]-將在所述蒸發(fā)裝置中濃縮的含萃取劑的溶液返回到所述蒸餾裝置，
[0017]其中將從所述蒸餾裝置的下部移除的含萃取劑的溶液，在蒸發(fā)裝置中，在高于大氣壓的壓力下通過蒸發(fā)進(jìn)行濃縮。
[0018]這種解決方案基于如下的認(rèn)識，S卩，在蒸餾裝置中，在萃取劑存在下，通過鹵化氫水性起始溶液的萃取蒸餾來濃縮鹵化氫水性溶液的方法，不僅能效高，而且可以在成本效益高且在設(shè)備方面相對簡單的設(shè)備中、即在具有單級蒸發(fā)級的設(shè)備中進(jìn)行，所述單級蒸發(fā)級當(dāng)在以高于大氣壓的壓力運(yùn)行的蒸發(fā)裝置中濃縮從蒸餾裝置的下部移除的含萃取劑的溶液時，用于濃縮再循環(huán)的含萃取劑的溶液。由于使用用于濃縮含萃取劑的溶液的單級蒸發(fā)裝置實(shí)施這樣的方法的可行性，因此運(yùn)行本發(fā)明的方法所需的設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)已知的設(shè)備相比在設(shè)備方面更加簡單，并且因此成本效益更高，所述現(xiàn)有技術(shù)已知的設(shè)備包含多個連續(xù)的蒸發(fā)級，所述多個連續(xù)的蒸發(fā)級的組件都必須裝備有昂貴的覆蓋材料，以便保護(hù)它們抵抗待濃縮的溶液的腐蝕作用。此外，實(shí)施本發(fā)明方法所需的設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)成本因此顯著低于現(xiàn)有技術(shù)已知的方法。此外，與現(xiàn)有技術(shù)已知的方法相比，本發(fā)明的方法因此要求更簡單和不那么復(fù)雜的開環(huán)和閉環(huán)控制來進(jìn)行實(shí)施。特別地，為了實(shí)施本發(fā)明的方法，對于濃縮含萃取劑的溶液來說，在蒸發(fā)裝置中不需要用于負(fù)壓或真空的產(chǎn)生、維持和開環(huán)與閉環(huán)控制的裝置。
[0019]本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，在這種方法中，當(dāng)在蒸發(fā)裝置中濃縮溶液時，萃取劑的結(jié)晶被可靠地阻止，即使在使用鹽類作為萃取劑時也情況如此。這是因?yàn)楹腿┑娜芤涸谡舭l(fā)裝置中的濃縮在高于大氣壓的壓力下發(fā)生，因此由于與在相對低的壓力下進(jìn)行的現(xiàn)有技術(shù)方法相比壓力更高，使得可以在相對高的蒸發(fā)溫度下實(shí)現(xiàn)萃取劑的最高濃縮，這是結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)被阻止或至少大幅降低的原因，因?yàn)樯鲜鳆}類在水性或酸性水溶液中的溶解度也隨著溫度增加而增加。因此，由于鹽類在高蒸發(fā)溫度下相對高的溶解度，因此可以在沒有結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)的情況下將含萃取劑的溶液濃縮至高的鹽含量。
[0020]本發(fā)明方法的另一個本質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)在蒸發(fā)裝置中濃縮再循環(huán)的含萃取劑的溶液時，由于蒸發(fā)期間占優(yōu)勢的壓力，除濃縮的含萃取劑的溶液外還產(chǎn)生蒸氣和/或排放蒸氣，其具有相應(yīng)高的壓力和相應(yīng)高的溫度，并因此具有高的可用能量含量。由于排放蒸氣的相對高的壓力和相對高的溫度，它可用于為在蒸餾裝置的下部區(qū)域中產(chǎn)生蒸氣提供必要的能量。這可以例如通過使在蒸餾裝置底部處積累的溶液的部分料流，與在用于濃縮含萃取劑的溶液的蒸發(fā)裝置中積累的排放蒸氣，在熱交換器中直接或更優(yōu)選地間接接觸來進(jìn)行，由于由此轉(zhuǎn)移的熱量，所述排放蒸氣被冷凝并且所述溶液被蒸發(fā)，然后將所述溶液作為蒸氣返回