Производство соляной кислоты и связанное с ним загрязнение окружающей среды
(Соляную кислоту применяют для получения хлоридов Zn, Ba. Mg, Са, Fe, A1 и т. д., для травления при пайке и лужении, и цветной металлургии (извлечение Pt, An), при гидролизе древесины, в производстве красителей, для гидрохлорировании органических соединении.
Производство соляной кислоты включает:
а) получение хлористого водорода
б) абсорбцию НСI водой.
Стадия “а”, в свою очередь, реализуется тремя способами:
1) сульфатным, осуществляемым при 500 - 5500С
по реакции 2NaCIтв + H2SO4ж = Na2SO4тв + HCIг - лабораторный метод получают значительные количества отходов серной кислоты, сернистого газа, сульфата натрия
2) абгазным – при хлорировании органических соединений.
Соляная кислота, получаемая по этому способу, является, по существу, многотоннажным отходом промышленности тяжелого органического синтеза. Степень использования СI2 не превышает 50%: т. к. Один кислород замещается на 1 водород по реакции: RH+Cl2=RCl+HCl.
Отходящий газ HCl в большинстве случаев содержит Cl2, CO2,O2,H2,N2 и загрязнен органическими соединениями. Поэтому для получения соляной кислоты перед абсорбцией требуется предварительная очистка.
3) синтетическим – прямой синтез - при взаимодействии хлора и водорода, получаемых при электролизе водного раствора хлорида натрия и направляемых в специальную печь через горелку, состоящую из двух трубок, вставленных одна в другую. По внутренней подается хлор, по внешней – водород.
Метод обладает рядом существенных достоинств:
а) исходный газ содержит до 90% НСI;
б) количество примесей в газе сведено к минимуму;
в) получаемая НСI имеет высокую чистоту, вплоть до марки «х. ч.»;
г) не расходуются никакие другие реагенты;
д) горение хлора в водороде не требует затрат топлива.
Синтез проводят при избытке 5—10% водорода и высокой температуре в печи, корпус которой изготовляют из углеродистой или легированной стали, а крышку из асбеста. Нижняя часть печи выложена огнеупорным материалом. В ней помещена горелка, состоящая из двух концентрически расположенных стальных трубок. По наружной трубке в печь подается водород, а по внутренней — хлор. Которые на выходе из горелки смешиваются и спокойно реагируют; образуя факел горения с температурой 2000—2400° С.
Абсорбция хлористого водорода в воде идет с выделением большого количества тепла (образование гидратов), которого достаточно для нагревания кислоты до кипения. Для получения более концентрированной соляной кислоты необходим отвод тепла, так как растворимость хлористого водорода в воде с повышением температуры уменьшается.
Поглощение НС1 проводят в абсорберах с отводом тепла. Через стенку (изотермическая абсорбция) или с отводом тепла в результате испарения части воды (адиабатическая абсорбция).
Эту кислоту получают из относительно чистого газообразного сырья при минимальном количестве отходов, которые к тому же эффективно и просто рекуперируются на материнских производствах или утилизируются в пределах производственных комплексов с получением ценных побочных продуктов.
Энергосбережение и охрана окружающей среды в производстве соляной кислоты
Отходы в производстве соляной кислоты:
газообразные – остаточный HCl, хлор и хлорированные органические соединения
жидкие – сточные воды (СВ), содержащие HCl, абгазния соляная кислота, включающая органические примеси
твердые – отсутствуют
шламы –отсутствую
Разрушение озонового слоя в присутствии хлора (хлорный цикл)
Для уменьшения выбросов в атмосферу остаточного HCl ставят дополнительный холодильник-адсорбер, слабая кислота затем нейтрализуется раствором едкого натра.
Разрушение озонового слоя в присутствии хлора (хлорный цикл)
В технологическом цикле производства выделяются газообразная соляная кислота (HCl), хлор и хлорированные органические соединения, которые возникают в первую очередь в газах, выходящих из системы очистки HCl в процессе производства HCl; что вызывает накопление в атмосфере озоноразрушающих газов (ОРГ); ОРГ поднимаются на высоту 20-50 км над поверхностью Земли, где расположен озоновый слой (особенно благоприятные условия для этого в приполярных районах);
Солнечные лучи действуют на техногенные газы, из которых выделяется хлор; Хлор разрушает озон, отбирая один из трех атомов кислорода и превращая его в О2, при этом каждый атом хлора способен отделить атом кислорода почти 100 тыс. раз.
Cl + O3 = ClO +O2, (11)
Cl + O = Cl + O2.
В этих реакциях атом хлора и молекула ClO являются катализаторами, а гибнут все те же атомы O и молекулы O3. При этом важно, что скорость распада озона на одну молекулу Cl или ClO примерно в шесть раз выше, чем на одну молекулу NO или NO2.
Абгазная кислота. В отсутствие очистки получаемая абгазная соляная кислота, включающая органические примеси:
1. нейтрализуется и сбрасывается в открытые водоемы либо закачивается в поглощающие подземные горизонты
2. В электролизе соляной кислоты с получением газообразного Cl2, для синтеза хлорорганических продуктов из растворов электрохимическим методом, для частичной замены серной кислоты соляной в производстве суперфосфата и при обработке руд, для травления металлов.
Стоки производства кислот
Сточные воды в производстве соляной кислоты образуются в результате:
смыва обратной водой полов при подготовке оборудования в ремонт,
при наладке сальников кислотных насосов;
при присоединении и отсоединении железнодорожных цистерн на эстакаде налива соляной кислоты.
Сточные воды из поддона технологической этажерки и поддона хранилищ соляной кислоты собираются и нейтрализуются раствором едкого натра с массовой долей NaOH 25%. Нейтрализация проводится без выделения твердого осадка:
НCl + NaOH + nH2O → NaCl + nH2O
