用于浓缩卤化氢水性溶液的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于浓缩卤化氢水性溶液、特别是盐酸的方法，以及一种用于浓缩卤化氢水性溶液的系统。
【背景技术】
[0002]在许多过程中，例如在化学工业中的生产过程中以及垃圾焚化期间，积累卤化氢水性溶液例如盐酸。在这些情况下，所述溶液一般是相对稀的溶液，不能容易地供以重新使用，这是因为许多化学过程要求使用高度浓缩的卤化氢溶液或甚至卤化氢气体。此外，这种类型的稀溶液的运输成本与更浓的溶液的成本相比相对高，这是因为以卤化氢物质的量计，不得不运输大体积的稀卤化氢溶液。因此，需要例如通过从稀的卤化氢水性溶液分离气态卤化氢来浓缩稀的齒化氢水性溶液。
[0003]浓齒化氢水性溶液可以通过对稀齒化氢水性溶液进行蒸饱来获得。由于齒化氢水性溶液、特别是盐酸是共沸混合物，因此可以通过简单蒸馏获得的最高卤化氢含量，无论如何都受到卤化氢与水的混合物的共沸物的限制。因此，稀卤化氢水性溶液的两种组分卤化氢和水不能通过简单蒸馏彼此完全分离开，而是卤化氢含量通过简单蒸馏仅能提升至最高达对应于共沸物的浓度。例如，通过在大气压下简单蒸馏，稀盐酸只能被浓缩至最高达约20重量％的最高氯化氢含量。因此，为了生产更高浓度的氯化氢例如基本上无水的氯化氢气体或纯的氯化氢气体，需要使用另外的方法，例如萃取蒸馏。
[0004]在萃取蒸馏中，向稀的卤化氢水性起始溶液例如稀盐酸添加适合的萃取剂，并选择性提高卤化氢水性起始溶液的一种组分的挥发性，也就是说改变分离系数。此外，萃取剂优选地不与任何待分离的组分形成共沸物，并且与待分离的组分相比具有较低蒸气压。通过这种方式，实现了萃取剂在柱底部处的积累，并且不污染积累在顶部处的卤化氢。因此，通过添加萃取剂，可以实现卤化氢水性溶液的浓缩直至卤化氢气体的解吸附。
[0005]吸湿性化合物，例如特别是硫酸或盐类例如碱金属氯化物、碱土金属氯化物等，通常作为萃取剂用于卤化氢水性起始溶液的萃取蒸馏。
[0006]在技术实施中，通常作为萃取精馏来进行萃取蒸馏，也就是说将含有萃取剂的稀卤化氢溶液在蒸馏柱中从顶部向底部进料，也就是说以与在蒸馏柱底部通过蒸发产生的从下面上升的蒸气成逆流式的方式进料。在这种情况下，由于萃取剂的吸湿性质，含萃取剂的水性溶液从蒸气相吸取水，并在同时将卤化氢气体从水性溶液排出到蒸气相中，因此蒸气相就卤化氢而言被浓缩。因此，在蒸馏柱的上部中或在其顶部处，取决于步骤，获得卤化氢蒸气(即卤化氢气体与水的混合物)或纯的卤化氢气体，将其从蒸馏柱的顶部移除，然后在卤化氢蒸气的情况下，通常将其冷凝以形成浓缩的卤化氢水性溶液，其具有比所使用的稀卤化氢水性起始溶液更高的浓度，或者在仍含有少量水的卤化氢气体的情况下，通常在一个或多个冷凝步骤中将其干燥。
[0007]然而，在萃取蒸馏期间从顶部向底部流动的含萃取剂的溶液中萃取剂的浓度，由于从以逆流式方式进料的蒸气相吸收水而降低，使得在蒸馏柱的下部中或底部处移除的溶液具有比在蒸馏柱的上端处导入的含萃取剂的溶液更低的萃取剂浓度。因此，为了重新使用所述含萃取剂的溶液或者为了使它能够再循环，在从蒸馏柱底部排出之后所述溶液就萃取剂而言必须进行浓缩。在实践中，这通常以下述方式发生，该方式使得从蒸馏柱底部移除的稀溶液在安排在蒸馏柱下游的蒸发装置中通过蒸发水进行浓缩，然后将由此浓缩的含萃取剂的溶液返回到蒸馏装置。
[0008]在这种情况下，出于能量原因，在蒸发装置中浓缩含萃取剂的溶液通常以多级方式、也就是说在多个级联的蒸发级中进行。由于因待浓缩溶液中包含的萃取剂而发生的溶液沸点的提高，通常在大气压或低于大气压下进行溶液的蒸发，以保持在当前压力下可获得的沸点尽可能低，因此保持蒸发水所需的能量水平尽可能低。由于在多级蒸发装置中萃取剂的浓度逐级增加并且因此在预定压力下溶液的沸点逐级提高，因此出于上述原因，在每种情况下从每个蒸发级到后一个蒸发级，压力通常降低，也就是说在每种情况下，每个蒸发步骤在比前一个蒸发步骤更低的压力下进行。结果，来自于前一级的排放蒸气可以作为能量用于加热在较低压力下运行的下一级。然而，这种类型的多级步骤的缺点在于由于多个蒸发级，蒸发装置在设备方面非常复杂，这不仅需要对蒸发装置的高投资成本，尤其是由于各个蒸发级需要用昂贵的覆盖材料覆盖，以便蒸发装置能够抵抗将要被重新加工的溶液的腐蚀作用，而且特别是要求高的运行和维护成本，并且还需要技术上复杂的措施来产生和维持负压或真空。此外，在这种类型的多级蒸发装置中，对于运行条件例如特别是各个蒸发级的压力和温度的可靠的开环和闭环控制，需要复杂的装置。因此，总而言之，这种类型的蒸发装置在设备方面非常复杂并因此也对故障具有高的潜在易感性，并且其运行成本高。因此，对降低浓缩含萃取剂的溶液所需的蒸发装置的复杂性，存在着需求。
[0009]当使用盐类作为萃取剂时，多级蒸发装置的另一个缺点在于，特别是在最终的蒸发级中，存在着萃取剂的不期望的结晶的风险。正如上面阐述的，在每种情况下，从每个蒸发级到后一个蒸发级，压力通常降低，并且通常具体地使得溶液在每种情况下占优势的压力下的沸腾温度随着蒸发级逐级降低。因此，特别是在最终的蒸发级中，存在着萃取剂的不期望的结晶的风险，这可能引起蒸发装置以及在该工艺中在其下游的装置变得堵塞，因此可能引起设备完全故障。此外，必须以复杂的方式移除结晶的萃取剂，这需要高水平的技术复杂性和高的人力成本以及设备停工时间。
【发明内容】
[0010]因此，本发明要解决的问题是提供一种在萃取蒸馏的基础上浓缩卤化氢水性起始溶液的方法，所述方法能效高，同时可以在成本效益高且在设备方面相对简单的设备中实施，并且在所述方法中当使用盐作为萃取剂时，萃取剂的结晶被可靠地阻止。
[0011 ] 根据本发明，这个问题通过一种用于浓缩卤化氢水性起始溶液、特别是盐酸的方法而得以解决，所述方法包括如下步骤:
[0012]-在蒸馏装置中，在萃取剂存在下对所述卤化氢水性起始溶液进行萃取蒸馏，
[0013]-从所述蒸馏装置的上部移除卤化氢蒸气和/或卤化氢气体，
[0014]-从所述蒸馏装置的下部移除含萃取剂的溶液，
[0015]-将从所述蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液在蒸发装置中进行浓缩，以及
[0016]-将在所述蒸发装置中浓缩的含萃取剂的溶液返回到所述蒸馏装置，
[0017]其中将从所述蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液，在蒸发装置中，在高于大气压的压力下通过蒸发进行浓缩。
[0018]这种解决方案基于如下的认识，S卩，在蒸馏装置中，在萃取剂存在下，通过卤化氢水性起始溶液的萃取蒸馏来浓缩卤化氢水性溶液的方法，不仅能效高，而且可以在成本效益高且在设备方面相对简单的设备中、即在具有单级蒸发级的设备中进行，所述单级蒸发级当在以高于大气压的压力运行的蒸发装置中浓缩从蒸馏装置的下部移除的含萃取剂的溶液时，用于浓缩再循环的含萃取剂的溶液。由于使用用于浓缩含萃取剂的溶液的单级蒸发装置实施这样的方法的可行性，因此运行本发明的方法所需的设备与现有技术已知的设备相比在设备方面更加简单，并且因此成本效益更高，所述现有技术已知的设备包含多个连续的蒸发级，所述多个连续的蒸发级的组件都必须装备有昂贵的覆盖材料，以便保护它们抵抗待浓缩的溶液的腐蚀作用。此外，实施本发明方法所需的设备的运行和维护成本因此显著低于现有技术已知的方法。此外，与现有技术已知的方法相比，本发明的方法因此要求更简单和不那么复杂的开环和闭环控制来进行实施。特别地，为了实施本发明的方法，对于浓缩含萃取剂的溶液来说，在蒸发装置中不需要用于负压或真空的产生、维持和开环与闭环控制的装置。
[0019]本发明的方法的另一个优点在于，在这种方法中，当在蒸发装置中浓缩溶液时，萃取剂的结晶被可靠地阻止，即使在使用盐类作为萃取剂时也情况如此。这是因为含萃取剂的溶液在蒸发装置中的浓缩在高于大气压的压力下发生，因此由于与在相对低的压力下进行的现有技术方法相比压力更高，使得可以在相对高的蒸发温度下实现萃取剂的最高浓缩，这是结晶的风险被阻止或至少大幅降低的原因，因为上述盐类在水性或酸性水溶液中的溶解度也随着温度增加而增加。因此，由于盐类在高蒸发温度下相对高的溶解度，因此可以在没有结晶风险的情况下将含萃取剂的溶液浓缩至高的盐含量。
[0020]本发明方法的另一个本质上的优点在于，当在蒸发装置中浓缩再循环的含萃取剂的溶液时，由于蒸发期间占优势的压力，除浓缩的含萃取剂的溶液外还产生蒸气和/或排放蒸气，其具有相应高的压力和相应高的温度，并因此具有高的可用能量含量。由于排放蒸气的相对高的压力和相对高的温度，它可用于为在蒸馏装置的下部区域中产生蒸气提供必要的能量。这可以例如通过使在蒸馏装置底部处积累的溶液的部分料流，与在用于浓缩含萃取剂的溶液的蒸发装置中积累的排放蒸气，在热交换器中直接或更优选地间接接触来进行，由于由此转移的热量，所述排放蒸气被冷凝并且所述溶液被蒸发，然后将所述溶液作为蒸气返回