一种循环利用氯化氢方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及循环利用氯化氢技术领域，具体涉及吸收化工生产副产物氯化氢、盐 酸电解生产氯气的方法。
【背景技术】
[0002] 许多产品的生产过程中会大量副产氯化氢，这些行业包括，聚氨酯MDI/TDI、PTFE、 曼海姆法生产硫酸钾、甲烷氯化物、环氧丙烷、氯乙酸、氯化石蜡、亚磷酸二甲酯等。含氯化 工生产过程中普遍存在副产氯化氢难于处理、氯气循环使用率低以及氯碱行业氯碱使用不 平衡等问题。人们迫切希望找到一种既经济又安全的生产过程，从氯化氢中回收氯气，实现 氯元素在体系中的闭路循环和反应体系的零排放。这不仅能够解决氯化氢对环境的污染问 题，同时满足工业上对氯气不断增长的需求。这将是一种具有经济和环保双重效益的工艺 过程。
[0003] 传统UHDE电解工艺的电流密度4?4. 8kA/m2,电解槽电压约1. 92?2. 06v，能耗 为i6〇〇Kwh/吨氯气，能耗高，维修成本高，而且电解气体纯度低又易发生安全问题，已显落 伍。UHDE公司又开发了 0DC电解技术，在阴极电解液室引入氧气，不发生阴极4离析而改 为产生水，这样比传统UHDE电解槽电压下降。这种0DC电解技术电流密度4kA/m 2,槽电压 约1. 4v，电耗为1050Kwh/吨氯气。
[0004] 分析现有技术发现，在阴极H+结合电子生成氢气是电耗高的主要原因，0DC电解 技术不发生阴极4离析，所以比传统UHDE电解工艺的电耗下降550Kwh/吨氯气。本发明 需要解决在阴极H+结合电子生成氢气造成电耗高的首要问题。其次是传统UHDE电解工艺 和0DC电解技术电流密度都不够大，如果电流密度达到5?10kA/m 2,传统UHDE电解工艺和 0DC电解技术都会出现电解槽无法承受的损害。但电解常识又告诉我们提高电解槽的电流 密度并保持稳定运行就可以有效降低电耗。
[0005] 为解决现有技术中电解槽无法承受电流密度过高出现损害的问题，有人选择三维 (3D)电极替换现有技术的二维（2D)电极做为阴、阳极电极，电活化面积增大可以承受更高 电流密度进而电耗降低。阴、阳极电极可以承受更高电流密度的话，阴极液会聚集大量电 子，倾向于在阴极H+结合电子生成氢气，为了杜绝这种危害发生，有人选择向阴极液中添加 介导体，比如向阴极液中添加多价或双价金属氧化物参与氧化还原，包含三价铁、二价铁的 氯化物的酸性HCL溶液是优选的。三价铁、二价铁的氯化物酸性溶液的组分浓度的选择要 兼顾降低电解电耗并且不能在电解槽或阴极液出口结晶二价铁氯化物。阴极液中的高价金 属离子在电解槽中被还原为低价金属离子，在氧化塔中低价金属离子被氧化为高价离子。 反应式如下：
[0006] 阳极反应：4HC1 - 2Cl2+4H++4e，五25c. = + 1. 36V
[0007] 阴极反应：4FeCl3+4H++4e- 4FeCl2+4HCl，尽sc= + 1. 23V
[0008] 电解反应：4FeCl3- 4FeCl 2+2Cl2，岛c = + 〇. 77V
[0009] 氧化反应：4FeCl2+02+4HCl - 4FeCl3+2H20，
[0010] 总反应：4HCl+02-2C1 2+2H20。
[0011] 上述反应过程存在三价铁、二价铁的氯化物酸性溶液的组分浓度不易控制，有二 价铁的氯化物在电解槽或阴极液出口结晶、堵塞，导致电解槽运行时间较短。还存在电解槽 外亚铁离子氧化成铁离子转化率低的缺陷，无法满足大工业需求的问题。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的之一是解决含氯化工生产过程中普遍存在副产氯化氢难于处理、氯 气循环使用率低以及氯碱行业氯碱使用不平衡等问题，提供一种从氯化氢中回收氯气既经 济又安全的生产方法，实现氯元素在体系中的闭路循环和反应体系的零排放。本发明的目 的之二是解决在阴极H+结合电子生成氢气造成电耗高的首要问题。本发明的目的之三是 在电流密度5?10kA/m 2条件下保障电解操作稳定性。
[0013] 本发明提供一种循环利用氯化氢的方法，包括：
[0014] 通入稀盐酸、在电流的作用下产生电化学反应、阴极液中的高价金属离子还原为 低价金属离子、阳极液中的cr被氧化为ci 2并输出使用的电解步骤；
[0015] 接收所述电解步骤输出阳极液和Cl2、并吸收外来氯化氢的阳极液增浓步骤；
[0016] 接收所述电解步骤输出阴极液、将阴极液中低价态金属离子氧化成高价态金属离 子并去除水份的阴极液氧化步骤。
[0017] 进一步的，还包括将阳极液增浓步骤处理后的阳极液加压、加热、过滤返回所述电 解步骤的阳极液进料步骤。
[0018] 进一步的，还包括将阴极液氧化步骤处理后的阴极液过滤、输入所述电解步骤的 阴极液进料步骤。
[0019] 进一步的，还包括将交流电变为直流电、通过母线供给所述电解步骤的整流步骤。
[0020] 进一步的，其中所述电解步骤还包括：
[0021] 将阳极液中cr氧化为C12的阳极液氧化步骤；
[0022] 将阴极液中的高价金属离子还原为低价金属离子的阴极液还原步骤。
[0023] 进一步的，其中所述阳极液增浓装置还包括：
[0024] 接收、分尚所述电解槽输出阳极液和Cl2的汽液分尚步骤；
[0025] 吸收外来氯化氢的盐酸吸收步骤。
[0026] 进一步的，其中所述阳极液进料步骤还包括：
[0027] 加压输送阳极液的输送步骤；
[0028] 加热阳极液的加热步骤；
[0029] 过滤阳极液的过滤步骤。
[0030] 进一步的，其中所述阴极液进料步骤还包括：
[0031] 加压、输送阴极液的阴极液输送步骤；
[0032] 过滤阴极液的阴极液过滤步骤。
[0033] 进一步的，阳极液经输送装置（P1)增压、加热器（E1)升温、过滤器（BS1)过滤后 进入电解槽01)，在电流的作用下cr被氧化为C1 2，电解后的阳极液进入汽液分离装置 (V2)分离汽液后，产品(：12输出使用，剩余稀盐酸用外加氯化氢增浓后返回盐酸吸收装置 (VI)，依次进行循环。
[0034] 进一步的，电解后的阴极液经阴极液氧化装置加压、升温、氧化、浓缩、冷凝后，阴 极液所含低价态金属离子被氧化为高价态金属离子，恢复其被还原的能力，阴极液经阴极 液输送装置（P2)增压、阴极液过滤器（BS2)过滤后返回电解槽（D1)，在电流的作用下高价 态金属离子被还原为低价态金属离子。依次进行循环。
[0035] 本发明取得的效果：该项技术的产业化不仅解决聚氨酯等众多行业面临的副产氯 化氢难以消化处理的难题，同时还带来显著的经济效益，成为氯元素循环利用的示范工程， 对化工装置循环经济的建设及产业链的延续具有重要的意义。该方法具有操作电流密度 高、槽电压和电耗低、安全本质化程度高等优点，可实现对盐酸的高负荷低能耗电解，解决 了在阴极H+结合电子生成氢气造成电耗高的首要问题，同时在电流密度5?10kA/m 2条件 下保障电解操作稳定性。
【附图说明】
[0036] 图1为本申请提供的循环利用氯化氢第一种实施方法示意图。
[0037] 图2为本申请提供的循环利用氯化氢第二种实施方法示意图。
[0038] 图3为本申请提供的循环利用氯化氢第三种实施方法示意图。
[0039] 图4为本申请提供的循环利用氯化氢第四种实施方法示意图。
[0040]图5为本申请提供的循环利用氯化氢第五种实施方法示意图。
[0041] 图6为本申请提供的氯化氢循环利用方法流程示意图。
[0042] 图7为本申请提供的的电解槽单元槽带物料运转的流程示意图。
[0043]图8为本申请提供的电解槽单元槽结构示意图。
[0044] 图1?8中标记表示：D1-电解槽、D2-整流器、R1-氧化塔、VI-盐酸吸收装置、 V2-气液分离装置、V3-阴极液出料槽、V4-混合器、V5-阴极液混合槽、P1-输送装置、P2-阴 极液输送装置、P3-阴极液泵、BS1-过滤器、BS2-阴极液过滤器、E1-加热器、E2-阴极液加 热器、E3-浓缩器、E4--级冷凝器、E5-二级冷凝器、1-阴极电极、2-阳极电极、3-板框、 4_离子膜、5-电催化剂层、6-阴极室、7-阳极室、A-稀盐酸、B-阴极电解液、C-氯气和剩余 稀盐酸、D-含低价态金属