专利名称：阶梯温差式精馏-分离柱分离组合工艺生产高纯盐酸的生产方法
技术领域：
本发明涉及高纯盐酸的生产，特别是指一种以工业盐酸为原料、采用阶梯温差精馏和分离柱分离组合工艺法生产高纯盐酸的方法及其装置。
背景技术：
现有的高纯试剂级盐酸生产多采用均热精馏法、亚沸蒸馏法或氯化氢气体提纯吸收法。其中(1)均热精馏法是目前应用最普遍的工业生产方法。但是，由于蒸馏的蒸汽含有细微液滴形成的气溶胶，少量杂质和固体微粒随气溶胶带进吸收液，影响产品纯度，难以获得电子级高纯超净盐酸。由于盐酸与水的共沸特性，原料盐酸的最佳利用率约60%。(2)亚沸蒸馏法可获得高品质高纯超净盐酸，但存在以下问题一是生产效率低， 难以工业化大规模生产；二是原料盐酸浓度低至20%后形成盐酸-水共沸，蒸馏效率更低； 三是残留液较多，盐酸的利用率约60 %。(3)氯化氢气体提纯吸收法工艺较简单，容易获得高纯超净盐酸。但是，氯化氢气体原料来源窄，仅适合于电解制碱企业的产品延续发展。
发明内容
本发明需解决的问题是克服现有技术的缺陷，提供一种与目前普遍采用的均热蒸馏法显著不同的方法、即阶梯温差式精馏和分离柱分离组合工艺，以工业盐酸为原料，生产高纯盐酸的方法。根据上述需解决的问题，本发明提供了一种利用阶梯温差式精馏-分离柱分离组合工艺生产高纯盐酸的生产方法，该方法用工业盐酸作原料，使用附有分离柱的蒸馏罐，在将工业盐酸注入蒸馏罐后开始蒸馏过程；蒸馏时，采用从表层至底层，温度梯次降低的阶梯温差精馏方式，即在蒸馏罐内按从上到下加热功率依次递减顺序，安装1 3层加热管，调节各层加热管功率，加热时使之形成盐酸表层75 80°C准沸腾温度，中层< 70°C缓流温度，底层<45°C预热温度的阶梯温差精馏，并保持该状态；分离柱分离蒸汽中携带的金属离子和固体微粒杂质，收集凝聚成液态的盐酸-水共沸物和液态盐酸，获得分析纯至优级纯盐酸；纯盐酸气体则由分离柱导入吸收槽的高纯水中，获得电子级高纯超净盐酸。其中， 所述分离柱中填充有耐酸并对固体微粒和极性离子具吸附凝聚作用的活性填料，该活性填料为活性炭、沸石、树脂和石英砂中的至少二种或二种以上的混合多元填料。本发明与现有技术比较，具有如下优点1.工艺简单、操作容易，安全性高，设备维修、维护保养方便。2.与通用均热蒸馏法比较，降低能耗约40%，提高单位产能23% ；与亚沸蒸馏法比较，降低能耗约46 %，提高单位产能60 %。3.提高盐酸利用率。使盐酸利用率由传统蒸馏法及亚沸蒸馏法的< 60%，提高到≥ 92%。4.显著减少尾气和残留液的排放。通过抑制气液共沸，使尾气与残留液排放，由传统蒸馏法的约40%，降低至< 8%。5.可同时获得两种不同级别的高纯盐酸本发明因采用阶梯温度差蒸馏抑制了气液共沸，避免了原料液体中的微粒、金属离子等杂质随共沸汽泡体进入馏出产品，从而高效率地获得分析纯或优级纯级盐酸；且通过分离柱的盐酸/杂质分离过程，获得的纯盐酸气体导入装有高纯水的吸收槽，水合成电子级高纯超净盐酸。
附图1是本发明方法的工艺流程示意图。原料盐酸从原料槽进入蒸馏罐，转化为蒸汽后流入分馏柱，蒸汽中的盐酸-水共沸物及部分盐酸在分馏柱凝聚成液态并进入分析纯/优级纯盐酸成品收集槽，杂质则滞留于分离柱中，高纯盐酸气体进入吸收槽中，被高纯水吸收生成电子级高纯盐酸。
具体实施例方式本发明通过对传统均热蒸馏罐的加热装置进行改造，使蒸馏罐内从上至下即从表层至底层形成从高到低的高、中、低温度区间，以于蒸馏时在蒸馏罐内形成温度梯次降低的阶梯温差精馏方式。为实现该方式，在蒸馏罐内按从上到下加热功率依次递减顺序，安装 1 3层加热管，调节各层加热管功率，加热时使之形成盐酸表层75 85°C准沸腾温度，中层< 70°C缓流温度，底层< 45°C预热温度的阶梯温差精馏，并保持该状态；蒸馏罐附有分离柱，由分离柱分离蒸汽气溶胶中携带的金属离子和固体微粒杂质，收集凝聚成液态的盐酸-水共沸物和液态盐酸，获得分析纯至优级纯盐酸；纯盐酸气体则由分离柱导入吸收槽的高纯水中，水合反应获得电子级高纯超净盐酸。其中，所述分离柱中填充有耐酸并对固体微粒和极性离子具吸附凝聚作用的活性填料，该活性填料为活性炭、沸石、石英砂和树脂中的至少二种或二种以上的混合多元填料。须说明的是，本发明人于2010年7月四日提交的CN201010M2149. 2号申请《高纯试剂硫酸的阶梯温差蒸馏生产方法》中，对以阶梯温差蒸馏方法生产高纯硫酸进行了阐述，但鉴于硫酸与盐酸物理及化学特性的差异，使生产方法和设备均需做出必要的改进，由此带来生产方法和设备的差异和革新。下面结合实施例对本发明作进一步详述。实施例1将工业盐酸注入蒸馏罐容积为8L的蒸馏罐，在蒸馏罐内按从上到下功率依次减小顺序，安装2层加热管，调节各层加热管功率，使盐酸表层80°C，呈准沸腾状态，中层 ≤65°C温度，呈缓流状态，底层< 42°C，并通过调节加热功率和时间等工艺条件，保持上述阶梯温差精馏状态。收集分离柱的冷凝液，获得优级纯盐酸成品；将分离柱的纯盐酸气体导入装有高纯亚沸蒸馏水的吸收槽，水合反应获得电子级盐酸。一人操作10套蒸馏装置，连续蒸馏16h，单套装置平均产能获得达GB-T622-1989优级纯标准的盐酸7. 2kg/h,电子级盐酸1.25kg/h ；电耗165kwh/t。与目前通用的同等规模精馏法比较，降低能耗41%，提高单位产能23% ；与同等规模亚沸蒸馏法比较，降低能耗约47%，提高单位产能61%。盐酸利用率≥92%。尾气与残留液排放，由通常的约40%减少至8%。实施例1产品质量指标见表1第5列。实施例2将工业盐酸注入蒸馏罐容积为8L的蒸馏罐，在蒸馏罐内按从上到下功率依次减小顺序，安装2层加热管，调节各层加热管功率，使盐酸表层80°C，呈准沸腾状态，中层 < 60°C温度，呈缓流状态，底层< 40°C。，并通过调节加热功率和时间等上艺条件，保持上述阶梯温差精馏状态。收集分离柱的冷凝液，获得优级纯盐酸成品；将分离柱的盐酸气体导入装有高纯亚沸蒸馏水的吸收槽，获得电子级盐酸。一人操作15套蒸馏装置，连续蒸馏16h，单套装置平均产能获得达GB-T622-1989优级纯标准的盐酸7. 4kg/h，电子级盐酸 1. 3kg/h ；电耗168kwh/t。与目前通用的同等规模均热精馏法比较，降低能耗39%，提高单位产能25% ；与同等规模亚沸蒸馏法比较，降低能耗约45%，提高单位产能62%。盐酸利用率彡94%。尾气与残留液排放，由通常的约40%减少至8%。实施例2产品质量指标见表1第6列。实施例3将工业盐酸注入蒸馏罐容积为8L的蒸馏罐，在蒸馏罐内按从上到下功率依次减小顺序，安装3层加热管，调节各层加热管功率，使盐酸表层85°C，呈准沸腾状态，中层 (70°C温度，呈缓流状态，底层< 45°C。，并通过调节加热功率和时间等工艺条件，保持上述阶梯温差精馏状态。收集分离柱的冷凝液，获得分析纯盐酸成品；将分离柱的盐酸气体导入装有高纯亚沸蒸馏水的吸收槽，获得电子级盐酸。一人操作10套蒸馏装置，连续蒸馏 16h，单套装置平均产能达GB-T622-1989分析纯标准的盐酸7. 6kg/h,电子级盐酸1. 4kg/ h ；电耗169kwh/t。与目前通用的同等规模均热精馏法比较，降低能耗41 %，提高单位产能沈％ ；与同等规模亚沸蒸馏法比较，降低能耗约42%，提高单位产能63%。盐酸利用率彡93 %。尾气与残留液排放由通常的约40 %减少至8 %。实施例3产品质量指标见表1第7列。表.实施例产品质量指标
权利要求
1.一种采用阶梯温差式精馏-分离柱分离组合工艺生产高纯盐酸的生产方法，该方法的步骤为，将工业盐酸注入阶梯温差蒸馏罐后开始蒸馏过程，蒸馏时，采用从表层至底层，温度梯次降低的阶梯温差精馏方式，即在蒸馏罐内按从上到下加热功率依次递减顺序，安装1 3层加热管，调节各层加热管功率，加热时使之形成盐酸表层75 80°C准沸腾温度，中层< 70°C缓流温度，底层< 45°C预热温度的阶梯温差精馏，并保持该状态；盐酸-水共沸物和部分盐酸蒸气在分离柱凝聚成液态盐酸，进入收集槽而获得分析纯 /优级纯盐酸；纯盐酸气体则由分离柱导入吸收槽的高纯水中，水合成电子级高纯超净盐酸。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所使用的蒸馏装置具有分离柱，其分离柱具有分离杂质、收集部分凝聚成液态的盐酸-水共沸物和盐酸的功能。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述分离柱中填充有耐酸并对固体微粒和极性离子具吸附凝聚作用的活性填料，该活性填料为活性炭、沸石、树脂和石英砂中的至少二种或二种以上的混合多元填料。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，本方法同时获得电子级高纯超净盐酸和分析纯/优级纯盐酸等两种不同纯度品质的产品。
全文摘要
一种采用阶梯温差式精馏-盐酸/杂质分离柱分离组合工艺生产高纯盐酸的方法及装置。在蒸馏罐内按从上到下功率依次递减顺序，安装1～3层加热管，形成表层准沸腾，中层温热，底层预热的阶梯温差精馏。装置内的分离柱填充有耐酸并对固体微粒和极性离子具吸附凝聚作用的活性填料，分离蒸汽气溶胶携带的金属离子和固体微粒等杂质，盐酸-水共沸物在分离柱内凝聚成液态并进入收集槽，获优级纯或分析纯盐酸；纯盐酸气体经分离柱导入吸收槽高纯水中，水合反应获得电子级高纯超净盐酸。与均热蒸馏法和亚沸蒸馏法比较，本发明工艺分别降低能耗40％和46％，单位产能分别提高23％和60％；盐酸利用率≥92％，尾气与残留液排放，由传统蒸馏法的约40％减少至8％。
文档编号C01B7/07GK102275875SQ20111013030
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年4月26日
发明者杨锐雄, 阮湘元 申请人:杨锐雄, 阮湘元