УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ОТРАБОТАННОГО ТРАВИЛЬНОГО РАСТВОРА
APPARATUS FOR REGENERATING HYDROCHLORIC ACID FROM SPENT ETCHING SOLUTION

Изобретение относится к установкам для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора, образующегося при очистке поверхности стального проката, работающим в замкнутом цикле, путем термического разложения раствора и последующей абсорбции образующегося при этом хлороводорода водой.
Известна установка для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора термическим разложением, включающая сборный бак для отработанного травильного раствора, камеру предварительного испарителя, реактор для термического разложения, абсорбер для получения соляной кислоты, которая возвращается в ванну травления [Нойман Г. Подготовка поверхности перед цинкованием // Руководство по горячему цинкованию / Пер. с нем. Под ред. М.И. Огинского. - М.: Металлургия, 1975. С.40-97].
Отработанный травильный раствор, обогащенный хлоридами железа, из камеры предварительного испарителя поступает в реактор, где при температуре около 500°C происходит термическое разложение конденсата с образованием оксида железа(III) и газообразных продуктов, которые вместе с попутными газами поступают в камеру предварительного испарителя.
Недостатком известной установки является сравнительно низкая температура процесса термического разложения отработанного травильного раствора (~500°C), что определяет низкую производительность установки.
За прототип выбрана установка для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора термическим разложением, включающая сборный бак для отработанного травильного раствора, камеру предварительного испарителя, реактор кипящего слоя, абсорбер для получения соляной кислоты, которая возвращается в ванну травления, систему влажной газоочистки, после которой полученный водный раствор направляется в сборный бак для отработанного травильного раствора. Отработанный травильный раствор, обогащенный хлоридами железа, поступает в реактор кипящего слоя, где при температуре ~800°C происходит термическое разложение раствора с образованием оксида железа(III) и газообразных продуктов, которые вместе с попутными газами поступают в камеру предварительного испарителя [Аксенов В.И. и др. Травильно-регенерационные комплексы. - М.: Теплотехника, 2006. С.108-115].
Недостатком установки-прототипа, например, конструкции фирмы «Lurgi», является то, что при длительной эксплуатации солянокислых травильных растворов, регенерируемых по замкнутому циклу, происходит накопление в травильном растворе ионов меди, образующихся в растворе в результате взаимодействия кислоты с окалиной, содержащей соединения меди. Хлориды меди, входящие в состав газообразных продуктов термического разложения отработанного травильного раствора, попадают в регенерируемую соляную кислоту и в водный раствор системы газоочистки, что приводит к снижению качества проката вследствие контактного осаждения меди и появлению дефекта "медная пленка" на поверхности протравленного стального проката.
3
3
3
По данным химических анализов водные растворы системы влажной газоочистки содержат 0,067-0,330 г/дм ионов меди, 2,80-3,10 г/дм ионов железа, а содержание HCl не превышает 6,6-9,0 г/дм.
Задачей изобретения является разработка установки, позволяющей осуществлять регенерацию соляной кислоты из отработанного травильного раствора, дополнительно содержащей систему очистки от ионов меди (СОМ), в которой водный раствор, полученный в системе влажной газоочистки, очищается от ионов меди с сохранением замкнутого цикла регенерации соляной кислоты.
Предложена установка для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора термическим разложением раствора (фиг.), включающая сборный бак для отработанного травильного раствора (1), камеру предварительного испарителя (2), реактор кипящего слоя (3), абсорбер для получения соляной кислоты (4), систему влажной газоочистки (5). Установка дополнительно содержит систему очистки от ионов меди солянокислого раствора, полученного в системе влажной газоочистки, состоящую из бака-осадителя (6) для обработки реагентом раствора, полученного в системе влажной газоочистки, сборника отработанного реагента (7), гидроциклона (8) и фильтра (9) для отделения взвеси от обработанного раствора, насосы (10) для перекачивания обработанного раствора в гидроциклон и сборный бак для отработанного травильного раствора.
Для повышения экологической безопасности работы установки она дополнительно содержит теплообменник (11) для предварительного охлаждения водного раствора, полученного в системе влажной газоочистки, до температуры 20-30°C.
Сущность изобретения заключается в том, что установка для регенерации соляной кислоты дополнительно содержит систему очистки от ионов меди водного раствора, полученного в системе влажной газоочистки, состоящую из бака-осадителя для обработки реагентом водного раствора, сборника отработанного реагента, гидроциклона и фильтра для отделения взвеси от раствора, очищенного от ионов меди, насосы для перекачивания обработанного раствора в гидроциклон и сборный бак для отработанного травильного раствора.
Процесс очистки от ионов меди солянокислого раствора, полученного в системе влажной газоочистки, включает следующие операции:
- обработка водного раствора, содержащего ионы меди, поступающего из системы влажной газоочистки, реагентом в баке-осадителе при перемешивании;
- подача очищенного от ионов меди раствора в гидроциклон и на фильтр, и далее в сборный бак для отработанного травильного раствора;
- выгрузка отработанного реагента в сборник отработанного реагента.
Очистка от ионов меди солянокислого раствора, полученного в системе влажной газоочистки, осуществляется путем однократного использования реагента. Солянокислый раствор, подлежащий очистке, поступает по трубопроводу в бак-осадитель. После заполнения бака раствором через загрузочный патрубок в верхней части бака-осадителя порционно вводят реагент и включают перемешивание. Время перемешивания 5-10 мин. После отключения перемешивания и отстаивания в течение 10-20 мин обработанный раствор через боковой патрубок насосом подают в гидроциклон, где происходит отделение взвеси от обработанного раствора, затем на фильтр, и далее насосом в сборный бак для отработанного травильного раствора. После этого производят выгрузку отработанного реагента, содержащую жидкую фазу, через нижний патрубок бака-осадителя в сборник отработанного реагента. Установка содержит байпасную магистраль (БМ), по которой может проходить не обработанный реагентом солянокислый раствор из системы влажной газоочистки (фиг.1).
Повышение экологической безопасности работы установки для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора термическим разложением раствора, содержащей систему очистки от ионов меди, без снижения эффективности очистки достигается тем, что солянокислый раствор, полученный в системе влажной газоочистки, сначала поступает в теплообменник для охлаждения до температуры 20-3 0°C, а затем в бак-осадитель.
Процесс очистки солянокислого раствора, полученного в системе влажной газоочистки, от ионов меди повторяют до тех пор, пока содержание ионов меди в травильном растворе не снизится до нормативного уровня.
2
2
3
Опробование системы очистки солянокислых растворов от ионов меди, входящей в состав установки для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора, проводили с использованием различных реагентов (порошок железа марки ПЖРВ2, механически активированная смесь порошков железа и серы (АСПЖС) при массовом соотношении компонентов 100:1, порошки ферромарганца FeMn с содержанием марганца 78 и 95%, моносульфид железа FeS и тиокарбамид (NH)CS), солянокислых растворов с различным содержанием ионов меди (0,068-0,330 г/дм), при различных температурах (80°C - без теплообменника и 22-26°C - с теплообменником) и различной длительности обработки реагентом (3-90 мин). Контроль исходного и остаточного (после фильтра) содержания ионов меди в солянокислом растворе проводили методом атомно-абсорбционной спектроскопии с электротермической атомизацией проб раствора на приборе ПЕРКИН-ЭЛМЕР (модель РЕ-4100) с графитовой печью типа HGA-500 в качестве атомизатора.
3
3
Пример 1. Опробование системы очистки солянокислых растворов от ионов меди, входящей в состав установки для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора, проводили с использованием порошка железа марки ПЖРВ2, солянокислого раствора с содержанием ионов меди 0,250 г/дм, при температуре 80°C (без теплообменника), при длительности обработки реагентом 15 мин. Остаточное содержание ионов меди после фильтра 0,047 г/дм. Наблюдали газовыделение.
Последующие примеры опробования системы очистки солянокислых растворов от ионов меди, входящей в состав установки для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора, выполняли аналогично примеру 1, изменяя составы реагентов, содержание ионов меди в солянокислых растворах и режим обработки. Результаты приведены в таблице.
Таблица
Примеры опробования системы очистки солянокислых растворов от ионов меди, входящей в состав установки для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора
№ опыта
Реагент (масса в 1 дм<sup>3</sup> исходного раствора)
Режим обработки
Содержание ионов меди в солянокислом растворе, г/дм<sup>3</sup>
Газовыделение (да, нет)
Исходное
Остаточное (после фильтра)
1
ПЖРВ2, (30,0 г)
80°C, 15 мин
0,250
0,047
да
2
80°C, 15 мин
0,098
0,039
да
3
АСПЖС, (2,1 г)
80°C, 3 мин
0,067
<0,001
да
4
23°C, 15 мин
0,067
<0,001
нет
5
АСПЖС, (0,7 г)
22°C, 15 мин
0,067
0,033
нет
6
FeMn 78, (5,0 г)
80°C, 5 мин
0,068
<0,001
да
7
FeMn 95, (1,0 г)
80°C, 5 мин
0,068
0,061
да
8
FeS, (14,1 г)
80°C, 15 мин
0,330
0,047
да
9
(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>CS, (0,625 г)
22°C, 15 мин
0,250
0,050
нет
Из результатов таблицы следует, что использование теплообменника в системе очистки от ионов меди (для охлаждения солянокислого раствора, полученного в системе влажной газоочистки, от 80 до 22-26°C), повышает промышленную безопасность работы установки для регенерации соляной кислоты из отработанного травильного раствора в связи с отсутствием газовыделения.