تجديد حمض الهيدروكلوريك
تجديد حمض الهيدروكلوريك أو تجديد HCl هو عملية كيميائية لاستعادة HCl المرتبط وغير المرتبط من محاليل كلوريد المعادن مثل حمض الهيدروكلوريك . [ 1 ]
مجال التطبيق
يُعدّ استخلاص حمض الهيدروكلوريك من محاليل التخليل الناتجة عن خطوط تخليل الفولاذ الكربوني المجالَ الأكثر أهميةً من الناحية التجارية لعمليات تجديد حمض الهيدروكلوريك . وتشمل التطبيقات الأخرى إنتاج أكاسيد المعادن، مثل أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) وأكسيد المغنيسيوم ( MgO)، بالإضافة إلى أكاسيد العناصر الأرضية النادرة ، وذلك عن طريق التحلل الحراري المائي لمحاليل كلوريد المعادن أو كلوريد العناصر الأرضية النادرة المائية.
تتوفر عدة مسارات معالجة مختلفة. وأكثرها استخداماً يعتمد على التحلل الحراري المائي والامتصاص الأديباتي لكلوريد الهيدروجين في الماء، وهي عملية طُوّرت في ستينيات القرن الماضي. إلا أن تشديد المعايير البيئية وسياسات تراخيص الهواء الصارمة يجعل من الصعب بشكل متزايد إنشاء محطات جديدة لإعادة توليد الأحماض تعتمد على التحلل الحراري المائي.
العمليات المعروفة
اعتمدت صناعة معالجة المعادن الحديدية العمليات التالية لإعادة توليد حمض الهيدروكلوريك من محاليل التخليل المستهلكة:
تجديد
- التحلل الحراري المائي
- التحلل الحراري المائي في محمصة الرش
- التحلل الحراري المائي في طبقة مميعة
- التجديد الحراري المائي
- الترسيب الكهربائي للحديد
استعادة حمض الهيدروكلوريك الحر
- تخلف
- غسيل الكلى
- التبادل الأيوني
تحول FeCl 2 إلى FeCl 3
التجديد الحراري المائي
يُعد التحلل المائي الحراري لحمض الهيدروكلوريك الناتج عن خطوط تخليل الفولاذ الكربوني تفاعلاً هيدروميتالورجياً، ويحدث وفقاً للصيغة الكيميائية التالية:
الخطوة 1: الأكسدة
12 FeCl 2 + 3 O 2 → 8 FeCl 3 + 2 Fe 2 O 3
الخطوة الثانية: التحلل المائي
2 FeCl 3 + 3 H 2 O → 6 HCl + Fe 2 O 3
تعتبر عملية التحلل المائي الحراري، التي تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية، اليوم الطريقة الأكثر فعالية لتجديد أي كمية معينة من سائل التخليل المستهلك، حيث تستهلك جزءًا صغيرًا فقط من الطاقة التي تتطلبها العمليات الأخرى ولا تنتج أي انبعاثات تقريبًا.
المزايا
- استهلاك منخفض للطاقة (حوالي 1300 كيلو جول لكل لتر من حمض النفايات)
- لا انبعاثات غازية
- نطاق تشغيل واسع (من 10 إلى 100% من السعة الاسمية)
- منتج ثانوي عالي القيمة (مساحة سطحية نوعية >20 م 3 /غ BET؛ وزن نوعي >2 كجم/لتر؛ كلوريدات قابلة للذوبان في الماء <0.05%)
- قدرة تشغيلية غير محدودة نظرياً
التطبيقات المعروفة
تشمل التطبيقات المعروفة لعمليات التجديد الحراري المائي HCl عملية PORI (1974 لشركة J&L Steel، تم تفكيكها) وعملية SMS Demag الرطبة المحسنة (2008 لشركة ThyssenKrupp Steel، قيد الإنشاء).
التحلل الحراري المائي لسائل التخليل المستهلك
يُعد التحلل الحراري المائي لسائل التخليل المستهلك من خطوط تخليل الفولاذ الكربوني تفاعلاً هيدروميتالورجياً يحدث وفقاً للصيغ الكيميائية التالية:
4 FeCl₂ + 4 H₂O + O₂ = 8 HCl + 2 Fe₂O₃
2 FeCl 3 + 3 H 2 O = 6 HCl + Fe 2 O 3
تُعد هذه العملية عكس عملية إزالة الترسبات الكيميائية (التخليل).
الاختلافات الرئيسية بين التطبيقات المختلفة لتجديد حمض البيروهيدروليك
- نوع الفرن ( فرن التحميص بالرش ، أو فرن ذو طبقة مميعة، أو فرن مشترك)
- الخواص الفيزيائية للمنتج الثانوي لأكسيد الحديد ( مسحوق أو حبيبات أكسيد الحديديك )
- نقاء وقيمة المنتج الثانوي لأكسيد الحديد التجارية
- محتوى الكلور
- محتوى SiO 2 (عادةً من 40 إلى 1000 جزء في المليون)
- شوائب أخرى
- الوزن النوعي (عادةً من 0.3 إلى 4 كجم لكل لتر)
- المساحة السطحية النوعية (عادةً من 0.01 إلى 8 م2/غ)
- استهلاك الطاقة (بين 600 و 1200 كيلو كالوري/لتر)
- نوع الوقود
- تركيز الحمض المُجدد (عادةً ما يكون حوالي 18% وزن/وزن)
- نقاء الحمض المُجدد (محتوى الحديد المتبقي، محتوى الكلور)
- كفاءة الاسترداد (عادةً 99%)
- استخدام مياه الشطف
- انبعاثات المداخن (حمض الهيدروكلوريك، الكلور ، الغبار، أول أكسيد الكربون، أكاسيد النيتروجين)
- النفايات السائلة (التركيب، الكمية)
مخطط تدفق العمليات الأساسية لمحطة تجديد حمض الهيدروكلوريك باستخدام محمصة الرش

وصف عملية مصنع تجديد حمض الهيدروكلوريك باستخدام محمصة الرش
التركيز المسبق
يُغذّى محلول كلوريد المعدن (في أغلب الأحيان، سائل التخليل المُستعمل من خط تخليل الفولاذ الكربوني) إلى مُبخر فنتوري (III)، حيث يتم تبادل الكتلة والحرارة مباشرةً مع غاز التحميص الساخن من المحمصة (المفاعل/الفاصل الإعصاري). يفصل الفاصل (IV) الطورين الغازي والسائل لمنتج مُبخر فنتوري. يُعاد تدوير الطور السائل إلى مُبخر فنتوري لزيادة كفاءة تبادل الكتلة والحرارة.
- يتم تبخير ما يقرب من 25 إلى 30% من حمض النفايات (H2O ، HCl).
- يتم تبريد غاز التحميص إلى ما يقارب 92 إلى 96 درجة مئوية
- تتم إزالة جزيئات الغبار من غاز التحميص
تحميص
يُحقن حمض النفايات المُركّز مسبقًا من وحدة التركيز المسبق (III/IV) في المفاعل (I) بواسطة ذراع رش واحد أو أكثر (VIII) مزود بفوهة حقن واحدة أو أكثر. يتم الحقن من أعلى المفاعل بضغط يتراوح بين 4 و10 بار. يُشعل المفاعل مباشرةً بواسطة مواقد مثبتة بشكل مماس تُولّد دوامة ساخنة. تتراوح درجات الحرارة داخل المفاعل بين 700 درجة مئوية (مستوى الموقد) و370 درجة مئوية (قناة خروج غاز التحميص). في المفاعل، تتحول قطرات حمض النفايات المُركّز مسبقًا إلى مسحوق أكسيد الحديد وغاز كلوريد الهيدروجين. يخرج كلوريد الهيدروجين من المفاعل من الأعلى، بينما يُزال مسحوق أكسيد الحديد من أسفل المفاعل بواسطة أجهزة استخلاص ميكانيكية. يضمن إعصار (II) في قناة غاز التحميص فصل جزيئات الأكسيد الأكبر حجمًا التي يحملها غاز التحميص وإعادتها.
امتصاص
في عمود الامتصاص (V)، يُمتص مركب كلوريد الهيدروجين الموجود في غاز التحميص المشبع الخارج من وحدة التركيز المسبق امتصاصًا أديباتيًا في الماء (والذي يكون في كثير من الحالات ماء شطف حمضي من خط تخليل الفولاذ الكربوني). ويُجمع الحمض المُجدد (بتركيز نموذجي: 18% وزنيًا) في قاع عمود الامتصاص.
معالجة غازات العادم
يُنقل غاز التحميص عبر النظام بواسطة مروحة غاز العادم (VI). توفر المراوح في المصانع زيادة في الضغط تصل إلى 200 ملي بار تقريبًا، ويتم التحكم بها آليًا للحفاظ على ضغط نسبي قدره -3 ملي بار بين المفاعل والجو لتجنب أي تسرب للغاز الحمضي ناتج عن زيادة الضغط . ولشطف المروحة وتبريد الغاز، بالإضافة إلى إزالة آثار حمض الهيدروكلوريك المتبقية من غاز التحميص، تُزود مروحة غاز العادم عادةً بماء التبريد، الذي يُفصل عن تيار غاز العادم بواسطة فاصل الرذاذ (VII) على جانب الضغط من المروحة. في جهاز التنقية النهائي، الذي يتكون عادةً من مزيج من أجهزة التنقية الرطبة مثل أجهزة التنقية من نوع فنتوري (IX) وأعمدة التنقية (X)، تُزال آثار حمض الهيدروكلوريك والغبار المتبقية. في بعض المصانع، تُستخدم مواد كيميائية ماصة مثل هيدروكسيد الصوديوم وكبريتات الصوديوم لربط حمض الهيدروكلوريك والكلور ( الذي يتكون في ظروف معينة في بعض مفاعلات التحميص بالرش، وليس جميعها).
الأثر البيئي
تنتج عمليات تجديد الأحماض القائمة على التحلل الحراري المائي كمية كبيرة من انبعاثات المداخن التي تحتوي على حمض الهيدروكلوريك والجسيمات والكلور، مما أدى إلى العديد من الانتهاكات لقانون الهواء النظيف الأمريكي في الماضي. [ 2 ]
ملحوظات
- ↑ "تجديد حمض الهيدروكلوريك" .
- ↑ وزارة العدل الأمريكية (2006). "إشعار إيداع مرسوم الموافقة بموجب قانون الهواء النظيف" . متتبع اللوائح التنظيمية جاستيا.
روابط خارجية
- تقليل تكلفة الوقود أثناء تجديد سائل الترشيح HCl (بواسطة هاتش)
- عرض ثلاثي الأبعاد لمحطة تجديد حمض الهيدروكلوريك باستخدام محمصة الرش (من إنتاج شركة SMS Siemag Process Technologies)
- عرض ثلاثي الأبعاد لمحطة تجديد حمض الهيدروكلوريك في طبقة مميعة (من إنتاج شركة SMS Siemag Process Technologies)
- رسوم متحركة ثلاثية الأبعاد لمحطة تجديد حمض الهيدروكلوريك الحرارية المائية (من إنتاج شركة SMS Siemag Process Technologies)
- التفاعلات غير العضوية
- العمليات الكيميائية
