Очистка газов от соединений хлора

Производство хлора и гидроксида натрия. При электролитическом получении хлора и гидроксида натрия используют хлорид натрия. В ходе электролиза рассола на аноде выделяется хлор, а на катоде – водород и натрий, который, взаимодействуя с водой, дает гидроксид. Во избежание выброса хлора электролизер должен быть герметизирован. Дефекты оборудования могут привести к выбросам хлора, который также может присутствовать в отходящих газах стадии обесхлоривания рассола. Растворенный в процессе электролиза хлор удаляют путем продувки воздуха через рассол.

Производство хлорированных углеводородов. Широкое применение хлорированных углеводородов способствовало производству очень обширного ассортимента этих веществ, например, пестицидов. Как правило, их получают хлорированием предельного углеводорода (реакция замещения) или реакцией хлористого водорода с непредельным углеводородом (реакция присоединения). Хлорирование алифатических углеводородов протекает быстрее при высоких температурах (250 °С) в газовой и жидкой фазах. Хлорирование ароматических углеводородов протекает с требуемой скоростью при более низких температурах (например, 30 °С для бензола и толуола). Отходящие газы процесса хлорирования могут содержать хлористый водород и хлор, хлорированные углеводороды и исходный углеводород. Состав их чрезвычайно изменчив и зависит от видов исходных и конечных веществ. Если в отходящих газах высоки концентрации углеводородов, то применяют в качестве абсорбента хлорированные углеводороды.

Производство хлористого водорода и соляной кислоты. Хлористый водород получают в результате прямой реакции хлора с водородом при отсутствии воздуха. Газообразный хлор сушат над концентрированной серной кислотой и подают в печь параллельно с электролитически полученным водородом. Образовавшийся хлористый водород вначале охлаждается в холодильнике, а затем освобождается от воды путем вымораживания ее с солевым раствором. Для применения хлористого водорода в синтезах необходимо промывкой концентрированной серной кислотой удалить из него остаточную воду.

При производстве соляной кислоты хлористый водород после охлаждения поглощается водой. Полученная кислота отделяется от несконденсировавшихся газов, которые поступают на очистку.

Кроме рассмотренных процессов, источником выделения хлористого водорода являются установки по обезвреживанию сжиганием хлорорганических соединений.

Очистка газов от соединений хлора

Для абсорбции хлора и хлорсодержащих веществ использу­ют воду, водные растворы щелочей и органических веществ, водные суспензии и органические растворители.

Взаимодействие хлора с растворами щелочей характеризу­ется реакциями образования хлоридов и гипохлоритов:

2NaOH + Cl₂ → NaCI + NaOCl + H₂O;

С1₂ + 2Са(ОН)₂ → СаС1₂+Са(ОС1)₂+2Н₂О;

Na₂CO₃ + H₂O + Cl₂ → NaCl + NaOCl + CO₂ + H₂O.

Наибольшее практическое значение имеют раствор NaOH (100-150 г/л) и водная суспензия Са(ОН)₂ (100-110 г/л). При абсорбции хлора гидроксидом кальция (известковым мо­локом) при температуре 80 - 95 °С в основном образуются хлорид и хлорат кальция:

6Са(ОН)₂+6С1₂ → 5СаСl₂ + Са(С1О₃)₂ + 6Н₂О.

Образующиеся в процессе очистки хлораты и гипохлориты могут быть использованы в качестве товарных продуктов для обеззараживания сточных вод или подвергаться термокаталитическому разложению под дей­ствием острого пара:

Са(С1О)₂ → СаС1₂ + О₂.

Процесс можно проводить в абсорберах любой конструкции. Степень очистки газов достигает 70 - 90%.

Известковый метод имеет ряд достоинств: небольшая стои­мость и доступность реагента, не требуется тщательной защи­ты оборудования от коррозии, так как среда щелочная. Недос­татками способа являются невысокая степень очистки, в то же время при использовании растворов NaOH и Na₂CO₃ эффектив­ность очистки повышается до 90 - 98%.

Эффективными абсорбентами хлора являются тетрахлориды углерода (ССl₄) и титана (TiCl₄). При использо­вании ССl₄ процесс очистки проводят следующим образом: охлажденные газы, содержащие 0,5 - 5,0 % хлора, разбавляют воздухом и подают в абсорбционную колонну, работающую под давлением (1,5 - 2,0) • 10⁵ Па. Абсорбция происходит в насадочной части абсорбера охлажденным до (-15) - (-20) °С тетрахлоридом углерода. Очищенный газ выбрасывают в атмосферу, а отработанный поглотительный раствор поступает на регенерацию. Регенерированный при пониженном давлении хлор можно использовать для вышеперечисленных целей.

Также в качестве абсорбента хлора можно использовать раствор хлорида железа, кото­рый получают растворением железной стружки в соляной кис­лоте. При абсорбции хлора FеС1₂ переходит в FеСl₃, который является товарным продуктом.

Хлористый водород очень хорошо поглощается водой, поэтому ее, как правило, используют в качестве абсорбента, например, в производстве соляной кислоты. Для очистки отходящих газов от НС1 применяют воду и щелочные растворы.

Очистку газов водой проводят в абсорберах различной кон­струкции: в скрубберах Вентури, распыливающих, насадочных абсорберах и в колоннах с тарелками. Выбор аппарата зави­сит от объема и состава газов, их температуры, вида и кон­центрации примесей, эффективности аппаратов.

Эффективность очистки для насадочных абсорберов зависит от плотности орошения. Например, при концентрации хлористого водорода в газе 4 г/м³ при плотности орошения 2,5 м³/(м²·ч) в абсорбере диаметром 5 м с насадкой высотой 12,7 м эффек­тивность очистки была 72%, а при плотности орошения 5,1 м³/(м²·ч) —88%. Дальнейшее увеличение плотности ороше­ния не повышает эффективность очистки, но образуются стоки с концентрацией соляной кислоты 0,3—0,4%. При осуществлении рециркуляции абсорбента возможно получение соляной кислоты 9-10%-ной концентрации. В тарельчатых ко­лоннах эффективность очистки достигает 90-99%.

Основным недостатком процесса очистки водой является об­разование тумана капельно-жидкой соляной кислоты, улавли­вание которого при прочих равных условиях происходит менее интенсивно.

Применение водных растворов NaOH, Ca(OH)₂ или Na₂CO₃ для абсорбции хлористого водорода позволяет повысить эффектив­ность очистки и одновременно нейтрализовать образующиеся стоки. Этот способ позволяет рекуперировать хлористый водород с получением хлоридов некоторых металлов: СаС1₂, FеС1₃, ZnCl₂, ВаС1₂, NaCl. Наиболее дешевым из этих абсорбентов является гидроксид кальция (известковое молоко). После аб­сорбции раствор хлорида кальция упаривают, например, в ап­паратах с горелками погружного горения. Для обезвоживания раствора можно использовать также распылительную сушилку.