[发明专利]一种利用废盐酸制备氢气的系统

说明书

本发明提供一种利用废盐酸制备氢气的系统，属于废盐酸处理技术领域。该系统包括废盐酸沉淀池、离子交换单元、负压蒸发冷凝单元、水蒸发冷凝单元、干燥单元、硅和氯化氢反应单元、除尘装置、冷凝单元、三氯氢硅和四氯化硅分离单元。工业废盐酸在废盐酸沉淀池沉淀处理后，输送到离子交换单元；离子交换单元连接水蒸发冷凝单元。成品酸进入负压蒸发冷凝单元，产生的蒸汽进入干燥装置，干燥装置另一端连接硅和氯化氢反应装置；反应装置的蒸汽进入负压蒸发冷凝单元。除尘装置一端接反应装置；冷凝单元分别与除尘装置和三氯氢硅和四氯化硅分离单元相连接。该系统降低了工业废盐酸的处理成本，实现余热回收，节约能源，符合绿色环保可持续的要求。

技术领域

本发明涉及废盐酸处理技术领域，特别是指一种利用废盐酸制备氢气的系统。

背景技术

能源问题和环境问题是当今人类社会所面临的两个重大问题。随着社会的高速发展，能源需求不断增加以及不合理使用，导致能源短缺问题不断加剧，并且传统化石能源在使用过程中还会放出二氧化碳等温室气体，导致全球气温升高。因此，寻找清洁能源成为了一个热点话题。氢气由于燃烧高效、产物清洁的特点被公认为是未来最具潜力的能源之一。而盐酸作为重要的化工原料之一，广泛用于冶金、食品、医药、染料等行业，也用于钢铁生产过程中表面氧化皮清洗剂。因此，工业生产过程中不可避免的会产生大量废盐酸。相关数据显示，盐酸仅用于钢铁表面氧化皮清洗剂，便会产生惊人的排量，每生产一吨钢材可产生酸洗废液约55～72kg。我国的钢铁生产量和出口量均居世界前列，钢铁工业已成为用水大户，同时也是废酸液产生大户。这些废酸液不能直接排放，必须经过处理。目前大多数企业都采用石灰中和法，使废酸液中和后达标排放。但此法需消耗大量的石灰，并产生大量的含水率99％的泥渣需干化处理。该方法处理设施投资和处理成本也都较高，且废酸液中的有用资源未能回收利用，造成资源浪费。相比之下，将废酸液中的HCl解析出来和硅反应制氢是一种更为合理的废盐酸处理方式，其主反应方程式为：

副反应方程式为：

Si+4HCl→SiCl₄+2H₂

硅和HCl的反应属于放热反应，只要反应进行，自身就能提供大量的热，降低能量消耗。由于是在高温下进行反应，其反应产物为气态混合物，包括SiHCl₃、SiCl₄和H₂，混合气体中还含有一定量的硅粉尘。为了实现工业废盐酸制备H₂，设计整个工艺流程大致为对工业生产所排放的废盐酸进行静置沉淀，沉淀后将上层液体泵入第一离子交换装置，离子交换处理后的成品酸接负压蒸发单元，经过多次的蒸发冷凝，降低蒸汽中的水含量，蒸发后剩余液体排入第二离子交换装置，负压蒸发出来的气体进入干燥装置干燥得到氯化氢，接反应装置使氯化氢和硅在300～350℃充分反应，产物为混合气体，所述混合气体首先通入一个除尘装置，除掉硅粉尘，再经过冷凝单元分离出氢气，再将液化的三氯氢硅和四氯化硅混合物泵入分离单元，获得三氯氢硅、四氯化硅纯组元。这种方法实现了废盐酸的再次利用，得到了氢气，并且在设计过程中还考虑到了水资源回收和热回收，节约了水资源和能源。

发明内容

本发明为更合理的利用工业生产中所产生的废盐酸，提供一种利用废盐酸制备氢气的系统。

该系统包括废盐酸沉淀池、离子交换单元、负压蒸发冷凝单元、水蒸发冷凝单元、干燥单元、硅和氯化氢反应单元、除尘装置、冷凝单元、三氯氢硅和四氯化硅分离单元；

离子交换单元包括第一离子交换装置和第二离子交换装置，第一离子交换装置包括第一废盐酸储罐、第一去离子水储罐和第一离子交换柱，第二离子交换装置包括第二废盐酸储罐、第二去离子水储罐和第二离子交换柱；

负压蒸发冷凝单元包括第一负压蒸发装置、第一真空泵、第一冷凝装置、第二负压蒸发装置、第二真空泵、第二冷凝装置、第三负压蒸发装置和第三真空泵；

水蒸发冷凝单元包括水蒸发装置、水冷凝器B和储水池；