一种利用废盐酸制备氢气的系统技术方案

本发明专利技术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。续的要求。续的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种利用废盐酸制备氢气的系统


[0001]本专利技术涉及废盐酸处理
，特别是指一种利用废盐酸制备氢气的系统。

技术介绍

[0002]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：
[0003][0004]副反应方程式为：
[0005]Si+4HCl
→
SiCl4+2H2[0006]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。

技术实现思路

[0007]本专利技术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。
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]水蒸发冷凝单元包括水蒸发装置、水冷凝器B和储水池；
[0012]干燥单元包括第一干燥装置和第二干燥装置；
[0013]硅和氯化氢反应单元包括反应装置、硅粉加料斗和水冷凝器A；
[0014]冷凝单元包括第一冷凝装置和第二冷凝装置；
[0015]三氯氢硅和四氯化硅分离单元包括第一分离塔、第二分离塔、四氯化硅冷凝器、三氯氢硅冷凝器、三氯氢硅储罐和四氯化硅储罐；
[0016]废盐酸沉淀池连接第一废盐酸储罐，第一废盐酸储罐和第一去离子水储罐同时接入第一离子交换柱，第一离子交换柱末端连接盐酸池和第二废盐酸储罐；
[0017]盐酸池出口接第一负压蒸发装置，第一负压蒸发装置连接第一真空泵，第一负压蒸发装置顶部出口连接第一冷凝装置，第一负压蒸发装置上部出口接至水冷凝器A，第一负压蒸发装置底部出口接至第二废盐酸储罐；
[0018]第一冷凝装置底部出口连接第二负压蒸发装置上部入口，第二负压蒸发装置顶部出口连接第二冷凝装置，第二负压蒸发装置上部出口接至水冷凝器A，第二负压蒸发装置底部出口接至第二废盐酸储罐，第二负压蒸发装置连接第二真空泵；
[0019]第二冷凝装置底部出口连接第三负压蒸发装置上部入口，第三负压蒸发装置顶部出口通过两个管道分别连接第一干燥装置和第二干燥装置，第三负压蒸发装置上部出口接至水冷凝器A，第三负压蒸发装置底部出口接至第二废盐酸储罐，第三负压蒸发装置连接第三真空泵；
[0020]第一干燥装置和第二干燥装置顶部出口均连接至反应装置下部入口，反应装置设置有硅粉加料斗，反应装置上部入口连接水冷凝器A，反应装置顶部出口通过循环泵连接至第一负压蒸发装置下部入口，反应装置中部出口连接除尘装置；
[0021]除尘装置连接第一冷凝装置，第一冷凝装置顶部出口连接第二冷凝装置，第一冷凝装置和第二冷凝装置的底部出口均通过水泵连接至第一分离塔，第二冷凝装置顶部出口连接氢气储罐；
[0022]第一分离塔底部出口连接第二分离塔上部入口，第二分离塔顶部出口连接至第一分离塔上部入口，第二分离塔底部出口连接四氯化硅储罐，第一分离塔顶部出口连接四氯化硅冷凝器，四氯化硅冷凝器液体出口连接第一分离塔，四氯化硅冷凝器气体出口连接三氯氢硅冷凝器，三氯氢硅冷凝器连接三氯氢硅储罐；
[0023]第二废盐酸储罐和第二去离子水储罐均连接第二离子交换柱顶部入口，第二离子交换柱底部出口分别连接水蒸发装置和储水池，水蒸发装置顶部出口连接水冷凝器B，水冷凝器B通过管道与储水池相连，储水池中的水一部分用于树脂再生处理，其余用于工业生产或生活用水。
[0024]上述各装置之间连接的管道上均设置阀门。
[0025]废盐酸沉淀池用于工业废盐酸的第一步预处理，除掉废盐酸液中的固体不溶物，
包括废盐酸池A和废盐酸池B，进行两级静置沉淀后的废盐酸通过水泵进入第一离子交换装置。
[0026]第一离子交换柱包括树脂填充口A、树脂排出口A、上布水板A、检查口A和下布水板A，第一离子交换柱内上部和下部分别设置上布水板A和下布水板A，上布水板A下部柱体上开设树脂填充口A，下布水板A上部柱体上开设树脂排出口A，第一离子交换柱柱体中部开有检查口A；
[0027]第二离子交换柱结构与第一离子交换柱结构相同；
[0028]第一离子交换处理后的成品酸输送至盐酸储罐，稀酸通过循环泵打回废盐酸储罐，第一离子交换树脂再生处理的废液输送至第二离子交换装置进行处理；第二离子交换装置还与蒸发冷凝单元相连。
[0029]离子交换柱可根据废液中需要除去离子的种类进行增添，离子交换柱中的树脂也可根据实际要除去的离子而进行选择。例如，除铁离子可使用D403螯合树脂、杜笙T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废盐酸制备氢气的系统，其特征在于，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；干燥单元包括第一干燥装置和第二干燥装置；硅和氯化氢反应单元包括反应装置、硅粉加料斗和水冷凝器A；冷凝单元包括第一冷凝装置和第二冷凝装置；三氯氢硅和四氯化硅分离单元包括第一分离塔、第二分离塔、四氯化硅冷凝器、三氯氢硅冷凝器、三氯氢硅储罐和四氯化硅储罐；废盐酸沉淀池连接第一废盐酸储罐，第一废盐酸储罐和第一去离子水储罐同时接入第一离子交换柱，第一离子交换柱末端连接盐酸池和第二废盐酸储罐；盐酸池出口接第一负压蒸发装置，第一负压蒸发装置连接第一真空泵，第一负压蒸发装置顶部出口连接第一冷凝装置，第一负压蒸发装置上部出口接至水冷凝器A，第一负压蒸发装置底部出口接至第二废盐酸储罐；第一冷凝装置底部出口连接第二负压蒸发装置上部入口，第二负压蒸发装置顶部出口连接第二冷凝装置，第二负压蒸发装置上部出口接至水冷凝器A，第二负压蒸发装置底部出口接至第二废盐酸储罐，第二负压蒸发装置连接第二真空泵；第二冷凝装置底部出口连接第三负压蒸发装置上部入口，第三负压蒸发装置顶部出口通过两个管道分别连接第一干燥装置和第二干燥装置，第三负压蒸发装置上部出口接至水冷凝器A，第三负压蒸发装置底部出口接至第二废盐酸储罐，第三负压蒸发装置连接第三真空泵；第一干燥装置和第二干燥装置顶部出口均连接至反应装置下部入口，反应装置设置有硅粉加料斗，反应装置上部入口连接水冷凝器A，反应装置顶部出口通过循环泵连接至第一负压蒸发装置下部入口，反应装置中部出口连接除尘装置；除尘装置连接第一冷凝装置，第一冷凝装置顶部出口连接第二冷凝装置，第一冷凝装置和第二冷凝装置的底部出口均通过水泵连接至第一分离塔，第二冷凝装置顶部出口连接氢气储罐；第一分离塔底部出口连接第二分离塔上部入口，第二分离塔顶部出口连接至第一分离塔上部入口，第二分离塔底部出口连接四氯化硅储罐，第一分离塔顶部出口连接四氯化硅冷凝器，四氯化硅冷凝器液体出口连接第一分离塔，四氯化硅冷凝器气体出口连接三氯氢硅冷凝器，三氯氢硅冷凝器连接三氯氢硅储罐；第二废盐酸储罐和第二去离子水储罐均连接第二离子交换柱顶部入口，第二离子交换柱底部出口分别连接水蒸发装置和储...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂英，张光兵，南博航，邓浩，史然，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：