Absorption von HCl
Allgemeines
Chlorwasserstoff entsteht als Nebenprodukt bei einer Vielzahl von Prozessen in der Industrie. In vielen Ländern gibt es strikte Emmissionsobergrenzen für Chlorwasserstoff die dazu führen, dass es aus den Abgasströmen weitestgehend entfernt werden muss. Dies kann in einfacher Weise durch das Waschen der Abgase erfolgen und in Fällen in denen die Mengen groß genug sind auch zur Produktion von Sälzsäure dienen.
Chlorwasserstoff hat eine große Affinität zu Wasser, so dass die Absorption einfach mit Wasser durchgeführt werden kann. Die Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser erzeugt eine sehr große Wärmemenge, die vom Absorptionssystem abgeführt werden muss. Die theoretisch maximal erreichbare Konzentration von HCl in der flüssigen Phase hängt von der Temperatur und dem Partialdruck von HCl im Abgas am Eingang in den Absorber ab.
Der am besten passende HCl-Absorptionsprozess hängt von der Art der Gas- und Flüssigkeitsströme sowie des gewünschten Endprodukts ab. Die drei Grundverfahren sind der absatzweise betriebene Gaswäscher oder die kontinuierlich adiabatisch bzw. isotherm betriebene Absorption.
Chlorwasserstoff als auch Sälzsäure sind hochkorrosive Stoffe die viele Materialien angreifen die in der chemischen Industrie verwendet werden. Borosilikatglas als auch Stahl/Email sind ideale Materialien um Chlorwasserstoff, Salzsäure und deren Begleitstoffe mit Ausnahme von Flurwasserstoff zu verarbeiten.
HCl-Wäscher mit und ohne Neutralisation
Der flüssigkeitsseitig absatzweise betriebene HCl-Gaswäscher stellt die einfachste Bauform eines Absorbers dar, der sowohl für den ebenfalls absatzweise oder auch kontinuierlich zugeführten Gasströme verwendet werden kann. Er wird immer dann verwendet, wenn die Konzentration des Chlorwasserstoffs gering ist und die weitere Verwertung der Salzsäure ökonomisch keinen Vorteil bringt. Das Ziel ist hierbei dann immer nur den Chlorwasserstoff aus dem Abgas zu entfernen. In diesem Anlagentyp ist das Verhältnis von Flüssigkeits- zu Gasstrom meist recht hoch. Die enstehende Absorptionswärme wird dabei von der Waschflüssigkeit aufgenommen, so dass Kühler nicht unbedingt notwendig sind. Bei höheren Konzentrationen und Mengen ans HCl im Gasstrom kann es notwendig werden die freiwerdene Energie durch Kühler im Flüssigkeitskreislauf abzuführen. Ein Zusatz von Natriumhydroxid im Waschwasser neutralisiert die entstehende Salzsäure und verbessert somit den Stofftransport in der Flüssigphase, so dass der Waschprozess effizienter arbeitet. Um das zu erreichen ist unterhalb der Absorptionskolonne ein Auffangbehälter für die Waschflüssigkeit und eine Pumpe für deren Umwälzung platziert. Die Waschflüssigkeit wird kontinuirlich auf die Absorptionkolonnen aufgegeben und absorbiert dort ebenfalls kontinuierlich eintretendes HCl bis die Waschflüssigkeit halb-absatzweise neutralisiert ist. Dies kann über eine pH-Messung verfolgt werden.
HCl-Gaswäscher DN200
Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser
Die Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser ist stark exotherm ~2100 kJ/kg HCl, was bedeutet, dass sich die Absorptionsflüssigkeit leicht erwärmt. Hohe Konzentrationen von HCl in Wasser können nur bei Temperaturen unter 40°C erreicht werden. Um diese niedrigen Temperaturen zu halten, ist die Entfernung der Absorptionsenergie notwendig. Diese Entfernung erfolgt auf verschiedene Weise, wie im Folgenden als isotherme und adiabatische HCl-Absorption bezeichnet.
Siedepunkt von Salzsäure als Funktion der HCl-Konzentration