Regeneración de ácido clorhídrico

La regeneración de ácido clorhídrico o regeneración de HCl es un proceso químico para la recuperación de HCl unido y no unido a partir de soluciones de cloruro metálico como el ácido clorhídrico . ^[1]

El campo de aplicación comercialmente más relevante para los procesos de regeneración de HCl es la recuperación de HCl a partir de licores de decapado de desechos de líneas de decapado de acero al carbono . Otras aplicaciones incluyen la producción de óxidos metálicos como, entre otros, Al2O3 y _MgO , así como óxidos de tierras raras , mediante pirohidrólisis de soluciones acuosas de cloruro metálico o cloruro _de tierras raras.

Existen varias rutas de proceso diferentes. La más utilizada se basa en la pirohidrólisis y la absorción adiabática de cloruro de hidrógeno en agua, un proceso inventado en la década de 1960. Sin embargo, las normas ambientales cada vez más estrictas y las políticas rigurosas de permisos de aire hacen que sea cada vez más difícil establecer nuevas plantas de regeneración ácida basadas en la pirohidrólisis.

La industria de procesamiento de metales ferrosos ha adoptado los siguientes procesos para la regeneración de HCl a partir de licores de decapado usados:

• Pirohidrólisis
  • Tostador por aspersión con pirohidrólisis
  • Pirohidrólisis en lecho fluidizado
• Regeneración hidrotermal
• Precipitación electrolítica de Fe

• Retraso
• Diálisis
• Intercambio iónico

• Oxidación electrolítica
• Oxidación química

La hidrólisis hidrotermal del SPL clorhídrico de las líneas de decapado de acero al carbono es una reacción hidrometalúrgica que se lleva a cabo según la siguiente fórmula química:

12 FeCl2 _{+ 3} O2 _→ 8 FeCl3 ₊ 2 _Fe2O3

2 FeCl3 ₊ 3 H2O _{→ 6} HCl + _Fe2O3

Hoy en día, la hidrólisis hidrotermal, que opera a temperaturas muy bajas, consume sólo una fracción de la energía que demandan otros procesos y prácticamente no produce emisiones, se considera la forma más eficaz de regenerar cualquier cantidad de licor de encurtido usado.

• Bajo consumo de energía (aproximadamente 1300 kJ por litro de ácido residual)
• Sin emisiones gaseosas
• Amplio rango de funcionamiento (10 a 100% de la capacidad nominal)
• Subproducto de alto valor (superficie específica BET >20 m ³ /g; peso específico >2 kg/L; cloruros solubles en agua <0,05 %)
• Capacidad operativa teóricamente ilimitada

Entre las implementaciones conocidas de los procesos de regeneración hidrotermal de HCl se incluyen el proceso PORI (1974 para J&L Steel, desmantelado) y el proceso húmedo optimizado SMS Demag (2008 para ThyssenKrupp Steel, en construcción).

La pirohidrólisis del licor de decapado clorhídrico usado de las líneas de decapado de acero al carbono es una reacción hidrometalúrgica que tiene lugar de acuerdo con las siguientes fórmulas químicas:

4 FeCl2 _{+ 4} H2O ₊ O2 ₌ 8 HCl + 2 _Fe2O3

2 FeCl3 ₊ 3 H2O _{= 6} HCl + _Fe2O3

El proceso es una inversión del proceso de decapado químico.

• Tipo de horno (tostador por aspersión, lecho fluidizado u horno combinado)
• Propiedades físicas del subproducto de óxido de hierro ( polvo o gránulos de óxido férrico )
• Pureza y valor comercial del subproducto óxido de hierro
  • Contenido de Cl
  • _{Contenido de} SiO2 (normalmente de 40 a 1000 ppm)
  • otras impurezas
  • Peso específico (normalmente entre 0,3 y 4 kg por litro)
  • superficie específica (normalmente de 0,01 a 8 m2/g)
• Consumo de energía (entre 600 y 1200 kcal/L)
• Tipo de combustible
• Concentración de ácido regenerado (normalmente aprox. 18 % peso/peso)
• Pureza del ácido regenerado (contenido restante de Fe, contenido de Cl)
• Eficiencia de recuperación (normalmente 99%)
• Utilización del agua de enjuague
• Emisiones de chimenea (HCl, Cl ₂ , polvo, CO, NOx)
• Efluentes líquidos (composición, cantidad)

La solución de cloruro metálico (en el caso más común, licor residual de decapado de una línea de decapado de acero al carbono) se alimenta al evaporador Venturi (III), donde se produce un intercambio directo de masa y calor con el gas de tostado caliente del tostador (reactor/ciclón). El separador (IV) separa la fase líquida y gaseosa del producto del evaporador Venturi. La fase líquida se recircula de regreso al evaporador Venturi para aumentar el rendimiento del intercambio de masa y calor.

• Aproximadamente entre el 25 y el 30% del ácido residual (H2O _, HCl) se evapora.
• El gas de asado se enfría a aproximadamente 92 a 96 °C.
• Las partículas de polvo se eliminan del gas tostado.

El ácido residual preconcentrado del preconcentrador (III/IV) se inyecta en el reactor (I) por medio de una o más barras de pulverización (VIII) con una o más boquillas de inyección cada una. La inyección se realiza en la parte superior del reactor a una presión de entre 4 y 10 bares. El reactor se enciende directamente mediante quemadores montados tangencialmente que crean un remolino caliente. Las temperaturas dentro del reactor varían entre 700 °C (nivel del quemador) y 370 °C (conducto de salida de gas de tostado). En el reactor se produce la conversión de gotitas de ácido residual preconcentrado en polvo de óxido de hierro y gas de cloruro de hidrógeno. El cloruro de hidrógeno sale del reactor por la parte superior, mientras que el polvo de óxido de hierro se retira por la parte inferior del reactor por medio de dispositivos de extracción mecánica. Un ciclón (II) en el conducto de gas de tostado asegura la separación y realimentación de partículas de óxido de mayor tamaño transportadas por el gas de tostado.

En la columna de absorción (V), el compuesto de cloruro de hidrógeno del gas de tostación saturado que sale del preconcentrador se absorbe adiabáticamente en agua (que en muchos casos es agua de enjuague ácida de una línea de decapado de acero al carbono). El ácido regenerado (concentración típica: 18 % peso/peso) se recoge en el fondo de la columna de absorción.

El gas de tostado se transporta a través del sistema por medio de un ventilador de gases de escape (VI). Los ventiladores en las plantas proporcionan aumentos de presión de aproximadamente 200 mbar y están controlados por retroalimentación para mantener una presión relativa de -3 mbar entre el reactor y la atmósfera para evitar cualquier fuga de gas ácido relacionada con la sobrepresión. Para enjuagar el impulsor y enfriar el gas, así como para eliminar los restos de HCl del gas de tostado, el ventilador de gases de escape se alimenta comúnmente con agua de enfriamiento, que se separa de la corriente de gas de escape por medio de un eliminador de niebla (VII) en el lado de presión del ventilador. En un depurador final, que generalmente consiste en una combinación de depuradores húmedos como depuradores Venturi (IX) y columnas de depuración (X), se eliminan los restos de HCl y polvo. En algunas plantas, se utilizan productos químicos de absorción como NaOH y _Na2S2O3 para _{unir HCl} y Cl2 ₍ que se crea bajo ciertas circunstancias en varios, pero no todos los reactores de tostado por aspersión).

Los procesos de regeneración ácida basados ​​en pirohidrólisis producen una cantidad considerable de emisiones de chimenea que contienen HCl, partículas y cloro, lo que ha provocado numerosas violaciones de la ley de aire limpio de los EE. UU. en el pasado. ^[2]

• Minimización del costo de combustible durante la regeneración del lixiviante HCl (por Hatch)
• Animación 3D de una planta de regeneración de ácido clorhídrico por aspersión (por SMS Siemag Process Technologies)
• Animación 3D de una planta de regeneración de ácido clorhídrico en lecho fluidizado (por SMS Siemag Process Technologies)
• Animación 3D de una planta de regeneración hidrotermal de ácido clorhídrico (por SMS Siemag Process Technologies)