Regenerasi Asam Efisien dari Larutan Pickling Klorida Hidrik Bekas

Regenerasi Asam untuk Larutan Pickling Klorida Hidrik Bekas

Pickling baja merupakan salah satu langkah penting dalam industri pembuatan baja. Ini adalah bagian dari proses finishing dalam produksi produk baja tertentu di mana oksida dan skala dihapus dari permukaan strip baja, kawat baja, dan beberapa bentuk baja lainnya, dengan pelarutan dalam asam. Selama proses, asam bereaksi untuk melarutkan oksida permukaan, sehingga ion logam terakumulasi dalam larutan pickling.

Pickling adalah proses yang terdiri dari penghapusan kimiawi skala (oksida permukaan) dan kotoran lain dari baja dengan merendam dalam larutan asam akuatik. Selama proses pickling, asam bereaksi dengan skala serta baja dasar untuk menghasilkan garam logam terlarut. Untuk tujuan ini, larutan pickling digunakan, terutama terdiri dari asam mineral. Bak pickling asam digunakan untuk menghapus, memodifikasi, memasivasi, atau membersihkan permukaan baja dengan cara yang terdefinisi. Larutan asam klorida hidrik (HCl) atau asam sulfat (H2SO4) biasanya digunakan untuk pickling produk baja karbon. Konsentrasi asam ini berkurang selama proses pickling, sedangkan persentase produk pickling dalam bak pickling meningkat.

Pickling baja karbon adalah proses yang mengkonsumsi asam sulfat atau klorida hidrik segar dan menghasilkan sulfat ferrous atau klorida ferrous. Kedua, pengadaan asam segar serta pembuangan sulfat dan klorida, biasanya berhubungan dengan biaya tinggi dan logistik yang kompleks.

Untuk pickling asam baja karbon dan produk baja, asam sulfat terutama digunakan, hingga pertengahan abad kesembilan belas. Mulai tahun 1964, beberapa fasilitas pickling baja telah beralih dari pickling asam sulfat ke pickling asam klorida hidrik. Saat ini, asam klorida hidrik adalah asam yang paling sering digunakan untuk pickling baja karbon.

Bak pickling yang baru disiapkan biasanya mengandung 12 % hingga 16 % asam klorida hidrik, meskipun konsentrasi ini berkurang secara progresif seiring penggunaan asam. Bak pickling dianggap habis ketika konsentrasi asam berkurang antara 75 % dan 85 % dari nilai awalnya, dan konsentrasi logam dalam larutan meningkat hingga 150 gram per liter hingga 250 gram per liter.

Asam klorida hidrik kini lebih disukai dibandingkan asam sulfat karena (i) memberikan kualitas permukaan optimal dan pickling yang cepat, (ii) secara konsisten menghasilkan permukaan abu-abu ringan yang seragam pada baja karbon, (iii) memiliki kemampuan untuk melarutkan semua senyawa lapisan skala, (iv) probabilitas pickling berlebihan jauh lebih kecil, (v) konsentrasi besi dapat mencapai 13 %, (vi) pencucian dipermudah karena kelarutan tinggi klorida besi, (vii) asam lebih aman untuk ditangani dibandingkan asam sulfat, (viii) pickling dilakukan pada suhu operasi yang lebih rendah, (ix) memiliki keuntungan biaya lebih rendah, (x) pickling asam klorida hidrik menawarkan pickling yang lebih cepat dan lebih bersih, konsumsi asam lebih rendah, dan utilizasi asam yang lebih tinggi, (xi) konsumsi uap lebih sedikit dan jumlah larutan pickling bekas yang lebih sedikit, dan (xii) keahlian yang lebih besar dan kualitas produk yang lebih seragam daripada pickling asam sulfat.

Produk samping utama dari proses pickling baja adalah pembentukan larutan pickling bekas atau asam bekas. Larutan pickling bekas dapat dikelola dengan beberapa cara yaitu (i) mengangkutnya ke organisasi pemroses yang memulihkan dan mengonversi klorida ferrous menjadi klorida ferric dan menjual produk sebagai pemendam ke pabrik pengolahan air limbah, (ii) memprosesnya di tempat dengan soda kaustik dan mengangkut lumpur yang dihasilkan, (iii) meregenerasinya melalui proses regenerasi asam di tempat, atau di fasilitas luar, dan menggunakan asam yang diregenerasi, (iv) memulihkan asam bebas melalui beberapa proses pemulihan yang tersedia secara komersial, dan (v) menyuntiknya melalui injeksi sumur dalam.

Regenerasi asam klorida hidrik merujuk pada proses untuk mereklamasi asam klorida hidrik yang terikat dan tidak terikat dari larutan klorida logam seperti klorida ferrous. Asam yang diregenerasi tidak memiliki efek buruk pada efisiensi pembersihan logam dibandingkan asam murni. Ia pickling seefisien asam murni.

Regenerasi larutan pickling bekas asam klorida hidrik adalah proses tambahan di mana larutan pickling bekas, yang mengandung klorida besi plus larutan asam klorida hidrik, diubah melalui proses seperti proses oksidasi semprot menjadi produk oksida besi yang dapat dipasarkan plus larutan asam klorida hidrik yang dapat didaur ulang untuk operasi pickling. Proses regenerasi asam menghilangkan kebutuhan dan biaya pembuangan asam bekas dan biaya penggantian larutan pickling klorida hidrik, membuat pabrik hampir mandiri. Pada saat yang sama proses mengurangi emisi dan oleh karena itu dampak pabrik terhadap lingkungan.

Bergantung pada komposisi larutan pickling bekas, berbagai metode regenerasi digunakan. Beberapa metode memungkinkan pemulihan hanya asam klorida hidrik.

Pabrik regenerasi asam klorida hidrik total menyediakan cara untuk secara menyeluruh menghilangkan biaya dan logistik yang kompleks yang terkait dengan persediaan dan pembuangan asam segar dan bekas. Untuk regenerasi asam klorida hidrik regenerasi, terdapat berbagai proses untuk regenerasi total larutan pickling klorida hidrik bekas, menghasilkan tingkat pemulihan hingga 99,5 %. Semua proses ini menawarkan perbaikan yang signifikan dalam kelayakan dibandingkan proses avaporatif tradisional untuk mereklamasi hanya asam klorida hidrik yang tidak terikat. Selain itu, regenerasi asam total adalah bagian dari tanggung jawab lingkungan pabrik yang mengoperasikan lini pickling.

Ada beberapa teknologi regenerasi yang tersedia untuk regenerasi asam klorida hidrik. Yaitu (i) piro-hidrolisis, (ii) kristalasi, (iii) presipitasi hidrolitik, (iv) ekstraksi pelarut, dan (v) sistem manajemen asam Kleingarn

Piro-hidrolisis – Piro-hidrolisis adalah proses di mana larutan pickling bekas diurai termal untuk mengubah larutan pickling bekas kembali menjadi asam klorida hidrik dan oksida besi. Proses ini dilakukan pada suhu yang sangat tinggi bersama uap air dan oksigen. Larutan pickling bekas dipompa ke piro-hidrolisis yang mengonversi klorida ferrous (FeCl2) menjadi komponen oksida ferric (Fe2O3) dan asam klorida hidrik. Pabrik piro-hidrolisis sangat intensif energi, terutama karena sejumlah besar pembakaran bahan bakar diperlukan untuk mengavaporasi larutan klorida logam dan memanaskan isi roaster. Gambar 1 menunjukkan diagram skematis proses piro-hidrolisis.

Gambar 1 Diagram skematis proses piro-hidrolisis

Pemulihan asam klorida hidrik dari larutan pickling bekas melalui piro-hidrolisis menguntungkan lingkungan karena menghilangkan kebutuhan untuk memutralisasi dan membuang asam bekas dan karena mengurangi konsumsi air. Ini juga sangat hemat biaya, karena menghilangkan biaya pembuangan, mengurangi biaya penggantian asam dan menghasilkan produk samping oksida yang bernilai.

Piro-hidrolisis adalah konversi kimia garam logam menggunakan uap dan oksigen pada suhu tinggi. Bergantung pada suhu piro-hidrolisis, produk oksida adalah dalam granula jika dirawat di pabrik ranjang fluid, atau sebagai bubuk, jika dirawat pada suhu yang lebih rendah di pabrik roast semprot. Proses roast semprot bekerja pada suhu yang jauh di bawah suhu sintering oksida besi sehingga oksida diperoleh sebagai bubuk merah, biasanya kurang dari 1 mikrometer ukurannya.

Regenerasi asam klorida hidrik menggunakan piro-hidrolisis memberikan pemulihan total larutan asam bekas menjadi produk bebas logam. Proses tidak hanya memulihkan asam klorida hidrik dalam keadaan bebas dan terikat, tetapi juga mendapatkan oksida besi berkualitas tinggi, baik sebagai pelet atau bubuk halus, yang sangat diminati oleh industri ferit, pigmen, dan industri lain.

Regenerasi asam klorida hidrik menggunakan metode piro-hidrolisis biasanya dipertimbangkan oleh pabrik pickling besar karena metode ini mahal karena biaya energi tinggi yang terlibat dalam operasi piro-hidrolisis. Metode ini tidak ramah lingkungan karena garam klorida korosif yang ada dalam debu yang dikeluarkan oleh proses ini. Oleh karena itu, teknologi proses ini memerlukan pemasang sistem pengumpulan debu yang terdiri dari siklon atau pemeras elektrostatis (ESP).

Kristalasi – Regenerasi asam menggunakan metode kristalasi awalnya digunakan untuk regenerasi asam sulfat limbah. Namun, karena perkembangan nanti, regenerasi menggunakan kristalasi juga dapat dilakukan untuk larutan pickling bekas asam klorida hidrik. Keaklikan regenerasi menggunakan kristalasi untuk asam klorida hidrik telah dikonfirmasi setelah melakukan beberapa studi kelayakan teknis yang menyimpulkan bahwa kristalasi multitahap perlu dilakukan dalam serangkaian kristalisator jenis reaktor tank campuran berkelanjutan. Limbah asam klorida hidrik juga perlu melalui proses daur ulang kristal untuk menghasilkan kristal bebas impuritas.

Proses regenerasi melalui kristalasi klorida ferrous melibatkan teknik standar yang tidak memiliki keterbatasan ukuran. Asam klorida hidrik yang diregenerasi dapat memiliki dampak pada proses pickling karena beban mati klorida. Masalah ini dapat diatasi dengan menyesuaikan kondisi laju pickling untuk setidaknya setara dengan asam klorida hidrik murni dengan finishing permukaan yang dapat diterima.

Presipitasi hidrolitik – Regenerasi larutan pickling bekas asam klorida hidrik menggunakan teknologi presipitasi hidrolitik melibatkan proses distilasi uap dalam kondisi hidrolisis avaporatif pada suhu hingga 250 derajat C. Ketika tidak ada garam klorida lainnya yang ada, proses distilasi hidrolitik berlangsung hingga selesai pada sekitar 175 derajat C. Namun, ketika klorida magnesium ada, suhu yang lebih tinggi diperlukan untuk proses distilasi hidrolitik selesai.

Teknologi ekstraksi pelarut – Jalur teknologi ekstraksi pelarut adalah teknologi regenerasi yang populer. Teknologi regenerasi ini disukai karena menghasilkan produk samping yang lebih berbahaya dalam proses pemrosesan larutan pickling bekas. Dengan menggunakan teknologi ekstraksi pelarut, klorida ferrous dapat dipisahkan dari asam klorida hidrik. Produk samping yang dihasilkan dari regenerasi larutan pickling bekas asam klorida hidrik perlu melalui perawatan pasca.

Sistem manajemen asam Kleingarn – Dengan mengadopsi teknologi regenerasi ini, biaya penggantian larutan pickling bekas dengan asam baru dapat dikurangi. Teknologi ini membutuhkan investasi awal yang lebih kecil. Penerapan sistem manajemen asam Kleingarn sebagai metode regenerasi membantu mengurangi volume limbah dengan menghemat jumlah asam klorida hidrik yang digunakan. Metode regenerasi ini juga dapat memudahkan daur ulang limbah asam.

Sistem manajemen asam Kleingarn tidak hanya membutuhkan investasi awal yang lebih kecil tetapi pada saat yang sama membantu mengurangi volume larutan pickling bekas. Regenerasi larutan pickling bekas menggunakan sistem manajemen asam Kleingarn dapat membantu meningkatkan kekuatan asam dan mengurangi konsentrasi besi pada saat yang sama. Eksperimen perlu dilakukan untuk mendapatkan laju pickling optimal menggunakan metode regenerasi ini. Proses regenerasi ini dapat diulang hingga bak asam klorida hidrik khusus perlu dikosongkan untuk pembersihan atau perbaikan. Setelah bak asam klorida hidrik khusus dikosongkan, larutan segar harus dibuat dengan asam bekas sebagian dari bak lain ditambah asam segar. Regenerasi asam klorida hidrik menggunakan sistem manajemen asam Kleingarn memiliki keuntungan ekologis.

Proses untuk regenerasi larutan pickling bekas

Ada beberapa proses untuk regenerasi larutan pickling bekas asam klorida hidrik yang telah dikembangkan sejak akhir tahun 1960-an, tetapi tidak ada yang cocok dengan penerimaan komersial luas dari proses roaster semprot, yang telah menunjukkan kelayakan dan kelangsungannya jangka panjang dalam sejumlah besar implementasi industri. Proses roaster semprot dan beberapa proses lain untuk regenerasi asam klorida hidrik dijelaskan di bawah ini.

Proses roaster semprot

Di antara semua proses yang dikenal untuk regenerasi asam klorida hidrik seperti kristalasi dan piro-hidrolisis ranjang fluid, proses roaster semprot adalah yang paling layak dalam hal konsumsi energi, biaya operasi, biaya pemeliharaan, ketersediaan, dan kemasaran produk samping.

Proses roaster semprot adalah proses piro-hidrolitik di mana asam bekas diatomisasi semprot ke dalam tungku dibakar langsung (dengan kontak dengan oksigen) dan dipisahkan menjadi bubuk oksida ferric (fase padat) dan asam klorida hidrik (fase gas). Asam klorida hidrik gasnya diserap dalam air untuk membentuk asam klorida hidrik yang diregenerasi dengan kekuatan sekitar 18 % yang dapat digunakan kembali untuk pickling. Biasa dan menarik untuk menggunakan air cuci sedikit asam dari lini pickling sebagai cairan penyerap.

Roaster semprot hanyalah wadah baja besar yang dilapis refraktori dengan pembakar langsung di dekat dasar untuk memanaskan isi roaster. Jumlah pembakar dan posisi mereka tergantung pada ukuran roaster dan panas yang diperlukan. Suhu nyala dapat mencapai rentang 1.200 derajat C hingga 1.750 derajat C tergantung pada rasio udara terhadap bahan bakar. Karena efek pendingin dari semprot umpan, suhu rata-rata di zona reaksi biasanya antara 600 derajat C hingga 700 derajat C. Dalam jenis roaster piro-hidrolisis ini, larutan klorida logam di-semprotkan ke ruang bebas wadah silinder kosong, sementara energi yang diperlukan disediakan oleh aliran gas panas yang dihasilkan di pembakar bawah.

Roaster semprot harus dirancang untuk memungkinkan waktu kering yang cukup untuk titik cair terbesar untuk terhidrolisis sebelum mencapai dasar wadah. Roaster semprot komersial berkisar dari 5 meter hingga 8 meter tinggi untuk menyediakan waktu kering ini. Selanjutnya, diameter roaster harus dirancang untuk kecepatan gas (ruang) ke atas yang cukup tinggi untuk mencegah titik cair membasahi dasar wadah, tetapi cukup rendah untuk mencegah kehilangan debu tinggi ke sistem gas buang. Kecepatan ruang biasanya 0,3 meter per detik hingga 1 meter per detik untuk unit komersial dan dapat lebih rendah untuk unit yang lebih kecil.

Gambar 2 menunjukkan sketsa roaster semprot. Roaster semprot biasanya memiliki diameter yang sangat besar untuk menjaga kecepatan gas rendah. Jika kecepatan gas terlalu tinggi, terlalu banyak partikel dibawa bersama gas buang roaster, dan kualitas produk serta efisiensi roaster menurun. Dalam roaster semprot, gas buang dan oksida keluar dari roaster secara berlawanan pada sekitar 400 derajat C hingga 500 derajat C. Karena aliran berlawanan, suhu keluar di roaster semprot lebih rendah dari suhu zona reaksi.

Gambar 2 Sketsa roaster semprot dan struktur tipikal oksida roaster semprot

Waktu tinggal partikel yang di-semprot di zona reaksi suhu tinggi sangat singkat dan oleh karena itu, titik cair sangat kecil, yang dapat dipanaskan dengan cepat, perlu dibuat melalui atomisasi. Pemanasan cepat dari partikel yang di-semprot menghasilkan pembentukan kulit oksida logam padat pada permukaan setiap titik cair. Saat inti titik cair dipanaskan, kandungan airnya menguap dan menembus kulit oksida. Oleh karena itu, oksida yang di-roast semprot sering terdiri dari bola rongga 'berbulu' yang sangat halus (beberapa mikrometer). Struktur tipikal oksida roaster semprot ditunjukkan dalam Gambar 2.

Tiga langkah proses dasar dari proses roaster semprot adalah (i) pre-konsentrasi, (ii) pemanggangan, dan (iii) penyerapan. Dalam langkah pre-konsentrasi, asam limbah masuk melakukan pertukaran panas dan massa langsung dengan gas buang panas dari tungku roaster. Pertukaran panas langsung dilakukan dalam evaporator venturi di mana asam limbah diatomisasi dan dicampur secara turbulen dengan gas roaster pada kecepatan tinggi. Gas buang kemudian sebagian menguap, meninggalkan asam limbah yang sudah dikonsentrasi sebelumnya untuk digunakan sebagai umpan cair ke tungku roast semprot.

Dalam tungku roast semprot, asam limbah yang sudah dikonsentrasi sebelumnya yang diuntikan dari atas melalui nozel semprot tekanan tinggi mengalami penguapan titik demi titik dari air dan asam klorida hidrik serta reaksi piro-hidrolisis klorida besi yang tersisa dan oksigen berlebih yang disediakan oleh pembakar. Pembakar ini disusun secara tangent di sekitar keliling tungku untuk membentuk pola aliran 'swirl' tertentu yang meningkatkan waktu retensi titik cair dengan meningkatkan panjang jalurnya melalui tungku. Hampir semua jenis bahan bakar fosil grade industri umum seperti gas alam, gas petroleum cair (LPG), gas alam cair (LNG), gas oven, atau minyak bakar dapat digunakan.

Dalam sistem regenerasi piro-hidrolisis, klorida besi (FeCl2) diubah menjadi asam klorida hidrik dan oksida besi melalui dekomposisi hidrolitik. Reaksi berlangsung di reaktor pada suhu yang bervariasi dari 600 derajat C hingga 800 derajat C. Pada suhu reaksi, larutan klorida besi dipisah menjadi hidrogen klorida dan oksida besi melalui uap air dan oksigen atmosfer. Reaksi kimia adalah (i) 12 FeCl2 + 3 O2 = 8 FeCl3 + 2 Fe2O3, (ii) 2FeCl3 + 3 H2O = 6 HCl + Fe2O3, dan (iii) 4FeCl2 + 4H2O + O2 = Fe2O3 + 4 HCl.

Dalam kolom penyerapan, gas roaster yang didinginkan dari gas keluar pre-konsentrator melakukan pertukaran panas adiabatik dengan air cuci dalam kolom terisi dan membentuk asam yang diregenerasi dengan konsentrasi tipikal sekitar 18 % asam klorida hidrik, yang dapat digunakan kembali untuk pickling. Roaster biasanya dilengkapi dengan sistem gas buang yang luas, termasuk kontak gas/cair (venturi) untuk avaporasi parsial umpan segar, pemisap untuk memulihkan asam klorida hidrik gas sebagai asam yang dipulihkan, dan peralatan penghapusan debu seperti siklon atau ESP. Alur proses tipikal dari proses roast semprot diberikan dalam Gambar 3.

Gambar 3 Alur proses tipikal dari proses roast semprot

Produk reaksi kimia dari reaksi piro-hidrolisis terdiri dari asam klorida hidrik yang diekstrak dari atas tungku bersama dengan uap dan produk pembakaran dan bubuk oksida ferric yang menempel di dasar kerucut tungku diangkut secara pneumatik ke dalam tong penyimpanan, dari mana dapat diisi dalam berbagai sarana transportasi komersial seperti ke dalam big bag atau truk.

Bubuk oksida besi yang di-roast semprot memiliki kesucian oksida yang tinggi dan struktur permukaan yang baik. Karena properti ini, ia adalah bahan masukan yang berharga untuk industri hilir seperti produsen cat arsitektur, produk bangunan, katalis styren, toner untuk printer laser, dan ferit.

Proses ranjang fluid

Proses ranjang fluid juga adalah proses piro-hidrolitik seperti proses roaster semprot dan berlangsung di dalam tungku yang dipanaskan langsung. Dalam roaster ranjang fluid, larutan klorida logam diperkenalkan ke dalam ranjang besar oksida logam panas, sementara energi termal yang diperlukan disediakan oleh gas pembakaran fluid panas. Gambar 4 menunjukkan sketsa skematis roaster ranjang fluid.

Gambar 4 Sketsa roaster ranjang fluid dan struktur tipikal partikel ranjang fluid

Roaster ranjang fluid harus dirancang untuk kecepatan ruang yang 3 kali hingga 10 kali dari kecepatan fluidisasi minimum dari ranjang oksida. Untuk pelet oksida besi dengan diameter 200 mikrometer hingga 2.000 mikrometer, kecepatan ruang 2 meter per detik hingga 2,5 meter per detik adalah umum. Tinggi roaster dipilih untuk meminimalkan jumlah debu yang terangkut ke sistem gas buang. Tinggi total tipikal roaster ranjang fluid adalah 5 meter hingga 6 meter.

Gas pembakaran panas biasanya dihasilkan oleh tuyere terendam yang langsung menyuntikkan udara dan bahan bakar ke dasar ranjang fluid. Gas panas mengalir ke atas dan fluidkan ranjang partikel. Saat gas pembakaran mengalir melalui ranjang oksida yang diaduk dengan baik, ia dengan cepat mencapai keseimbangan termal dengan ranjang. Upan cair tidak di-semprot, tetapi diumpankan langsung (dicolokkan) di atas, atau di dalam, ranjang oksida. Menurut satu penjelasan, upan cair membasahi lapisan luar partikel oksida panas (sekitar 0,5 mm) dan dengan cepat menguap untuk membentuk lapisan oksida padat baru seperti bawang di atas oksida yang ada, sehingga menghasilkan partikel padat homogen, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.

Karena gas buang dari roaster ranjang fluid lebih panas daripada roaster semprot, jumlah air yang lebih banyak diavaporasi sebelumnya di venturi. Oleh karena itu, beberapa air pengencer perlu ditambahkan ke venturi, untuk mengontrol konsentrasi klorida ferrous di bawah tingkat jenuh. Tanpa air pengencer, upan venturi yang didaur ulang membentuk kristal yang dapat menyebabkan penumpukan dan kerusakan di kontak venturi. Kebutuhan bahan bakar dalam proses ranjang fluid lebih tinggi daripada proses roaster semprot, terutama karena kebutuhan air pengencer. Dalam beberapa kasus, jumlah air pengencer dapat dikurangi dengan (i) mengoperasikan ranjang fluid pada suhu yang lebih rendah (misalnya 800 derajat C), (ii) meningkatkan efisiensi tangkapan debu oksida di siklon (misalnya menggunakan siklon multi), (iii) menurunkan jumlah pembentukan debu halus di ranjang fluid. Karena suhu pembakaran aman untuk gas alam sekitar 760 derajat C, suhu ranjang kurang dari 800 derajat C biasanya tidak digunakan untuk sistem yang dioperasikan gas alam. Gambar 5 menunjukkan diagram alur sederhana untuk proses ranjang fluid.

Gambar 5 Diagram alur sederhana untuk proses ranjang fluid

Dalam proses ranjang fluid konversi asam limbah menjadi oksida besi dan hidrogen klorida berlangsung di ranjang fluid pada suhu sekitar 800 derajat C hingga 900 derajat C. Karena itu, oksida besi yang diperoleh dari pabrik regenerasi asam klorida hidrik ranjang fluid memiliki konsistensi padat granula, sinter dan disebut pelet. Diameter rata-rata pelet adalah 200 mikrometer hingga 2.000 mikrometer tergantung pada pengaturan reaktor. Pelet adalah pengganti bijih besi dan dapat didaur ulang kembali dalam pabrik baja terpadu.

Dalam proses ranjang fluid, penyerapan asam klorida hidrik dilakukan dengan cara yang sama seperti dalam roast semprot, tetapi konsentrasi asam yang dapat diperoleh sedikit lebih rendah biasanya 17 %. Proses piro-hidrolitik ranjang fluid memiliki beberapa keuntungan yang berbeda dibandingkan proses roaster semprot. Yaitu (i) produk oksida adalah padat granula dan biasanya bebas debu karena pertumbuhan partikel seperti lapisan bawang di roaster ranjang fluid, (ii) tidak perlu unit pembakaran terpisah karena reaksi piro-hidrolisis dan pembakaran terjadi secara bersamaan di ranjang fluid, (iii) kontrol atas ukuran partikel mungkin melalui kontrol waktu tinggal, daur ulang parsial produk partikel, atau dengan mengubah pengiriman umpan, (iv) pencampuran yang baik dan kontrol suhu yang biasanya terkait dengan ranjang fluid, dan (v) roaster ranjang fluid biasanya lebih kecil daripada roaster semprot.

Proses PHAR

PHAR (Pickliq hydrochloric acid regeneration) adalah proses untuk regenerasi asam klorida hidrik bekas dari pickling baja. Proses ini berlaku untuk operasi pickling berukuran apa pun. Teknologi PHAR menghilangkan masalah pembuangan, menciptakan pengurangan yang signifikan dalam biaya operasi, lingkungan, dan modal. Proses menggunakan asam sulfat untuk memulihkan asam klorida hidrik untuk digunakan kembali. PHAR menghasilkan kristal sulfat ferrous (sulfat hepta-hidrat), produk samping yang ekonomis, yang dapat dijual untuk tujuan industri. Dengan menghilangkan transportasi dan / atau perawatan larutan pickling bekas, beserta biaya yang terkait dengan menghasilkan asam klorida hidrik untuk mengganti larutan pickling bekas, PHAR menghasilkan penghematan energi sebesar 95 %, penghematan biaya sebesar 52 %, dan pengurangan emisi CO2 sebesar 91 %, dibandingkan dengan teknologi yang ada.

Dalam proses PHAR larutan pickling bekas biasanya keluar dari lini pickling pada sekitar 11 % hingga 13 % besi dan 2 % hingga 4 % asam klorida hidrik bebas. Suhu asam sekitar 80 derajat C hingga 90 derajat C untuk lini pickling berkelanjutan tetapi dapat lebih rendah untuk operasi pickling batch. Menggunakan pemananas lintas aliran, larutan pickling bekas yang keluar bertukar panas dengan 'larutan pickling yang diregenerasi' (RPL) yang kembali ke lini pickling.

Larutan pickling bekas yang akan diregenerasi kemudian mengalir ke reaktor di mana ia berkontak dengan asam sulfat terkonentrasi (93 %). Asam sulfat bereaksi dengan klorida ferrous sehingga melepaskan asam klorida hidrik bebas dalam larutan. Pengurangan suhu akhir diikuti oleh pendingin campuran reaksi ke suhu -15 derajat C hingga -1 derajat C dalam tank kristalisasi. Pengurangan suhu mengurangi kelarutan sulfat ferrous, menyebabkan ia mengendap dari larutan. Sulfat besi yang dihasilkan dipisahkan melalui kristalisasi. Ibu air, sekarang diperkaya dengan asam klorida hidrik, tetapi mengandung sisa asam sulfat kemudian dipisahkan dari kristal dengan filtrasi vakum atau sentrifuga dan didaur ulang ke proses pickling.

Sedikit air digunakan untuk mencuci sisa ibu air dari kristal. Air ini menyesuaikan air hidrasi yang tergabung dengan sulfat ferrous. Tingkat sisa asam sulfat dalam asam klorida hidrik yang diregenerasi tergantung pada konsentrasi besi dan suhu. Proses beroperasi pada suhu rendah dan menghasilkan sulfat ferrous hepta-hidrat (FeSO4.7H2O). Gambar 6 menunjukkan tata letak tipikal proses PHAR.

Gambar 6 Tata letak tipikal proses PHAR

Proses PHAR memiliki sejumlah keuntungan potensial dibandingkan alternatif lainnya. Yaitu (i) proses beroperasi pada suhu rendah, sehingga meminimalkan korosi dan memungkinkan penggunaan plastik murah untuk pipa dan peralatan lainnya, (ii) konsumsi energi untuk pendingin dan kristalisasi secara inheren lebih rendah daripada avaporasi dan dapat diminimalisir dengan mereklamasi panas dari larutan pickling bekas dengan pemananas, (iii) sulfat ferrous hepta-hidrat adalah bahan yang mudah dipasarkan, yang digunakan sebagai koagulan pengolahan air serta deodorisasi saluran, (iv) investasi modal untuk sistem ini jauh lebih rendah dari alternatif lain dan secara fisik jauh lebih kecil, (v) persediaan gas bahan bakar tidak diperlukan untuk operasi, dan (vi) proses lebih toleran terhadap kontaminasi dengan logam lain seperti seng.

Proses distilasi

Proses distilasi digunakan di mana terdapat tingkat asam bebas yang signifikan yang tersisa dalam larutan pickling bekas. Asam klorida hidrik yang terurai, pada konsentrasi azetrop sekitar 15 % dipulihkan dari 'overs' sementara larutan klorida ferrous terkonentrasi dipulihkan dari 'bottoms'. Proses ini hanya memulihkan nilai 'asam bebas'. Dalam variasi proses ini, klorida ferric yang menumpuk di dasar dikristalkan. Dalam variasi lain, proses pertukaran ion penahan asam digunakan untuk mengurangi keasaman larutan klorida ferrous produk samping.

Proses distilasi asam sulfat

Dalam proses ini asam sulfat ditambahkan ke larutan pickling bekas. Ini menyebabkan reaksi FeCl2 + H2SO4 = 2HCl + FeSO4 berlangsung. Asam klorida hidrik yang dibebaskan dipulihkan bersama dengan asam klorida hidrik bebas asli melalui distilasi, sementara besi dikristalkan sebagai sulfat ferrous monohidrat.

Proses piro-hidrolisis hibrid

Ketika tujuan utama dalam operasi pabrik piro-hidrolisis adalah produksi bubuk oksida besi berkualitas tinggi, maka desain reaktor yang menggabungkan efisiensi energi tungku roast semprot dengan kondisi proses homogen dan stabil dari proses ranjang fluid diadopsi. Ini membutuhkan investasi yang lebih tinggi dalam teknologi dedusting dan quenching gas.

Proses regenerasi hidro-termal

Proses regenerasi hidro-termal adalah teknologi yang relatif baru. Ini mengganti tungku yang dibakar langsung dan penyerapan gas/cair dengan jalur proses alternatif yang terdiri dari oksidasi dan hidrolisis. Pembentukan oksida ferric berlangsung dalam fase cair yang mengurangi konsumsi energi panas. Konsentrasi asam yang diregenerasi sama dengan konsentrasi HCl total asam limbah. Konsentrasi asam yang diregenerasi ini dapat ditingkatkan ke tingkat lebih dari 30 % dengan menggunakan pre-konsentrator. Kualitas oksida besi yang dihasilkan oleh proses ini dapat dibandingkan dengan proses piro-hidrolitik dalam hal kontaminasi ion klorida. Namun spesifik permukaan partikel dapat disesuaikan ke angka yang jauh lebih tinggi dengan menyesuaikan kondisi hidrolisis.