一種含碘氫碘酸中碘化氫的濃縮精餾方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化工分離技術領域，尤其涉及含碘氫碘酸中碘化氫的濃縮精餾方法。
【背景技術】
[0002]含碘氫碘酸料液(即碘化氫-碘-水三元溶液，H1-12-H2O,簡稱HIx)的精餾操作，在熱化學碘硫循環分解水制氫工藝，以及氫碘酸或碘化氫(HI)的生產工藝中都會用到。以前者為例，熱化學碘硫循環制氫過程中，依靠Bunsen反應生成的氫碘酸，由于加入了過量的碘，形成了 H1-12-H2O物相，需要通過精餾操作，才能夠分離出制備氫氣所需要的碘化氫。
[0003]由于物質本身的特性，采用目前的技術對HIx中的碘化氫進行精餾分離并不容易。由于HI與H2O之間會形成摩爾比1:5的恒沸物，而上述碘硫循環工藝中Bunsen反應所提供的HIx中，HI的濃度往往低于恒沸濃度，或者剛剛達到恒沸濃度，因此如果對HIx采用直接蒸餾或精餾的話，盡管可獲得HI，但會有大量的熱能被用于水的蒸發，工藝的經濟性將顯著降低。鑒于此情況，國內外研究者提出:首先對HIx進行電解電滲析(EED)濃縮，EED設備的陰極區流出的HIx料液中HI濃度會被提高，超過恒沸組成，即H1:H2OM: 5，這樣的話在蒸餾/精餾過程中，HI會大量蒸出，而水的蒸出量很少，在優化工藝后，甚至可得到純HI氣體，非常有利于碘硫循環工藝整體效率的提高。
[0004]具體來講，電解電滲析(Electrolysisand electrodialysis device，簡稱“EED”)是一種高效電化學濃縮方法，又稱為離子交換隔膜電解法或膜電解法，也可用作特定化學品的電化學合成。HIx的EED具體原理是:當陰、陽兩極都有HIx物料流過時，H+在電場作用下，穿過質子選擇性透過膜，由陽極區進入陰極區，同時在兩極板上發生如下電極反應:
[0005]陽極:21-2e — I2
[0006]陰極:I2+2e— 21
[0007]綜合起來的結果是，陽極區H+、I減少，I2增多，而陰極區I2減少，H\ I增多，SPHI在陰極區獲得了濃縮。當HI濃度超越恒沸點并達到特定的濃度區間，即可對陰極物料進行精餾操作，在精餾塔頂獲得高HI濃度的H1-H2O溶液或者HI氣體。
[0008]上述EED-精餾組合工藝已經獲得了國內外很多研究者的關注和認可，在中國、日本、韓國的碘硫循環制氫臺架上，均使用這一方案進行了 HI的濃縮分離。然而隨著研究工作的開展，EED的一些局限性也逐漸顯露出來，其中最重要的是EED過程中陰極液中的HI并不能按照預想的理想方式持續地、快速地增濃。隨著EED的進行，陰、陽兩極溶液中HI和H2O的濃度差不斷提升，具體來說，陰極液中HI的濃度越來越高于陽極液中HI的濃度，這樣，在高濃度差的推動下，H+將由陰極滲析至陽極，而水的情況則相反，將越來越傾向于由陽極液進入陰極液，以上兩種趨勢，將使得陰極液HI濃度無法持續提高，當陰極液、陽極液的濃度差達到一定程度后，甚至會出現陰極液HI濃度回落的現象。上述濃度差造成的HI反向迀移，以及水加速進入陰極區的問題會顯著降低EED的處理能力，難以為后續精餾裝置提供較高HI濃度的料液，使得EED-精餾這一 HI分離流程難以有效運行，進而拖累整個碘硫循環制氫工藝的高效運轉。
[0009]如果能夠采取合適的措施，抑制陰、陽極液之間產生過大的濃度差，則可避免上述問題，提高HI的濃縮分離效率。大量的實驗數據和理論計算表明，含碘氫碘酸中HI的濃度超過H1-H2O間的恒沸濃度后，由于蒸汽壓的劇烈提高，其沸點會顯著下降，在減壓條件下，很容易產生HI氣體。如果依據此規律將電解電滲析(EED)與減壓精餾進行耦合，即將EED的陰極區與減壓精餾塔相連接，就能將陰極液中的HI及時移取出來，減小陰、陽極液之間的濃度差，避免上述一系列問題，提高EED的運轉效率。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供一種含碘氫碘酸中碘化氫的濃縮精餾方法，通過將電解電滲析(EED)與減壓精餾進行耦合，將陰極液中的HI快速移出，使得含碘氫碘酸在EED濃縮過程中，避免陰極液與陽極液中HI和H2O濃度差過高而發生HI的反向迀移，從而提高HI的濃縮分離效率。
[0011]本發明的技術方案如下:
[0012]I)在電解電滲析裝置上，于具有陰極液出料口或靠近陰極出料口的至少一個陰極區上設置橋接管線，這些橋接管線與精餾塔的塔身或塔釜相連接，橋接管線上帶有保溫部件和閥門，精餾塔的塔頂與減壓裝置相連接；
[0013]2)將橋接管線上的閥門設于截止狀態，向精餾塔的塔釜中加入不含碘的高濃度氫碘酸，或低碘含量、高HI含量的含碘氫碘酸；所述不含碘的高濃度氫碘酸中，HI =H2O的摩爾比為1:4.5?6.0 ;所述低碘含量、高HI含量的含碘氫碘酸中，各組分的摩爾比為HI =H2O:12 = 1:4.5 ?6.0:0 ?0.4 ;
[0014]3)啟動精餾塔的塔身和塔釜加熱裝置，以及精餾塔頂的冷凝回流裝置，開啟精餾塔頂的減壓裝置，在全回流模式下進行精餾操作；
[0015]4)當精餾塔塔頂冷凝回流裝置能夠進行穩定的氫碘酸回流時，將作為陰極初始料液的含碘氫碘酸溶液和作為陽極初始料液的含碘氫碘酸溶液，分別輸送至電解電滲析裝置的陰極區和陽極區，進行電解電滲析操作，陰極區的排出液體在收集后被輸送至精餾塔的塔身或塔釜；
[0016]5)打開并調節橋接管線上的閥門，使電解電滲析設備陰極區產生的氣體進入精餾塔的塔身，并持續從精餾塔頂和塔釜進行物料采出。
[0017]本發明所述精餾塔為填料塔；所述的陰極初始料液、陽極初始料液以及電解電滲析裝置的溫度控制在90°C至料液泡點溫度之間。
[0018]本發明的技術特征還在于，所述的橋接管線中裝有填料。
[0019]本發明具有以下優點及突出性的技術效果:在本發明的方法中，由于在電解電滲析裝置上增設了橋接管線，使得電解電滲析(EED)與減壓精餾相互耦合，可將陰極料液中的HI快速移出，使得含碘氫碘酸在EED濃縮過程中，避免陰極液與陽極液中HI和H2O的濃度差過高而發生HI的反向迀移，從而提高了 HI的濃縮分離效率。另一方面，陽極區由于具有高于陰極區的壓力，將促進陽極區H+向陰極區的迀移，有利于陰極區HI的濃縮。由于以上雙方面的原因，本發明提出的方法能夠大幅度提高HI的濃縮分離效率。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明一種含碘氫碘酸中碘化氫的濃縮精餾方法所使用的設備示意圖，該示意圖以具有4個單元的電解電滲析設備為例。
[0021]1-陰極端板；2_雙極板；3_陽極端板；4a_陰極端板上的陰極區；4b_雙極板上的陰極區；5a-陽極端板上的陽極區；5b-雙極板上的陽極區；6_質子選擇性交換膜；7-墊片；8-陰極進料管線；9_陰極單元間料液管線；10_陰極出料管線；11_陽極進料管線；12_陽極單元間料液管線；13_陽極出料管線；14_橋接管線；15_閥門；16_陰極接線柱；17_陽極接線柱
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0023]本發明提出的含碘氫碘酸中碘化氫的濃縮精餾方法，是在電解電滲析-精餾耦合設備中進行的。如圖1所示，電解電滲析裝置在結構上主要包括陰極端板1、一個或多個雙極板2，以及陽極端板3。陰極端板I上含有陰極端板上的陰極區4a，陽極端板3具備陽極