氯化氫合成的工藝優(yōu)化控制措施

于雙波

摘要：文章分析了原氯化氫合成工藝存在的不足，提出相關(guān)的優(yōu)化措施，基于氯化氫合成控制理論，對(duì)氯化氫合成純度、氯氣冷卻脫水以及副產(chǎn)蒸汽合成爐的優(yōu)化控制進(jìn)行探討。結(jié)果顯示，對(duì)工藝控制進(jìn)行優(yōu)化后，裝置的安全性與利用率大大提高，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善。

關(guān)鍵詞：氯化氫；合成工藝；優(yōu)化控制；措施

氯化氫是重要的工業(yè)原料，在藥物、香料、燃料生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。氯化氫合成工藝經(jīng)多年發(fā)展，己較為成熟，但應(yīng)用到晝夜溫差較大的環(huán)境中仍會(huì)出現(xiàn)較多問(wèn)題，一定程度上限制氯化氫合成工藝的推廣，因此，有必要加強(qiáng)氯化氫合成工藝的研究，對(duì)合成工藝進(jìn)一步優(yōu)化控制，以促進(jìn)其更好的應(yīng)用。

1 氫處理及氯化氫合成工藝的優(yōu)化

1.1 氫處理工藝及優(yōu)化

1.1.1 氫處理工藝存在的不足及優(yōu)化

在晝夜溫差較大的環(huán)境中，氫氣中水蒸汽結(jié)冰的概率大大增加，使得氫氣流的測(cè)量值與真實(shí)值存在偏差，如氫氣值較小，會(huì)導(dǎo)致氯氣量過(guò)量，游離氯含量超標(biāo)。游離氯一旦超標(biāo)會(huì)造成嚴(yán)重影響。一方面，氯氣和乙炔發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備、管道等超溫、超壓，甚至發(fā)生爆炸。另一方面，氯化氫吸收期間，氫氣與尾氣段設(shè)備混合而容易發(fā)生爆炸。另外，氫氣中水蒸氣的結(jié)冰，會(huì)阻塞管道，導(dǎo)致系統(tǒng)失靈。

1.1.2 氫處理工藝的優(yōu)化

為防止氫處理過(guò)程中不良隱患的發(fā)生，需對(duì)該工藝進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，即，將列管式氫氣加熱器安裝在二段氫氣冷卻器及氫氣分配臺(tái)后，將氫氣溫度、壓力分別提升至70～75℃，100 kPa，再將其輸入合成工序之中。

1.2 氯化氫合成工藝及優(yōu)化

1.2.1 氯化氫合成工藝存在的不足

原氯化氫合成工藝中，采用兩套吸收系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)使用同一分配臺(tái)，氯化氫氣體分配完成后進(jìn)入降膜吸收器制酸。但運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，一臺(tái)合成爐運(yùn)行中，點(diǎn)燃另一臺(tái)合成爐時(shí)的空氣較為充足，容易在分配臺(tái)及管道中形成混合氣體而發(fā)生爆炸。而僅使用一臺(tái)合成爐，會(huì)大大降低生產(chǎn)能力，因此需要對(duì)原工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1.2.2 氯化氫合成工藝的優(yōu)化

氯化氫合成工藝優(yōu)化采取的措施為：將合成爐氯化氫分配臺(tái)取消掉，兩臺(tái)合成爐同時(shí)運(yùn)行的情況下，確保其與降膜吸收裝置一一對(duì)應(yīng)。同時(shí)，在降膜吸收器兩個(gè)手動(dòng)閥之前安裝連通管線(xiàn)。同時(shí)，兩個(gè)冷卻器氣體管線(xiàn)分別和降膜吸收器相連。并在兩個(gè)連接的管線(xiàn)上分別安裝一臺(tái)壓力調(diào)節(jié)閥。在與事故塔相連的兩條管線(xiàn)上分別安裝一臺(tái)切斷閥，保證兩臺(tái)合成爐正常點(diǎn)大，杜絕降膜吸收器與合成爐交叉應(yīng)用問(wèn)題。

2 氯化氫合成純度的優(yōu)化控制

氯化氫合成工藝中，多余的氯氣去廢處理后用于生產(chǎn)次氯酸鈉，考慮到次氯酸鈉的產(chǎn)品附加值較低，因此，應(yīng)積極采取措施，降低次氯酸鈉的生成量，而這需要在保證安全的基礎(chǔ)上將氯化氫的純度提高。

合成工序運(yùn)行時(shí)，對(duì)比氯氣、氫氣量理論與合成爐中的實(shí)際數(shù)據(jù)得知，氫氣流量計(jì)較為準(zhǔn)確。而氯氣的實(shí)際值則和理論值存在較大偏差，兩者成比例線(xiàn)性關(guān)系，因此，實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)氯、氫流量計(jì)數(shù)值，加強(qiáng)對(duì)氯化氫純度的控制尤為重要。同時(shí)，迅速將氯化氫調(diào)節(jié)至所需純度，在提高工作效率的同時(shí)，還能降低生產(chǎn)負(fù)荷。

研究得知，使用自動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)氯氣、氫氣的控制，其中氫氣自控閥開(kāi)度用于控制氫氣流量，以確保氫氣充分燃燒。控制氯氣流量時(shí)需基于比例系數(shù)，自動(dòng)生成氯氣流量數(shù)值后，由氯氣自控閥的開(kāi)度進(jìn)行控制。同時(shí)，為防止冬季受溫度較低的影響，容易產(chǎn)生游離體氯，可手動(dòng)控制氫氣自控閥的開(kāi)度，確保氫氣燃燒完全后，對(duì)氯氣自控閥開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氯氣流量的控制，在對(duì)數(shù)值分析的基礎(chǔ)上對(duì)氯化氫的純度進(jìn)行控制。

實(shí)際生產(chǎn)中基于氯化氫純度理論：氯化氫純度與比例系數(shù)間的關(guān)系為：K=R/C（2-C）

其中：K、R、C分別表示氫氣流量計(jì)讀數(shù)和氯氣流量計(jì)讀數(shù)的比例系數(shù)、氯氣流量計(jì)讀數(shù)和實(shí)際流量的矯正系數(shù)、合成爐氣體中氯化氫的純度。

氯化氫純度與流量計(jì)間的關(guān)系為：

LCl2=CLH2/（2R - CR）

其中：Lcl2、LH2分別表示氯氣流量計(jì)讀數(shù)、氫氣流量計(jì)讀數(shù)。 比例系數(shù)己知時(shí)：K2=（2-C2）C1K1/（2-C1）C2式中，K1，C1、C2分別表示己知的比例系數(shù)、氯化氫純度、要調(diào)整的氯化氫純度。

手動(dòng)調(diào)節(jié)流量時(shí)，L2=C2L1（2-C1）/C1（2-C2），式中：L1、C1，C2分別表示氯氣流量計(jì)讀數(shù)、氯化氫純度、要調(diào)整的氯化氫的純度。

對(duì)氯化氫濃度進(jìn)行分析，而后根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算，將氯化氫純度調(diào)節(jié)至滿(mǎn)足要求即可，不僅降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減少時(shí)間的投入。

3 氯氣冷卻脫水的優(yōu)化控制

氯氣冷卻脫水流程為：電解產(chǎn)生的濕氯氣經(jīng)氯氣洗滌塔處理后，氯氣不僅溫度由80℃降低至45℃，而且多數(shù)水分從氯氣中去除。而后經(jīng)冷卻器冷卻處理后溫度降低至12-15℃，期間又會(huì)脫去一部分水，最后經(jīng)水霧捕集器以及三級(jí)硫酸干燥處理后，便可將氯氣中的水分降低到0.01%以下。最終通過(guò)氯氣透平壓縮機(jī)輸送到氯化氫的合成工段。原生產(chǎn)工藝中冷卻器冷卻和硫酸溫度的控制，通過(guò)使用5℃的水熱交換實(shí)現(xiàn)，控制溫度不高，容易發(fā)生安全事故。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將氯水冷卻至10℃時(shí)便會(huì)析出Cl·nH2O晶體。通常情況下，工藝中將冷卻器的出口壓力調(diào)節(jié)至115.3 kPa，溫度在10℃及以下溫度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生CI·7.3H2O結(jié)晶，一旦阻塞管道會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)工作無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。另外，氯氣化合物結(jié)晶吸收氯氣中的水分后，使得氯氣變干燥，會(huì)與鈦管冷卻器發(fā)生反應(yīng)，造成氯氣泄漏、發(fā)生火災(zāi)。因此，為防止上述情況的發(fā)生，要求夏季將冷卻管的溫度控制在12～13℃，春季將溫度控制在13-15℃。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸結(jié)晶溫度見(jiàn)表1。

另外，采用兩填料塔+泡罩塔工藝技術(shù)，利用硫酸的吸水性干燥氯氣，而后在酸霧捕集器作用下降氯氣中的酸霧去除。干燥作業(yè)時(shí)，一、二、三級(jí)干燥塔硫酸濃度分別控制在75%、85%～90%、98%。對(duì)不同濃度的酸進(jìn)行熱換冷卻，將溫度均控制在12--15℃。同時(shí)，在明確不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸結(jié)晶溫度（表1）以及冬春溫度變化的基礎(chǔ)上，在硫酸儲(chǔ)槽、管線(xiàn)中應(yīng)用熱拌熱，防止硫酸管道結(jié)晶情況的發(fā)生，達(dá)到預(yù)期的運(yùn)行效果。

4 副產(chǎn)蒸合成爐的優(yōu)化控制

為保證工藝中各裝置運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、增產(chǎn)、增效目標(biāo)，新建氯化氫橫撐系統(tǒng)，以防止生產(chǎn)鏈過(guò)長(zhǎng)，為提升負(fù)荷、穩(wěn)定投料做好鋪墊。

4.1 副產(chǎn)蒸汽的利用優(yōu)化

考慮到工藝中在減溫減壓裝置進(jìn)口處并入蒸汽，而補(bǔ)充蒸汽的裝置進(jìn)口壓力為0.68 MPa。新合成爐的副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)中的壓力為0.45 MPa，給合成副產(chǎn)蒸汽的并網(wǎng)利用造成不良影響。如將合成爐中的蒸汽壓力調(diào)節(jié)至0.68 MPa，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中爐內(nèi)的壓力較高，影響生產(chǎn)安全性。

為防止上述不良問(wèn)題的出現(xiàn)，可借助小修機(jī)會(huì)進(jìn)行優(yōu)化改造，即，將新合成爐副產(chǎn)蒸汽管線(xiàn)設(shè)置到減溫減壓裝置出口位置。實(shí)踐表明，改造完成后蒸汽不僅得到有效利用，而且運(yùn)行良好，獲得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐的優(yōu)化

通過(guò)分析副產(chǎn)蒸汽合成爐運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，蒸汽閃發(fā)罐會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕，即，當(dāng)金屬處在中性或弱酸溶液中，金屬表面水膜和空氣中的氧發(fā)生的電化學(xué)腐蝕。分析蒸汽產(chǎn)生過(guò)程，純水進(jìn)入到合成爐的夾套中，被生產(chǎn)氯化氫放出的熱加熱，而后進(jìn)入到閃發(fā)罐中，閃發(fā)罐減壓形成水蒸氣，而后再次回流到合成爐。期間受純水罐液位變化的影響，部分空氣進(jìn)入到純水中，在高溫高濕條件下發(fā)生吸氧腐蝕。為防止吸氧腐蝕的發(fā)生，采取的優(yōu)化措施為：在合成爐純水管線(xiàn)上設(shè)置脫鹽塔。

5 結(jié)語(yǔ)

氯化氫是一種重要的工業(yè)原料，為保證其合成作業(yè)安全、順利進(jìn)行，應(yīng)根據(jù)所處環(huán)境，對(duì)工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)與優(yōu)化。本文通過(guò)研究得出以下結(jié)論。

（1）將列管式氫氣加熱器安裝在二段氫氣冷卻器及氫氣分配臺(tái)后，避免游離態(tài)氯含量超標(biāo)，以及氫氣中水蒸氣的結(jié)冰，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（2）對(duì)氯化氫合成工藝進(jìn)行優(yōu)化，保證兩臺(tái)合成爐正常點(diǎn)火，有效地杜絕了降膜吸收器與合成爐交叉應(yīng)用問(wèn)題。

（3）夏季將冷卻管的溫度控制在12-13℃，春季將溫度控制在13-15℃，以及在硫酸儲(chǔ)槽、管線(xiàn)中應(yīng)用熱拌熱，降低因控制溫度不高安全事故發(fā)生概率，防止硫酸管道發(fā)生結(jié)晶情況。通過(guò)副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐的優(yōu)化，可有效防止吸氧腐蝕現(xiàn)象。