鹽酸生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

楊威

(唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305)

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“唐山三友氯堿”)燒堿產(chǎn)能50萬(wàn)t/a，擁有3套燒堿及氯化氫合成裝置，氯化氫合成工序配套的鹽酸生產(chǎn)裝置采用兩級(jí)降膜吸收+尾氣塔吸收+風(fēng)機(jī)的工藝流程，2018年32%商品鹽酸產(chǎn)量達(dá)到20萬(wàn)t。鹽酸生產(chǎn)過(guò)程中暴露出影響環(huán)保及安全的一些問(wèn)題，制約著企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。唐山三友氯堿借鑒同行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行了改造，效果顯著。

1 工藝流程

合成爐制備的氯化氫氣體經(jīng)冷卻后主要送往下游工序制取氯乙烯，部分直接制備一定濃度的鹽酸。在制備鹽酸時(shí)，氯化氫氣體進(jìn)入降膜吸收器，自下而上逐級(jí)進(jìn)入一級(jí)降膜吸收器、二級(jí)降膜吸收器、尾氣吸收塔，未被吸收的尾氣由風(fēng)機(jī)排空；吸收水經(jīng)吸收水泵加壓后送入尾氣吸收塔，自上而下逐級(jí)進(jìn)入尾氣吸收塔、二級(jí)降膜吸收器、一級(jí)降膜吸收器。在吸收器內(nèi)，氯化氫與吸收水順向接觸，氯化氫分子越過(guò)氣液兩相界面向水中擴(kuò)散生成鹽酸，在一級(jí)石墨吸收器底部生成高純鹽酸。鹽酸生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

1—一級(jí)降膜吸收器； 2—風(fēng)機(jī)；3—二級(jí)降膜吸收器；4—尾氣吸收塔。

2 改進(jìn)措施

2.1 防止鹽酸生產(chǎn)裝置局部聚集氫氣

從石墨吸收器結(jié)構(gòu)及氫氣的特性綜合分析，一、二級(jí)石墨吸收器上氣室是氫氣高濃度聚集區(qū)；從行業(yè)曝光事故案例看，氯化氫合成裝置的事故大部分集中在鹽酸的生產(chǎn)及存儲(chǔ)環(huán)節(jié)。唐山三友氯堿十分重視此過(guò)程中的安全預(yù)防工作，對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程及操作步驟進(jìn)行改進(jìn)，在一級(jí)、二級(jí)石墨吸收器上氣室進(jìn)口設(shè)置充氮?dú)夤芗坝?jì)量表，對(duì)停用設(shè)備定期通入氮?dú)狻８脑觳课灰?jiàn)圖2。

2.2 提高裝置安全操作彈性區(qū)間

石墨合成爐配套的鹽酸吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)按合成爐30%～110%的吸收彈性給定，此區(qū)間內(nèi)90%氯化氫在一級(jí)降膜石墨吸收器中完成吸收，若超出彈性范圍，過(guò)低、過(guò)高均會(huì)出現(xiàn)下酸溫度高、下酸濃度低等問(wèn)題。

典型低彈性區(qū)間案例：2014年合成爐A檢修，外供氯乙烯工序的氯化氫閥門內(nèi)漏，主管氯化氫泄漏進(jìn)入吸收系統(tǒng)，造成吸收系統(tǒng)尾氣排放氯化氫超標(biāo)，按漏入的氯化氫等比例加注吸收水吸收。當(dāng)吸收水混入比例過(guò)高，則下酸濃度偏低；吸收水混入比例過(guò)低，則下酸溫度超標(biāo)，且仍有氯化氫尾排，造成環(huán)境污染。

圖2 石墨吸收器氮?dú)獗Ｗo(hù)位置示意圖

鹽酸吸收過(guò)程本質(zhì)上是氯化氫分子越過(guò)氣液兩相界面向水中擴(kuò)散的過(guò)程，影響氯化氫吸收過(guò)程的因素主要有吸收過(guò)程溫度、氣體純度、氣體流速、氣液有效接觸面積。表1對(duì)影響氯化氫吸收的因素進(jìn)行了剖析。

表1 影響氯化氫吸收因素的分析

綜合上述原因，得出如下結(jié)論：造成上述生產(chǎn)異常的主要因素是氯化氫與水進(jìn)入吸收器后不接觸或接觸面小，壁面換熱不充分，直接導(dǎo)致大量不被吸收的氯化氫與低濃度酸在下氣室接觸，吸收過(guò)程釋放的熱無(wú)法移出，造成下酸溫度高、濃度低。

改善措施：通入適量的氮?dú)獾榷栊詺怏w稀釋氯化氫，降低混合氣體中氯化氫的主含量，延長(zhǎng)其在吸收器內(nèi)吸收流程，充分利用二級(jí)吸收塔及尾氣吸收塔與吸收水接觸，增大換熱效率。

2.3 尾氣吸收塔結(jié)構(gòu)改型，減少尾排氣中水含量

四期氯化氫合成生產(chǎn)線2012年投用，首次采用風(fēng)機(jī)代替水力噴射器。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)進(jìn)口管線及風(fēng)機(jī)本體積水，造成環(huán)境污染及風(fēng)機(jī)過(guò)載、尾排阻火器在冬季上凍等問(wèn)題。研究鹽酸吸收裝置生產(chǎn)工藝流程并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(見(jiàn)表2)，判斷是尾氣吸收塔頂加水點(diǎn)距離風(fēng)機(jī)近，且缺乏有效濾水裝置所導(dǎo)致。

表2 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

基于以上問(wèn)題，對(duì)工藝流程進(jìn)行了部分改造，主要改造點(diǎn)如下。

(1)在原尾氣吸收塔基礎(chǔ)上增加輔助填料層(單塔填充高度0.6 m左右) ，拉西瓷環(huán)規(guī)格為ID16 mm～L16 mm。

(2)將注水管線一分為二，主加水在二級(jí)石墨吸收器進(jìn)口，輔助加水由尾氣吸收塔中段注入。

尾氣吸收塔注水管線改造流程如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)鹽酸是氯堿行業(yè)重要的副產(chǎn)品，利潤(rùn)不高，是平衡堿-氯的一種手段。在日常生產(chǎn)中,要真正從原理著手管控過(guò)操作，在當(dāng)前主抓環(huán)保、安全的大形勢(shì)下科學(xué)生產(chǎn)。

圖3 尾氣吸收塔注水管線改造示意圖