氯化氫合成工藝技術及裝置的選擇

摘 要:介紹了氯化氫合成工藝技術，就裝置的選擇對國產合成爐和國外合成爐進行了對比。

關鍵詞:氯化氫合成國產合成爐國外合成爐

中圖分類號:TQ05文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(c)-0082-01

我公司100萬t/аPVC項目，其中一期工程擬建30萬t/а燒堿裝置，24萬t/аHCl(折100%HCl)裝置，高純鹽酸4.5萬t/а(折31%HCl)。

我公司在氯化氫合成工序，工藝技術采用熱量回收副產蒸汽的正壓二合一石墨合成爐，合成的氯化氫氣經冷卻后可直接送至VCM裝置，不需設置加壓系統;副產蒸汽供冷凍工序溴化鋰機組生產燒堿裝置和乙炔裝置所需的+7℃冷凍水。氯化氫吸收系統按全負荷吸收設計，采用6套吸收系統，其中2套負壓吸收系統，用于點火和生產燒堿裝置自用鹽酸;4套正壓吸收系統，用于事故吸收。VCM裝置所需氯化氫和離子膜燒堿裝置自用鹽酸所需的氯化氫的總量約為815t/d，結合國內目前已有成熟的正壓合成爐生產能力，暫按選用國產的單臺生產能力為135t/d的副產蒸汽的正壓二合一石墨合成爐6+1套。故采用國產合成爐在合成工藝技術及裝置配置上是可行的。

下面主要從以下幾個方面就國產合成爐和國外合成爐進行比較。

1 氯化氫合成爐的結構特點

國產合成爐由鋼制外殼、熱能利用器、氣室、石墨爐蓋、下酸盤、石英燈頭、固定件以及合成筒等組成。采用全自動補水，高、低水位控制及報警，壓力和液位遠傳等裝置，合成爐直徑1.6m。該HCl石墨蒸汽爐的所有石墨件均采用改性樹脂浸漬，并通過時效不少于25d的特殊高溫碳化處理，以達到耐高溫、高壓，浸漬后的石墨設備不管從強度上、導熱系數上、還是密度及耐溫性能等方面都比酚醛樹脂浸漬的產品高，其技術特性:

爐內設計壓力:≤0.12MPa

夾套設計壓力:≤0.45MPa

爐內設計溫度:≤450℃

夾套設計溫度:≤170℃

氯化氫純度:≥94%

HCl經冷卻器出口溫度:≤45℃

爐內介質:H2、Cl2、HCl

氯、氫合成后的HCl中游離氯的含量為零(氧化還原分析)

夾套使用介質:脫鹽水、蒸汽

氯化氫日產量:按設備型號可產5～150t

輸送方法:正壓直送PVC

熱能利用:可產0.3MPa的蒸汽。

國外合成爐卡朋羅蘭公司工藝的核心就是其合成裝置(聯為一體的燃燒室加冷卻器)，爐子直徑1m以內，由于使用了浸漬石墨，氫氣和氯氣燃燒產生的熱量可以回收，通過流向閃蒸器的加壓水回路，熱量在合成爐冷卻器單元中得到回收利用，主要有浸漬石墨材料制成，卡拉飛羅3型石墨是全球最好的耐氯化氫腐蝕的材料。產品冷HCl氣體的技術特性(氫氣過量5%):

界區壓力:≥0.6barclbar=105Pa

溫度 :≤45℃

氯化氫純度 :≥94%

游離氯 :≤50PPm cv/v

流量:3575Nm3/h

2 氯化氫合成爐的自動點火、自動配比及自動連鎖保護系統的問題

國產合成爐氯化氫合成系統副產蒸汽是利用HCl合成反應熱量來副產蒸汽的，是一個自動化程度要求較高的節能裝置，自動點火系統包括點火程控柜、高壓發生裝置、點火槍燃燒器、燃氣控制裝置、助燃氣控制裝置及其他監測裝置等，并配合系統安全連鎖裝置。當連鎖條件滿足時、立即執行停車保護程序或者轉換到氯化氫吸收工序。氫氣、氯氣實現自動配比控制，可以根據生產控制中HCl的純度分析來設定氫氣、氯化氫適合的比值，在生產中若氫氣、氯氣的純度在波動時，及時分析HCl純度來調整比值實現兩者的自動控制。

國外合成爐卡朋羅蘭石墨合成爐采用上點火方式，同時采用全自動控制設計，氫氣和氯氣的流量是用安裝在氯氣線和氫氣線上的孔板流量計進行測量的，自動化控制系統相對比較完善，自動點火運行時利用光電感應器對火焰的燃燒情況進行觀察，并將信號傳輸到控制系統，合成裝置可配有遠程遙控自動點火系統，使用點火槍，系統可以設計成“單一按鈕”啟動整個裝置或者是手動、半自動或全自動點火開車。在裝置開始開車時，按順序安全點燃導向氫氣和導向燃燒空氣實現安全初級燃燒，一旦初級燃燒發生后，通過通入低流量的氮氣代替導向氫氣和導向燃燒空氣，導向火焰熄滅。余下的啟動過程將按這順序完成，初級的燃燒空氣逐步被氯氣取代，直到只有氫氣和氯氣在燃燒為止，燃燒空氣被氯氣的取代可以通過手動或自動過程控制來實現。

3 氯化氫合成爐副產蒸汽供配套溴化鋰機組制冷問題

我公司本裝置采用7臺副產蒸汽二合一氯化氫合成爐，單臺生產能力為140t/d，6開1備，一期以30萬t/a NaOH為基準，則氯氣26.63萬t/a，去除4萬t/a的液氯，則需氯化氫合成進行氯平衡的量為22.63萬t/a，每年按8000h有效時間計算，折合氯化氫為29.08t。

3.1 氯化氫合成反應熱Q反

化學反應方程式為:H2+Cl2→2HCl+Q

反應熱常數為-185kJ/mol

則氯化氫合成反應每小時所產生的總熱量為:

Q反=(29.08×106×185)/(2×36.5)=7.37×107kJ

3.2 氯化氫帶出的熱量QHCl

氯化氫氣體出爐溫度平均以500℃計，氯化氫氣體在500℃的比熱為Cp=0.833kJ/(kg.℃)

QHCl=29.08×103×0.833×500=1.21 *107kJ

3.3 氯化氫合成系統多余的熱量Q余

氯氣、氫氣帶入系統的熱量忽略不計，爐體、管網及蒸汽散熱按25%計，則每小時多余的反應熱為:

Q余=(Q反-QHCl)×75%=4.62×107kJ

即每年多余的反應熱為:

4.62×107×8000=36.96×1010kJ

3.4 溴化鋰機組選型

蒸汽型溴化鋰制冷機組是以蒸汽為動力，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在真空狀態下低沸點汽化，吸收冷水的熱量而達到制冷的目的。

根據雙良所提供的H2型蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組技術參數，結合燒堿裝置和乙炔裝置所需冷量，并考慮一定的損耗和富裕能力，選用4臺(三開一備)SXZ3-334DH2M H2型蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組，生產+7℃冷水，制冷功率為3340 kW。機組的主要參數如下:

機組型號SXZ3-334DH2M

制冷量287萬kcal/h(3340kW)

冷水量574m3/h，進出口水溫12→7℃

蒸汽耗量4478kg/h

冷卻水量903m3/h，進出口水溫32→38℃

H2型蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組年用熱總量Q

Q=2307×4478×8000=8.26×1010kJ

則36.96×1010kJ/8.26×1010kJ=4.47>4

(故至少4臺H2型蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組)

綜合以上分析可知，國產合成爐在設備結構和副產蒸汽的壓力等級方面與國外合成爐差距不太明顯，但控制的安全聯鎖差別還很大。