氯化氫合成爐的結構改造設計思路及具體方法解析

劉國霞++崔慧敏

[摘 要]介紹了氯化氫合成及合成爐的工藝，分析了該爐的特、優點及運行中的存在的問題，并進行了相應改進。？

[關鍵詞]氯化氫合成爐 工藝 缺陷改進

中圖分類號：TQ124.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0148-01

1、氯化氫合成爐結構工藝流程

該爐由兩套相同的合成單元和一套分子篩合成爐單元組成。由自電解制氫工序的合成爐氫氣與由液氯汽化工序來的合成爐氯氣經過調壓閥減壓和流量調節進入二合一合成爐內的燃燒室，氫氣和氯氣在火焰向下的燃燒器里混合燃燒生成氯化氫氣體，氣體向下流經燃燒室和冷卻段，出合成爐的氯化氫氣體含水量約700ppmv。氣體再進入石墨冷凝冷卻器、除霧器經 -21℃冷凍鹽水冷凝除水后含水量降至100ppmv左右，再經過合成爐單元的分子篩吸附塔進行變溫吸附脫水后，氯化氫氣體含水量小于5ppmv。然后經隔膜壓縮機壓縮后送入三氯氫硅合成工序。

為保證安全和環保，本爐每條生產線還配備有一套主要由氯化氫降膜吸收器、鹽酸中間罐、尾氣塔組成的氯化氫吸收系統，可用來吸收因負荷調整或緊急泄放而排出的氯化氫氣體。

工藝的核心是合成單元（或整合的燃燒室和冷卻器），這個單元由浸漬石墨材料構成，并由水冷卻的鋼外殼包住。氫氣和氯氣由合成爐的頂部進入專業設計的特殊燃燒器燃燒，從而確保完全燃燒。分子篩合成爐單元主要由2個輪流使用，用于吸附氯化氫水份和再生的吸附塔組成。2個塔在操作過程中進行切換，至少一個吸附塔是在吸附模式，另一個在再生模式。一個循環合計有96小時，48個小時用于吸附，48個小時用于再生、備用。再生結束，吸附塔又重新具備處理原料氣并生產凈化氣的能力。兩個吸附塔輪流進行上述的步驟，保證連續處理原料氣，同時連續生產凈化氣。

2、氯化氫合成爐的特點及運行中的優點

2.1此爐的氯化氫合成爐燃燒室、冷卻部分均為等均壓石墨材質，較傳統鋼制合成爐，防腐性能更為優越，但熱利用率較低。

2.2合成爐燃燒器即燈頭，設置在合成爐頂端，在燃燒室和冷卻段的上端，火焰是朝下的。其他爐子的燈頭一般都安裝在合成爐底部，火焰是朝上的，在氫氣和空氣燃燒時生成的水，經爐體上部的冷卻段冷凝后，由于重力作用自上而下滴在高溫的石英燈頭上，突然局部冷卻，會使石英燈頭炸裂損壞；而安裝在頂端的燈頭，即便有冷凝水生成，由于重力和氣流的作用，可避免冷凝水滴落在燈頭上，減少了燈頭的損壞率，從而增加了燈頭的壽命。？

2.3系統安全性高，系統設置有17項停車連鎖條件，當其中任意條件不滿足時，都將會影響系統安全，PLC都將會執行緊急停車程序，各相關閥門按程序執行動作。

3、氯化氫合成爐的運行缺陷及改造

3.1氫氣、氯氣壓力控制不穩定。系統在氫氣、氯氣管線上設置有調壓閥，調壓閥后的管線上設置有流量調節閥，在運行過程中，當上游提供氫氣、氯氣工段壓力波動較大時，由于調壓閥有一定的滯后性，不能馬上調整到設計壓力，致使調壓閥后的流量調節閥在壓力有大波動的情況下不能及時調節流量，達到連鎖限制時導致系統停車，為生產的連續性帶來諸多的不便。

相應改造：在氫氣氯氣管線上各增加一個3m3的緩沖罐，使得壓力波動有更大的緩沖余量，使得系統更加穩定，改造后在使用過程中效果良好。

3.2氯化氫合成爐火焰溫度最高可達2000℃，燃燒室內溫度達400℃左右，高溫的氯化氫氣體通過石墨燃燒室與鋼外殼之間通入的冷卻水進行換熱冷卻，用的冷卻水為普通循環冷卻水，其中鈣鎂離子較多，在高溫下極容易在石墨塊及壁上結垢，堵塞流道，減少換熱面積影響換熱效率，從而影響氯化氫氣體的冷卻效果，且需要拆爐進行清洗。

相應改造：使用脫鹽水作為冷卻水，即可避免結垢問題；另外增加一個循環槽、一臺板式換熱器和兩臺循環水泵即可實現成本相對較高的脫鹽水的循環使用，節約了成本，見圖1。

3.3合成爐的冷凝器、降膜吸收器等設備內使用的石墨塊內件，雖然防腐性能優越，但石墨件具有硬度大、韌性差、易破損、難維護的特點，在運輸和冬季保養上帶來了很多困難。在設備到場半年多后準備調試時，結果發現合成爐保不住壓，將合成爐拆卸后取出石墨塊進行打壓試驗，發現好多石墨塊已經破損，兩臺合成爐的石墨塊都出現了不同程度的破損，由于石墨件的特性很多問題不能修補只能更換，破損原因判定為冬季石墨塊內的未排盡的積水上凍膨脹致使石墨塊開裂。

改進措施：在設備的服務側管道上增加一空氣管道，當設備停止運行后首先將服務側的水通過排盡閥排出，然后用合成爐空氣對服務側及石墨塊的各流道進行吹掃，將排不盡的水用空氣吹出。

3.4在運行過程中，有時會出現過氯，或者氯化氫吸收不完全的情況，通過尾氣塔頂部排入大氣中，造成現場出現酸霧和刺激性氣味，污染環境。？

相應改造：增加一套堿洗滌爐，將尾氣塔的尾氣接入該爐中，通過10%的堿液將未吸收掉的氯化氫及氯氣中和掉，避免了超標尾氣排入大氣中，見圖2。

4、結語

全自控氯化氫合成爐在試生產當中經過了改造之后，運行效果良好，系統穩定，產品合格，清潔環保，保證了文明和安全生產。

參考文獻

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