鹽酸生產工藝的改進

楊威

(唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305)

唐山三友氯堿有限責任公司(以下簡稱“唐山三友氯堿”)燒堿產能50萬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裝置采用兩級降膜吸收+尾氣塔吸收+風機的工藝流程，2018年32%商品鹽酸產量達到20萬t。鹽酸生產過程中暴露出影響環保及安全的一些問題，制約著企業可持續發展。唐山三友氯堿借鑒同行經驗，對生產裝置進行了改造，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，氯化氫氣體進入降膜吸收器，自下而上逐級進入一級降膜吸收器、二級降膜吸收器、尾氣吸收塔，未被吸收的尾氣由風機排空；吸收水經吸收水泵加壓后送入尾氣吸收塔，自上而下逐級進入尾氣吸收塔、二級降膜吸收器、一級降膜吸收器。在吸收器內，氯化氫與吸收水順向接觸，氯化氫分子越過氣液兩相界面向水中擴散生成鹽酸，在一級石墨吸收器底部生成高純鹽酸。鹽酸生產工藝流程如圖1所示。

1—一級降膜吸收器； 2—風機；3—二級降膜吸收器；4—尾氣吸收塔。

2 改進措施

2.1 防止鹽酸生產裝置局部聚集氫氣

從石墨吸收器結構及氫氣的特性綜合分析，一、二級石墨吸收器上氣室是氫氣高濃度聚集區；從行業曝光事故案例看，氯化氫合成裝置的事故大部分集中在鹽酸的生產及存儲環節。唐山三友氯堿十分重視此過程中的安全預防工作，對傳統生產工藝流程及操作步驟進行改進，在一級、二級石墨吸收器上氣室進口設置充氮氣管及計量表，對停用設備定期通入氮氣。改造部位見圖2。

2.2 提高裝置安全操作彈性區間

石墨合成爐配套的鹽酸吸收系統設計按合成爐30%～110%的吸收彈性給定，此區間內90%氯化氫在一級降膜石墨吸收器中完成吸收，若超出彈性范圍，過低、過高均會出現下酸溫度高、下酸濃度低等問題。

典型低彈性區間案例：2014年合成爐A檢修，外供氯乙烯工序的氯化氫閥門內漏，主管氯化氫泄漏進入吸收系統，造成吸收系統尾氣排放氯化氫超標，按漏入的氯化氫等比例加注吸收水吸收。當吸收水混入比例過高，則下酸濃度偏低；吸收水混入比例過低，則下酸溫度超標，且仍有氯化氫尾排，造成環境污染。

圖2 石墨吸收器氮氣保護位置示意圖

鹽酸吸收過程本質上是氯化氫分子越過氣液兩相界面向水中擴散的過程，影響氯化氫吸收過程的因素主要有吸收過程溫度、氣體純度、氣體流速、氣液有效接觸面積。表1對影響氯化氫吸收的因素進行了剖析。

表1 影響氯化氫吸收因素的分析

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

改善措施：通入適量的氮氣等惰性氣體稀釋氯化氫，降低混合氣體中氯化氫的主含量，延長其在吸收器內吸收流程，充分利用二級吸收塔及尾氣吸收塔與吸收水接觸，增大換熱效率。

2.3 尾氣吸收塔結構改型，減少尾排氣中水含量

四期氯化氫合成生產線2012年投用，首次采用風機代替水力噴射器。在運行中發現，風機進口管線及風機本體積水，造成環境污染及風機過載、尾排阻火器在冬季上凍等問題。研究鹽酸吸收裝置生產工藝流程并進行現場試驗(見表2)，判斷是尾氣吸收塔頂加水點距離風機近，且缺乏有效濾水裝置所導致。

表2 試驗內容及結果

基于以上問題，對工藝流程進行了部分改造，主要改造點如下。

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

(2)將注水管線一分為二，主加水在二級石墨吸收器進口，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 結語

工業鹽酸是氯堿行業重要的副產品，利潤不高，是平衡堿-氯的一種手段。在日常生產中,要真正從原理著手管控過操作，在當前主抓環保、安全的大形勢下科學生產。

圖3 尾氣吸收塔注水管線改造示意圖