氯化氫合成及吸收系統工藝優化

黃金豹

(河南神馬氯堿發展有限責任公司，河南 平頂山 467242)

河南神馬氯堿發展有限責任公司(以下簡稱“神馬氯堿發展”)是以生產燒堿和PVC樹脂為主、液氯和鹽酸為輔的氯堿企業。燒堿產能30萬t/a，PVC樹脂30萬t/a(10萬t/a和20萬t/a兩條生產線)，副產高純鹽酸10萬t/a。

氯化氫合成爐是氯堿生產中的關鍵設備，神馬氯堿發展技術人員堅持不斷地對其進行優化，自主開發了合成爐自動點火裝置和視鏡清潔裝置，并優化了吸收工藝，均取得了良好效果。

1 氯化氫合成系統工藝優化

神馬氯堿發展氯化氫合成爐采用的是二合一石墨合成爐，包括副產熱水和副產蒸汽兩種類型。合成爐采用自動點火，設有火焰安全聯鎖和遠程視頻監控等，改善了現場工作環境，降低了勞動強度。

1.1 自動點火裝置

技術人員借鑒傳統自動點火裝置與人工點火的優點，自主研發了一套新的自動點火裝置。該裝置包括含助燃氣的點火槍、現場執行裝置和控制系統3個部分。

(1)點火槍。

點火槍由混合燃燒器、輸送管道、支架組成，主要部分混合燃燒器結構如圖1所示。

1—支架;2—空氣管道及分布器;3—氫氣管道。圖1 混合燃燒器結構示意圖Fig.1 Diagram of structure of mixed gas burner

在混合燃燒器中，空氣在分布器的作用下分成兩層，包裹著中心的氫氣束，確保氫氣燃燒充分。支架的作用是便于將點火槍固定，保證點火槍不移位、火焰不熄滅。

(2)現場執行裝置。

現場執行裝置主要包括切斷閥、節流孔板、點火閥、調節閥等，自動點火工藝流程如圖2所示。

氯氫氣管道設有主路調節閥、主路切斷閥、點火閥、節流孔板以及置換閥。氫氣管道上還有一個充氮閥。

(3)控制系統。

神馬氯堿發展點火控制系統是在原DCS基礎上進行的技術改造，增加了點火控制邏輯，具有如下功能：①氯氫氣管道上的主路切斷閥和點火閥的打開；②若點火失敗，則關閉主路調節閥、主路切斷閥、點火閥和節流孔板，并打開充氮自控閥。

當合成爐氮氣置換10 min(氣體體積是合成爐空腔容積的10倍多)、含氫分析合格后，將點火槍放置在合成爐燃燒器一側，點擊DCS“一鍵點火”，現場主路切斷閥打開到位后，點火閥打開，氯氣和氫氣經節流孔板到達合成爐燃燒器，混合氣體遇點火槍明火后開始燃燒，點火成功。若點火槍火焰熄滅，則點火失敗，點擊DCS“一鍵停爐”，關閉上述4臺閥門，打開充氮自控閥，打開氯化氫吸收系統。

神馬氯堿發展研發的自動點火裝置結構簡單、操作方便，而且維護成本低；另外，該裝置提高了點火成功率，縮短了合成爐點火時間，應用效果良好。

1.2 視鏡自動清潔裝置

合成爐視鏡在合成爐點火、運行等過程中發揮著重要作用。在合成爐運行中，視鏡經常模糊(如圖3所示)，難以觀察到火焰顏色、火焰束等重要信息，制約火檢裝置檢驗效果。為解決此難題，技術人員曾提出多種措施，實現視鏡自清洗。視鏡清潔裝置經多次改良(如機械法[1]、自動噴水清洗法等)，均沒有達到預想效果，視鏡清晰度難以保持較長時間。

圖3 安裝清潔裝置之前的視鏡Fig.3 A sight glass without a cleaning device

神馬氯堿發展技術人員經過反復試驗，采用冷卻視鏡的辦法[2]解決了此難題。合成爐視鏡清晰度保持時間由1周延長至1年以上，運行效果良好。增加自動清潔裝置后視鏡效果如圖4所示。

圖4 安裝清潔裝置后的視鏡Fig.4 A sight glass with a cleaning device

采用視鏡自動清潔裝置后，視鏡清晰度大幅提高，火焰監控探頭能準確判斷火焰狀態，誤判減少，合成爐安全運行得到了保障。同時，為火焰視頻在線監控提供了保障，降低了人工勞動強度。

2 氯化氫吸收系統工藝優化

與氯化氫合成爐配套的氯化氫吸收裝置包括3部分：吸收塔、供水泵、風機或噴射泵。該系統的作用是吸收事故氯化氫，并在點火前置換合成爐。

2.1 原吸收系統存在的問題

改造前，神馬氯堿發展吸收系統工藝流程如圖5所示。 HCl吸收系統由兩級降膜吸收塔、一級尾氣吸收塔及水流噴射泵組成。吸收水分別由純水泵、循環吸收水泵提供，水流噴射泵主要用于開車前合成爐空氣置換[3]。另外，廢氣吸收裝置由填料吸收塔、引風機組成，吸收水由循環吸收水泵提供。

1—純水槽；2—純水泵；3—冷凝液封槽；4—一級降膜吸收器；5—二級降膜吸收器；6—尾氣吸收器；7—水流噴射泵；8—積液槽；9—循環吸收水槽；10—循環吸收水泵；11—廢氣吸收裝置。

在運行過程中，該系統逐漸暴露出以下問題。

(1)點爐時，水流噴射泵運行，稀酸濺出積液槽，腐蝕裝置框架。

(2)合成爐正常運行時，水流噴射泵停運，循環吸收水泵長時間做無用功。

(3)吸收水經水流噴射泵噴出后至積液槽，然后匯至循環吸收水槽。因為積液槽是敞口，水流泵金屬支架、固定螺栓、法蘭等易受腐蝕，鐵銹經常墜落至集水槽內，造成吸收水受污染，鐵離子、游離氯含量偏高，不能用于生產高純鹽酸，只能用于生產低附加值的普通鹽酸，每年約4 000 t。

2.2 工藝改造

針對以上問題，技術人員分析了水流噴射泵作用及循環吸收水污染原因，一致認為：①水流噴射泵僅作為置換合成爐使用，而自動點火實現后，氮氣置換合成爐，且在氮氣保護環境下，實現點火，這樣完全可以省去水流噴射泵；②在圖5中，循環吸收水泵還為廢氣吸收裝置提供吸收水，這些廢氣主要來自酸罐、氯化氫取樣分析排放的氣體，這些氣體多為合成的氯化氫、空氣等，且吸收塔密閉，吸收水不易受到污染。因此，循環水污染源主要是積液槽回水，與廢氣吸收裝置回水無關。將廢氣吸收塔的吸收水用純水替代，用于生產高純鹽酸。

改造措施如下：拆除水流噴射泵、純水泵、純水槽等設備，將循環吸收水槽改造為純水槽，并用純水泵替換循環吸收水泵。改造后的工藝流程如圖6所示。

1—冷凝液封槽；2—一級降膜吸收器；3—二級降膜吸收器；4—尾氣吸收器；5—純水槽；6—純水泵；7—廢氣吸收裝置。

2.3 改造后的效益分析

改造后，循環吸收水泵停用，功率55 kW，年運行時間8 000 h，電價以0.65 元/(kW·h)計，則每年節省電費：55×8 000×0.65=28.6萬(元)。普通鹽酸處置費以200元/t計，每年節約處置費：200×4 000=80萬(元)。

3 結語

神馬氯堿發展技術人員自主開發了合成爐自動點火裝置，該裝置投資小、可靠性高；自主研發了視鏡清潔裝置，解決了長期困擾行業的難題；改造了吸收系統，既保障了安全環保，又降低了裝置運行費用，每年降低約110萬元。