氯化氫合成工藝技術(shù)及裝置的選擇

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

關(guān)鍵詞:氯化氫合成國產(chǎn)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(shù)采用熱量回收副產(chǎn)蒸汽的正壓二合一石墨合成爐，合成的氯化氫氣經(jīng)冷卻后可直接送至VCM裝置，不需設(shè)置加壓系統(tǒng);副產(chǎn)蒸汽供冷凍工序溴化鋰機組生產(chǎn)燒堿裝置和乙炔裝置所需的+7℃冷凍水。氯化氫吸收系統(tǒng)按全負荷吸收設(shè)計，采用6套吸收系統(tǒng)，其中2套負壓吸收系統(tǒng)，用于點火和生產(chǎn)燒堿裝置自用鹽酸;4套正壓吸收系統(tǒng)，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(jié)合國內(nèi)目前已有成熟的正壓合成爐生產(chǎn)能力，暫按選用國產(chǎn)的單臺生產(chǎn)能力為135t/d的副產(chǎn)蒸汽的正壓二合一石墨合成爐6+1套。故采用國產(chǎn)合成爐在合成工藝技術(shù)及裝置配置上是可行的。

下面主要從以下幾個方面就國產(chǎn)合成爐和國外合成爐進行比較。

1 氯化氫合成爐的結(jié)構(gòu)特點

國產(chǎn)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(shè)備不管從強度上、導(dǎo)熱系數(shù)上、還是密度及耐溫性能等方面都比酚醛樹脂浸漬的產(chǎn)品高，其技術(shù)特性:

爐內(nèi)設(shè)計壓力:≤0.12MPa

夾套設(shè)計壓力:≤0.45MPa

爐內(nèi)設(shè)計溫度:≤450℃

夾套設(shè)計溫度:≤170℃

氯化氫純度:≥94%

HCl經(jīng)冷卻器出口溫度:≤45℃

爐內(nèi)介質(zhì):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(zhì):脫鹽水、蒸汽

氯化氫日產(chǎn)量:按設(shè)備型號可產(chǎn)5～150t

輸送方法:正壓直送PVC

熱能利用:可產(chǎn)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(lián)為一體的燃燒室加冷卻器)，爐子直徑1m以內(nèi)，由于使用了浸漬石墨，氫氣和氯氣燃燒產(chǎn)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(chǎn)品冷HCl氣體的技術(shù)特性(氫氣過量5%):

界區(qū)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(tǒng)的問題

國產(chǎn)合成爐氯化氫合成系統(tǒng)副產(chǎn)蒸汽是利用HCl合成反應(yīng)熱量來副產(chǎn)蒸汽的，是一個自動化程度要求較高的節(jié)能裝置，自動點火系統(tǒng)包括點火程控柜、高壓發(fā)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(jiān)測裝置等，并配合系統(tǒng)安全連鎖裝置。當連鎖條件滿足時、立即執(zhí)行停車保護程序或者轉(zhuǎn)換到氯化氫吸收工序。氫氣、氯氣實現(xiàn)自動配比控制，可以根據(jù)生產(chǎn)控制中HCl的純度分析來設(shè)定氫氣、氯化氫適合的比值，在生產(chǎn)中若氫氣、氯氣的純度在波動時，及時分析HCl純度來調(diào)整比值實現(xiàn)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(shè)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(tǒng)相對比較完善，自動點火運行時利用光電感應(yīng)器對火焰的燃燒情況進行觀察，并將信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，合成裝置可配有遠程遙控自動點火系統(tǒng)，使用點火槍，系統(tǒng)可以設(shè)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(dǎo)向氫氣和導(dǎo)向燃燒空氣實現(xiàn)安全初級燃燒，一旦初級燃燒發(fā)生后，通過通入低流量的氮氣代替導(dǎo)向氫氣和導(dǎo)向燃燒空氣，導(dǎo)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(xiàn)。

3 氯化氫合成爐副產(chǎn)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(chǎn)蒸汽二合一氯化氫合成爐，單臺生產(chǎn)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(yīng)熱Q反

化學反應(yīng)方程式為:H2+Cl2→2HCl+Q

反應(yīng)熱常數(shù)為-185kJ/mol

則氯化氫合成反應(yīng)每小時所產(chǎn)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(tǒng)多余的熱量Q余

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

Q余=(Q反-QHCl)×75%=4.62×107kJ

即每年多余的反應(yīng)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(tài)下低沸點汽化，吸收冷水的熱量而達到制冷的目的。

根據(jù)雙良所提供的H2型蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組技術(shù)參數(shù)，結(jié)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(chǎn)+7℃冷水，制冷功率為3340 kW。機組的主要參數(shù)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(chǎn)合成爐在設(shè)備結(jié)構(gòu)和副產(chǎn)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(lián)鎖差別還很大。