氯化氫石墨副產蒸汽合成爐的應用與出現的問題

摘 要：介紹了氯化氫二合一副產蒸汽合成爐裝置的生產工藝，運行中出現的一些問題和解決方法。根據裝置的實際運行情況表明，氯化氫副產蒸汽合成爐具有明顯的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：副產蒸汽；氯化氫石墨合成爐；利用能源

我公司從1986年引進第一套一萬噸/年產離子膜燒堿開始，氯化氫工段的合成爐經歷了普通不帶夾套冷卻器的碳鋼合成爐、帶夾套冷卻器的碳鋼合成爐以及帶冷卻夾套的石墨合成爐過程。單臺帶夾套碳鋼合成爐生產能力比較低，在合成爐內氯氣和氫氣的燃燒時，反應熱傳遞給合成爐夾套中的循環水，增加了循環水溫度，在夏季由于循環水溫度的增高，影響了整個裝置的滿負荷生產。2009年我公司擴產購進了六臺二合一氯化氫石墨副產蒸汽合成爐，并于2010年11月順利投產，經過近三年來使用，六臺氯化氫石墨副產蒸汽合成爐生產運行較好，并且合成爐副產出的蒸汽已經應用到其他工段。

1 氯化氫二合一副產蒸汽合成爐的生產工藝主要包含氯化氫合成氣的生產；同時又能生產出低壓蒸汽。首先，氫氣經過氫氣過濾器脫出氫氣中夾帶的部分水蒸氣，送到氯化氫合成爐的氫氣入口調節閥；氯氣經過氯處理的五個玻璃鋼塔的干燥脫水處理后，送到氯化氫合成爐氯氣調節閥；通入的氯氣和氫氣經過調節閥按一定的比例在蒸汽合成爐爐底燈頭處充分混合后燃燒，爐膛內產生的氯化氫氣經過爐頂部的塊孔式石墨初步冷卻，再經過合成爐外部的一級、二級石墨冷卻器的二次冷卻后，直接送聚氯乙烯合成工段生產氯乙烯，或送降膜吸收器中生產鹽酸。副產蒸汽是在合成爐的夾套層中產生的。夾套中的無離子水吸收氫氣、氯氣的燃燒反應熱，使夾套中無離子水逐漸沸騰蒸發，產生的蒸汽在夾套層頂部排出，用于燒堿裝置一次鹽水化鹽和聚氯乙烯裝置聚合工段汽提塔使用；在冬天一部分副產蒸汽還用于生產廠房采暖。

2 生產運行情況

新上的六臺氯化氫二合一副產蒸汽合成爐運行近3年的時間，生產運行平穩，蒸汽合成爐的氯化氫合成氣質量較好，能滿足后續生產要求，副產蒸汽也能夠被有效的利用。

2.1 在實際生產過程中，經過長時間觀察總結，一臺蒸汽合成爐每天生產氯化氫可達120噸。新合成爐燈頭上半部分采用石英材質，它的結構輕便，并且耐高溫、耐腐蝕。燈頭設有兩層氫氣噴口，一層氯氣噴口，兩層氫氣噴口夾著一層氯氣噴口，燈頭上下貫通，火焰呈直線形噴出，燃燒時氫氣內外包圍氯氣，使氯氣反應完全徹底。蒸汽合成爐爐堂內徑為1500mm，高度8米。比原合成爐內徑大很多，并且爐膛也比原碳鋼合成爐的爐膛更高，這樣才能提供氯氣和氫氣更大的反應空間，氯氣和氫氣反應比較完全，蒸汽合成爐由于夾套層水溫高，所以氯化氫在爐內的初步冷卻效果差，為了使大流量的氯化氫氣能夠充分冷卻，蒸汽合成爐上部配套了塊孔式冷卻器，通入循環水進行初步冷卻，然后再進入一級、二級氯化氫石墨冷卻器進行冷卻器。

2.2 蒸汽的生產

氯化氫石墨副產蒸汽合成爐單臺蒸汽產量每天可達3噸，蒸汽設計壓力為0.3MPa。生產蒸汽用的原水是從純站送來的無離子水，無離子水進入合成爐夾套層后，被合成爐內的反應熱加熱至沸騰狀態，變成蒸汽后送至燒堿裝置一次鹽水用于化鹽和聚氯乙烯裝置聚合工段汽提塔使用。

氯化氫石墨副產蒸汽合成爐為了生產蒸汽，需要盡量將氯氣和氫氣的反應熱傳遞給夾套中的無離子水，新石墨爐體在石墨外壁上鉆徑向孔，孔的深度為壁厚的一半，每個孔之間再軸向、周向相連。新石墨爐體還在爐頂部設兩段“塊孔式”石墨段，這樣就大大提高了石墨爐體的傳熱系數和傳熱面積，從而更益于石墨爐體內外壁間的熱傳遞，有利于多生產蒸汽。

2.3 裝置采用安全連鎖控制系統

氯化氫石墨副產蒸汽合成爐控制系統采用日本橫河公司的集散控制系統（DCS）STARDOM。該系統對全部氯化氫生產中近100余個溫度、壓力等測點進行監控。此外，該系統還對測點的異常數據進行報警，有效地防止意外事故的發生。這些安全連鎖的使用，保護了蒸汽合成爐設備的使用壽命周期。

3 氯化氫副產蒸汽合成爐總體來說運行平穩，但生產運行中還是發生了一些問題

3.1 氯化氫副產蒸汽合成爐燈頭結垢

氯化氫石墨蒸汽合成爐的石英燈頭結垢主要原因是因為氫氣中夾帶的少量氫氧化鈉燒堿和氯氣中夾帶的酸霧長期在燈頭處積累形成的，石英燈頭結垢會使氯氣和氫氣流通的通道不暢通，致使混合效果變差，氯氣和氫氣燃燒反應不充分，甚至會產生對后續聚氯乙烯生產產生有害的游離氯。因此，要求氯化氫合成工段對合成爐的石英燈頭連續運行2個月左右，就要拆檢一次，查看并清除燈頭內的結垢。同時加強前部工序的操作控制，減少原料氣的酸霧和堿霧的夾帶。

3.2 氯化氫二合一蒸汽石墨合成爐爐體石墨塊密封墊滲漏

從氯化氫二合一蒸汽合成爐運行的近三年時間內，出現過兩次石墨爐體密封墊滲漏的事故。最嚴重的一次是爐膛石墨筒體的密封墊發生滲漏，導致夾套內無離子滲入爐堂內，致使運行著氯氣、氫氣石英燈頭炸裂，導致燃燒的火焰熄滅，少量沒有反應的氯氣進入氯乙烯合成的混合器中，最終造成后續氯乙烯合成裝置連鎖緊急停車的事故。密封墊滲漏完全是偶然性事故，但副產蒸汽合成爐的密封墊大部分都是擠壓式的密封，密封點多，密封面積大，所以出現密封墊的滲漏事故不得不防。首先加強操作工的巡檢頻次，如發現合成爐的冷凝水增多，則很有可能發生密封墊滲漏。其次，對視鏡及防爆膜等處，便于拆卸的密封點進行周期性檢查，及時更換破損和老化的密封墊。另外，對密封墊的采購也要進行加強監督，一定要購進質量好的聚四氟乙烯密封墊。

3.3 氯化氫二合一副產蒸汽合成爐在長時間連續生產后，發現合成爐夾套層中底部的無離子水pH值會逐漸降低，顯示弱酸性；而且在合成爐夾套層底部取出的水樣的水質渾濁發紅。出現這種現象主要原因是合成爐夾套層底部所存的純水受到長期蒸發，使水的濃縮比逐漸提高，進一步使水的氫離子含量提高，導致pH值的降低。而水質發紅主要是因為夾套層外部是鋼制殼體，是鋼制殼體的鐵離子進入水中的原故。針對上述情況，我們經過開會研究分析，決定采取了以下應對措施：

（1）每班分析合成爐夾套層的無離子水pH值一次，發現合成爐夾套層的無離子水pH值偏低時，向合成爐夾套層加入適量的碳酸鈉進行中和調節。（2）設合成爐夾套污水排放口，小流量連續排放夾套水，排放出的合成爐夾套水進入到水回收系統，用于其他方面用水。（3）當合成爐夾套層的無離子水的水質渾濁程度特別嚴重時，全部排放更換夾套水。

4 結束語

氯化氫石墨副產蒸汽合成爐經過運行使用后，它首先解決了公司生產過程中，由于氯化氫產能不足影響離子膜裝置產量的，為后續聚氯乙烯的生產提供了充足的氯化氫氣體。其次蒸汽合成爐使用無離子水，改變了原來循環水的水質，這很大程度上緩解了石墨爐體結垢的弊病，可節省石墨爐體每年除垢清洗的費用10萬元。最后，氯化氫石墨副產蒸汽合成爐最大的優點就是利用了氯氣與氫氣燃燒時放出的反應熱，并將反應熱轉變成低壓蒸汽，再以蒸汽做為燒堿裝置一次鹽水化鹽和聚氯乙烯裝置聚合工段汽提塔的熱源；同時也減少了氯化氫一級、二級石墨冷卻器循化水用量。按現有氯化氫副產蒸汽合成爐的生產條件，一臺合成爐每天可節省費用9360余元，每年經濟效益十分顯著.。同時，在國家大力倡導的節能降耗大環境下，氯化氫副產蒸汽合成爐也在公司內的節能減排工作中籃圖中畫下了濃重的一筆。

作者簡介：李占福（1966，5-），男，黑龍江省齊齊哈爾市，大學本科，工程師。