高寒地區氫氣處理及HCl合成工藝優化的探討

周 揚，徐欣宇，劉志明，胡海龍

（青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司，816000）

高寒地區氫氣處理及HCl合成工藝優化的探討

周 揚，徐欣宇，劉志明，胡海龍

（青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司，816000）

通過對高寒地區12萬t/a KOH BM2.7型離子膜電解裝置的氫氣處理工序及HCl合成工序的改造，提高裝置整體安全性能和氯氣利用率，產品質量得到了極大改善。

氫氣；鹽酸；工藝；改造；理論控制

青海鹽湖化工公司地處柴達木盆地腹地，平均海拔2 670 m，該公司為目前世界海拔最高的化工廠，年平均氣溫5.2℃，最低氣溫-29.7℃，最高氣溫有35.5℃，早晚溫差大，對化工生產有很大的影響，很多在中國內陸比較成熟的工藝應用到這里都有一些新問題出現，根據當地氣候條件在逐步試車過程中進行了綜合改造，裝置投入運行后情況較為理想。通過進一步完善新工藝，彌補了其在運行過程中暴露出的不足。

1 氫處理工藝

1.1 原氫氣處理工藝情況

原氫氣處理工藝流程為：來自電解槽的氫氣經洗滌后，通過兩端冷卻、水霧捕沫器除去大部分水后經氫氣分配臺送HCl合成裝置，見圖1。

1.2 原工藝存在的缺點

（1）氫氣二段冷卻后的原設計溫度為12～15℃，含水7.48%（wt），這在中國內地是比較適宜的控制指標，但在溫度差異較大的高原地區，由于冬季最低溫度達到-29.7℃，氫氣中水氣容易結冰，導致采用阿牛巴孔板流量計處易結冰導致測量不準，導致進氯化氫合成爐H2流量失真，在自動配比調節過程中，如果氫氣實際值小于測量值，會導致Cl2過量，游離氯超標。游離氯超標的危害有2點：a.在乙炔法PVC生產中，一般要求HCl含游離氯化學法未檢出，一旦HCl含游離氯，氯氣與乙炔反應生成氯乙炔，氯乙炔迅速發生加成反應生成1，2-二氯乙烷，并聚合，放出大量的熱，帶來嚴重的安全隱患；b.在合成氯化氫生產鹽酸過程中，為了使生產的HCl不含游離氯，要求H2過量（H2∶Cl2=1∶1.05～1∶1.1，體積比），如果H2流量突然失真，H2流量實際值小于測量值，因前段過程H2過量，而H2流量突然失真過程Cl2過量，導則H2和Cl2在氯化氫吸收過程中及尾

氣段的設備中混合達到爆炸極限而發生爆炸；

（2）由于溫度低而導致的氫氣中水蒸氣結晶也會導致調節系統的失靈、管道堵塞，從而使HCl合成系統被迫停車，在運行過程中都有多次出現該現象，整個系統冬季運行及不穩定；

（3）調節閥、流量計連接管道易于析出水分。一般在設計中調節閥、流量計法蘭尺寸通常小于主管道的尺寸，采用變徑管連接在氣體流向變徑前段（管徑減小）流速突然增大，壓力增大；而在氣體流向變徑后段（管徑變大）流速突然減小，壓力減小[1]，氣體中的飽和水蒸氣在壓力突然減小時析出，存積在閥門、變徑管流量計最低點，溫度達到結冰點時自然結冰堵塞管道，在事故處理中結冰堵塞的地方基本是在3個地方，而閥門、流量計變徑管等地方的保溫是很難保證的，見圖2。

1.3 改造后工藝情況

圖2 設計中調節閥流量計法蘭尺寸與主管道尺寸

綜合系統存在的幾種缺陷，對氫氣輸送系統進行了相關改進。在二段氫氣冷卻器和氫氣分配臺后增加列管式氫氣加熱器，將氫氣溫度加熱到70～75℃，壓力為100 kPa后再輸送到HCl合成工序。改進后氫氣處理工藝流程見圖3。

（1）投用氫氣加熱器后的優點。a.氫氣管道再未出現結冰堵管現象；b.氫氣流量計顯示正常；c.HCl合成工序自動調節系統恢復正常；d.HCl合成裝置運行穩定、產品質量合格。

圖3 改造后工藝流程圖

（2）改造對原工藝的影響。由于增加了氫氣加熱器，使進合成爐的氫氣溫度由15℃提高到了75℃，

加大了HCl合成爐和成品冷卻器的冷卻負載量，使送往下游的HCl產品溫度略有升高，相對由于氫氣溫度低帶來的生產影響來說是比較小的。本裝置技改后到目前已經運行25個月，運行效果良好，對下游影響較小。

2 HCl合成工藝

2.1 原工藝狀況

氯化氫合成吸收系統原設計AB 2套共用一個分配臺，將氯化氫氣體分配后分別進入或同時進入降膜吸收器A/B進行吸收制酸。在一套爐子正常生產，要點另外一臺爐子時，分配臺管線存在交叉情況，即已正常生產的一套系統內始終要保持氫過量，而要點的第二臺爐子在點火過程中是空氣過量的，這樣便在分配臺及后系統管道內形成混合性爆炸氣體，存在事故隱患。共用的分配臺對單臺合成爐的生產無影響，但對第二臺爐子系統無法完成徹底的置換，開車時極易形成混合爆炸氣體，因此之前一直使用1臺合成爐生產，制約了氯堿系統提負荷生產計劃。

2.2 改造后工藝狀況

本次改造取消合成爐氯化氫分配臺，開2臺合成爐的情況下，合成爐與降膜吸收裝置一一對應，并且在進降膜吸收器AB手動閥前增加DN250的聯通管線，自氯化氫冷卻器A的氯化氫氣體管線與降膜吸收器相連，氯化氫冷卻器B的氯化氫氣體管線與降膜吸收器相連，在這2條管線上分別安裝1臺壓力調節閥，氯化氫冷卻器A的氯化氫氣體管線與事故吸收塔相連，氯化氫冷卻器B的氯化氫氣體管線與事故吸收塔相連，在這2條管線上分別安裝1臺切斷閥，既可以杜絕合成爐與降膜吸收器交叉使用，也能保證2臺合成爐正常點火。

3 氯化氫合成控制理論的探討與應用

在開車過程中，為了減輕液氯工序及鹽酸工序壓力，氯化氫純度需盡快提高至95%以上。在以往生產中，往往是通過分析氯化氫純度，從而通過氯、氫比例調節氯化氫純度。在實際中，因下游工序嚴格要求氯化氫中含游離氯為未檢出，為了保證下游工序正常生產，氯化氫中控員調整純度時，往往調節速度很慢，給液氯工序和鹽酸工序造成了很大壓力。

在合成工序開車時，通過理論氯氣、氫氣量與合成爐氯、氫流量計數據對比，發現氫氣流量計相對準確，而氯氣流量計則與理論值相差較大，但成比例線性關系。如何在實際生產中，通過氯、氫流量計顯示數值，來自動或手動控制氯化氫純度，且以最短時間達到所要求氯化氫純度。

3.1 理論基礎

（1）反應方程式：Cl2+H2+H’2→2HCl+H’2

式中：Cl2和H2分別指參與反應的氯氣和氫氣；H’2是指過量的氫氣；HCl是指生成的氯化氫。

（2）根據反應方程式可知

此處氯氣和氫氣的純度均視為100%，其他雜質忽略。

（3）假定氫氣流量計準確無誤，即LH2=FH2而LH2

式中：LH2

LCl2分別指氫氣流量計和氯氣流量計讀數；K是指氫氣流量計讀數與氯氣流量計讀數的比例系數；R是指氯氣流量計讀數與實際流量的矯正系數。

3.2 公式推算

（1）氯化氫純度與比例系數之間的關系。

（2）氯化氫純度與流量計之間的關系

（3）當已知比例系數為K1時，氯化氫純度為C1，

中國對多種石化產品的反傾銷措施2015年將到期

商務部日前發布2015年反傾銷、反補貼措施到期情況的公告。公告顯示，中國此前對進口苯酚、錦綸6切片、對苯二甲酸、乙醇胺、甲醇等實施的反傾銷措施將在2015年內到期。

中國對自美國、日本、韓國、中國臺灣地區進口的苯酚實施的反傾銷措施將于2015年1月30日到期；對自美國、歐盟、俄羅斯、中國臺灣地區進口的錦綸6切片的反傾銷措施將于4月21日到期；對自韓國、泰國進口的對苯二甲酸實施的反傾銷措施將于8月11日到期；對自印度尼西亞、泰國進口的核苷酸類食品添加劑實施的反傾銷措施將于9月23日到期；對自日本、美國、德國、伊朗、馬來西亞、墨西哥、中國臺灣地區進口的乙醇胺（單乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA）實施的反傾銷措施將于11月13日到期；對自印度尼西亞、馬來西亞、新西蘭、沙特阿拉伯進口的甲醇實施的反傾銷措施將于12月23日到期。根據中國反傾銷條例有關規定，反傾銷、反補貼稅的征收期限和價格承諾的履行期限不超過5年；但是，經復審確定終止征收反傾銷、反補貼稅有可能導致傾銷和損害的繼續或者再度發生的，征收期限可以適當延長。商務部提醒，在上述公告反傾銷措施到期日60天前，相關國內產業或代表國內產業的自然人、法人或有關組織如認為終止該措施有可能導致傾銷和損害再度發生的，可以書面形式向商務部提出期終復審申請。

若要調整氯化氫的純度為C2

K2=（2-C2）C1K1/（2-C1）C2。

（4）當氫氣流量控制閥和氯氣流量控制閥為手動時，氯氣流量計讀數為L1，氯化氫純度為C1，若要調整氯化氫的純度為C2，則：

故：L2=C2L1（2-C1）/C1（2-C2）。

（5）在正常生產調節中，如氯氣、氫氣全總采用自動系統控制，氫氣流量控制由氫氣自控閥01FCV08201A開度來控制，保證氫氣完全燃燒。氯氣流量則通過比例系數，自動生成氯氣流量數值，再通過氯氣自控閥01FCV08101A開度來控制.由于在冬季生產中，當地氣溫較低，氫氣中含水冷凝會造成氫氣流量計波動，從而造成氯氣流量波動，從而導致氯化氫純度波動，易產生游離氯。在冬季實際生產中，一般采用手動生產，通過手動控制氫氣自控閥01FCV08201A開度，調節至氫氣完全燃燒，再調節氯氣自控閥01FCV08101A開度控制氯氣流量，通過分析數值來控制氯化氫純度見圖4。

圖4 自控系統流程圖

（6）通過氯化氫純度理論工式，只需分析開車時氯化氫純度，再按其理論計算，可以一次性調節至所需氯化氫純度，大大降低了勞動強度，省時省力。與在以往中，一般都是通過分析人員分析所得數據，再來慢慢調節純度，一般需調節四五次。通過檢驗按上述理論只需調整一次后分析純度都在所需控制范圍，大大降低了鹽酸吸收和液氯工序負荷，也提高了氯氣利用效率。

4 結語

該次改造中，將理論知識應用于生產控制調節，結合了一些氯堿企業的優點，同時，根據本企業的實際狀況，將理論知識應用于生產控制調節，通過技改優化工藝設計。從近一年來的運行結果來看，該工藝在質量、安全、環保、經濟效益和社會效益等方面都取得了較好的效果。

［1］歐陽鐘燦．管道阻力對調節閥工作的影響［J］．化工自動化及儀表，1977，05（05），43－45．

［2］林國忠．氯化氫合成條件的探討［J］．氯堿工業，1982，02（2）；40－44．

High altitude hydrogen treatment and HCl synthesis process optimization

ZHOU Yang，XU Xin-yu，LIU Zhi-ming，HU Hai-long
（Qinghai salt lake industry Co.，Ltd.，golmud 816000，China）

Modifying the process from hydrogen treatment to HCl synthesis of 120 t/a KOH UHDE-NORA BM2.7 ionic membrane electrolyzing plant of Qinghai salt lake chemical company.The safety of all plant，the use of Cl2and the product quality has been improved greatly after the technical improvement.

hydrogen；hydrochloric acid；process；modification；theory control

TQ124.2

B

1009－1785（2015）01-0015-04

2014-05-26