鹽酸合成爐工藝比較及常見問題

摘 要：結合鹽酸合成工藝，系統的比較了各種合成爐的優缺點，以及在使用過程中出現的一些常見問題，強調了系統的穩定性和安全性。

關鍵詞：鐵制爐；石墨爐；安全；穩定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.029

0 引言

鹽酸作為工業生產的一項基礎性原料，以其工藝的成熟，在稀有金屬濕法冶金、有機合成、漂染工業、食品加工、無機與有機藥物生產等領域受到廣泛運用。伴隨著氯堿工業的不斷壯大，配套的合成鹽酸規模也在不斷擴大，鹽酸合成的裝置從最初的鐵合成爐發展到現在廣泛運用的“三合一”石墨爐、“四合一”石墨爐。

1 合成鹽酸的工藝流程

合成鹽酸裝置不斷更新升級，但總的流程基本相同。合成過程包括氯化氫的合成、冷卻、吸收三個過程。從電解槽出來的氫氣經洗滌、冷卻、壓縮、干燥之后進入合成爐與從氯處理送過來的氯氣按比例混合，在爐內燃燒，高溫的氯化氫氣體經過冷卻器的冷卻，通過降膜吸收器的吸收成為合格的鹽酸。未被吸收的氯化氫氣體上升到尾氣吸收裝置形成稀鹽酸，作為降膜吸收器的吸收液使用。極少量的尾氣通過噴射泵抽至水封排出。

2 合成鹽酸的裝置比較

合成爐從爐型來看分為兩大類：鐵制爐和石墨爐。現在合成鹽酸最主要的設備是“三合一”石墨爐、“四合一”石墨爐，鐵制爐已經逐漸淡出這個領域。

2.1 鐵制爐的特點

鐵制爐自身不帶冷卻水夾套，氯氣和氫氣在合成爐內反應生成氯化氫氣體，由于上游過來的原料氣體不是絕對干燥的，反應的原料和產品在反應過程中與鐵制爐直接接觸，對設備造成嚴重腐蝕。同時設備自身的鐵元素被帶入氯化氫氣體中被吸收，使形成的鹽酸受到污染顏色發黃，影響產品質量。運用此裝置，合成爐燈頭腐蝕嚴重，需要經常更換，使用的空氣盤管冷卻器長期處于腐蝕的條件下，增加系統阻力，影響換熱效果。氯氣和氫氣燃燒生成氯化氫的過程，產生大量的反應熱，造成熱量損失的同時，使整個裝置表面溫度很高，形成較大的安全隱患。

2.2 石墨爐的特點

石墨爐出現后，從“二合一”石墨爐到現在的“四合一”合成爐。相對于鐵制爐，它最大的特點，在于內襯石墨的使用，石墨與外殼中間形成夾套，通入冷卻循環水對爐內氯化氫氣體進行冷卻，石墨優異的導熱性能，使得換熱效果有了很大的提升。氯氣和氫氣在合成爐內燃燒的溫度能夠達到2400℃，通過夾套和冷卻器的冷卻氯化氫氣體的溫度會大大降低。二合一、三合一以及四合一都只是針對鹽酸合成工藝中各個構件的形式而言的，常說的二合一就是合成爐與冷卻器在一起，三合一就是合成爐、冷卻器、降膜吸收器三者在一起，四合一就是合成爐、冷卻器、降膜吸收器和尾氣吸收塔四個構件在一個裝置上，很明顯，合成爐自身的構件越多，裝置占地就越少，設備需要的空間就越少。雖然合成爐本身構件越多，設備制造較復雜，一次性投資較大，但其具有工藝過程較簡單、傳熱效率高、氯化氫氣體出口溫度較低、產品酸純度高且無Fe3+污染、耐腐蝕性強，正常使用時維修量小等優點。湖北興瑞化工氯堿分廠就通過技術改造，將冷卻水引水其他工段，回收利用了傳熱回來的冷卻水，充分利用了合成過程中的熱能。國內普遍采用三合一合成爐，已有一些廠家開始用四合一合成爐，國外廠家用四合一合成爐已經普及。

3 鹽酸合成系統常見問題探討

鹽酸合成需要的氯氣屬于劇毒氣體，氫氣屬于易燃易爆品，極易形成爆炸氣體。系統的安全事故隱患包括原料氯氣或氫氣壓力、流量、純度的突然波動，人為的錯誤操作；合成爐運行過程中，氯氣流量控制不當，造成鹽酸游離氯偏高，甚至大量跑氯；開車時爐內氫氣置換不徹底，處在氫氣的爆炸極限內，點火時發生爆炸；停車過程中操作不當，或者運行過程中吸收水斷流，造成爐內氣體壓力超壓，防爆膜爆裂；冷卻水夾套長期結垢，換熱不暢或者局部過熱，造成設備溫度過高甚至局部損壞。

3.1 原料分析

原料氣的指標包括氫氣純度大于98%，氯氣純度大于75%。保證合成爐生產安全的關鍵是避免爐內、尾氣系統產生爆炸性氣體。停車后應該用氮氣充分的置換爐內氣體，對置換的氮氣的含氧量控制在0.5%以內。點火前對爐內進行充分的負壓抽吸，確保爐內氣體合格，嚴格控制參與反應的氫氣和氯氣的控制指標，指標達標后方可點火。尤其在第一次點火失敗后，要重復以上過程，保證置換抽吸的時間在半小時以上，再重新分析點火。

3.2 流量調節

生產過程中，氯氫比一般控制在1：1.05～1：1.10之間。由于過來的原料氣壓力是不斷變化的，一般的孔板流量計均未進行精確的溫壓補償，這個數據也只是理論的。實際操作過程中，要時刻關注燈頭的火焰顏色，以青白色為最佳。火焰顏色偏紅，反應氯氣過量，造成氯氣不完全燃燒，成品鹽酸中游離氯偏高，容易造成跑氯。火焰顏色過白，爐壓升高，氫氣過量，會引起后面的吸收器下酸溫度過高，造成設備損壞。如果短時間內火焰顏色極為不穩定，可能進爐的氫氣管道積水，尤其在氣溫低的時候更易出現，要定期進行排水。壓力和溫度變化都會引起火焰顏色的迅速直觀變化。整個系統的連續性和穩定性，對合成爐的運行至關重要。

3.3 點火和停爐操作

手動點火之前，要先打開吸收水和冷卻水，爐內保持適度的負壓，在氫氣膠管塞入合成爐之前進行管道置換，外部點火，快速塞入爐內，再慢開氯氣閥門進入氯氣，火焰正常后快速關閉爐門，根據情況慢慢加大氫氣和氯氣流量。氫氣調節過大造成火焰太長，操作人員心理壓力；氯氣調節過大，會造成氯氣過量，可能撲滅火焰，造成跑氯。

停爐時操作相反，要避免氯氣和氫氣直接關閉，通常慢慢將氯氣、氫氣流量降低至約30%，再迅速同時關閉氯氣、氫氣閥門。直接關閉會造成系統壓力變化劇烈，甚至出現防爆膜超壓爆裂。停爐后對系統抽負壓、充氮，分析合格之后再取下氫氣軟管，打開爐門。

4 結語

相比于鐵制爐，石墨爐結構緊湊、傳熱效率高、拆裝方便、壽命長、操作簡單的特點。熟悉合成爐的結構工藝，正確操作使用合成爐，可以提高產品質量，還可以延長合成爐的使用壽命，減少甚至避免安全事故的發生。

參考文獻：

[1]程殿彬.離子膜法制堿生產技術[J].北京：化學工業出版社，2004.

[2]陳彥峰.YKSL70型三合一鹽酸合成爐安全生產的探討[J].中國氯堿，2010（12）：12.

作者簡介：胡瑜（1989-），男，湖南澧縣人，本科，工程師，研究方向：氯堿化工鹽酸合成。