干燥氯化氫含水量的控制與研究

張波， 謝鵬，楊茂勤

(陜西北元化工集團有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團有限公司化工分公司(以下簡稱“北元化工”)是一家擁有110萬t/a聚氯乙烯、80萬t/a燒堿的大型氯堿企業。由于國家對高耗能企業的要求越來越嚴格，北元化工于2015年正式淘汰了隔膜法燒堿生產單元，原以隔膜法裝置氯化氫為原料的10萬t/a聚氯乙烯裝置改為采用離子膜法燒堿裝置中的氯化氫氣體為原料。由于要進行長距離輸送，因此氯化氫壓力必須達到輸送要求；另外，為節省投資成本，氯化氫長距離輸送管道為碳鋼材質，為避免腐蝕，氯化氫含水必須嚴格控制。

1 氯化氫干燥工藝流程

北元化工氯堿分廠氯化氫干燥裝置是向10萬t/a聚氯乙烯裝置輸送合格氯化氫氣體的局部裝置，干燥工藝流程如圖1所示。

從氯化氫合成工序來的濕氯化氫氣體先經氯化氫冷卻器，再經過氯化氫深冷卻器用冷凍鹽水冷卻到約-14 ℃后進入氯化氫酸霧捕集器，捕集氯化氫氣體中的冷凝水滴。然后經過氯化氫加熱器，用循環水將氯化氫氣體預熱到≥10 ℃，進入一級填料干燥塔與濃硫酸接觸進一步除去水分；除去水分的氯化氫進入組合式干燥塔繼續除水。組合式干燥塔上部是泡罩結構，下部是填料結構。氯化氫先進入填料結構，其中的濃硫酸來自泡罩結構，質量分數為93%～98%，濃硫酸經填料結構吸水后，濃度降低，從填料結構出來的稀酸送至氯氫處理稀硫酸儲罐；隨后氯化氫進入泡罩結構，用98%濃硫酸繼續干燥，干燥后的氯化氫氣體(要求氯化氫含水質量分數≤1.0×10-4)經硫酸酸霧捕集器除去酸霧后并入氯化氫壓縮機，壓縮后的氯化氫壓力0.1～0.2 MPa，經氯化氫緩沖罐后送至VCM生產裝置。

2 問題

該裝置從2015年6月開車以來，輸送給10萬t/a聚氯乙烯裝置的氯化氫氣體含水質量分數一直達不到工藝要求的≤1.0×10-4。氯堿分廠經過多次排查，到目前仍未發現指標超標的具體原因，因此建議對指標進行變更。具體排查方法如下。

圖1氯化氫干燥工藝流程示意圖

Fig.1Processflowdiagramofhydrogenchloridedrying

3 內部排查過程

3.1 分析誤差的排除

采用幾種分析方法分析氯化氫中水的含量，結果如表1所示。

表1 采用幾種分析方法所得的氯化氫中水分的含量

由表1可得：①不管采用何種分析方法，干燥后的氯化氫含水指標均大于1.0×10-4，可以判斷出分析方面不存在問題，也就是分析是準確的；②從分析數據的波動性來看儀器分析法較其他3種分析法準確。

3.2 運行數據檢測排除

通過對氯化氫干燥工藝過程中涉及的過程指標跟蹤分析，得出以下結論：從2017年的1—6月，所有指標均在控制范圍，并且波動較小(如表2所示)。由于正常運行時各設備處的壓力保持穩定，波動很小，故不作分析。

表2 各部位檢測數據Table 2 Detection data of each part ℃

3.3 設備排查[1]

通過對石墨冷卻器、加熱器、酸霧捕集器、填料塔、泡罩塔等設備進行排查，均未發現異常，具體排查情況如表3所示。

表3 設備檢查情況

3.4 硫酸消耗數據排查

2016年7月—2017年6月干燥氯化氫耗硫酸量與平均每月的氯化氫含水量檢測數據如表4所示。

表4 硫酸消耗量與氯化氫含水量檢測數據

表4數據表明:無論氯化氫干燥系統耗硫酸量大小，氯化氫干燥含水質量分數始終在(1.239 7～1.438 1)×10-4。可以得出，進塔硫酸量和干燥氯化氫含水沒有線性關系。

通過上述4方面的排查，未發現氯化氫干燥系統的異常情況，也就是上述原因并不是導致氯化氫含水指標超標的原因。

4 設備及管道的腐蝕情況

4.1 設計指標的初衷

氯化氫壓縮機采用三級壓縮，氯化氫壓縮機附帶的技術協議要求氯化氫含水指標控制在≤1.0×10-6，其主要原因是為防止氯化氫含水量增大對壓縮機葉輪、軸承造成腐蝕。另一方面由于輸送氯化氫的管道為碳鋼材質，氯化氫含水量增加會對氯化氫干燥送氣管線造成腐蝕。

4.2 氯化氫壓縮機實際運行情況

氯化氫干燥出口從2015年6月運行至今含水指標一直為(1.2～1.5)×10-4。不管是氯化氫壓縮機還是輸送氯化氫的管道，運行至目前，從檢查的情況看，并無腐蝕情況。2017年6月，檢修人員和廠家對氯化氫壓縮機葉輪、軸進行了檢查,結果如圖2所示。

從圖2可以看出：氯化氫壓縮機內部零部件并無腐蝕情況。

4.3 送氣外管檢查情況

氯化氫干燥工序2015年6月開始向10萬t/a聚氯乙烯裝置送氣，輸送管線材質為碳鋼，設計壁厚為5 mm。運行2年后，檢查氯化氫送氣管線內部無腐蝕(如圖3所示，2017年6月15日攝)，采用測壁厚儀器檢測管線厚度為4.7～4.8 mm。因此氯化氫干燥后含水質量分數控制在(1.2～1.5)×10-4對長距離輸遂管線無影響。

圖2 壓縮機葉輪、軸的腐蝕情況

圖3 輸送管線檢查情況

從上述3方面的分析情況可以得出，<1.0×10-4的控制范圍存在一定的偏差或不合理。

5 結論

綜合上述排查內容，可以得出：把干燥氯化氫含水的指標控制在1.0×10-4以下是不合理的，也是不能實現的。應把干燥氯化氫含水指標由≤1.0×10-4變更為≤1.5×10-4。

[1] 平述煌,曾亞龍,李俊朝,等.影響氯化氫含水量的主要因素及其控制措施[J].氯堿工業,2014,50(8):29-31.