節能、環保型全石墨四合一鹽酸合成爐的開發與應用

張進堯，陳鈞，夏斌，孫建軍

（南通星球石墨設備有限公司，江蘇南通226541）

節能、環保型全石墨四合一鹽酸合成爐的開發與應用

張進堯，陳鈞，夏斌，孫建軍

（南通星球石墨設備有限公司，江蘇南通226541）

介紹了全石墨四合一鹽酸合成爐的特點、開發及應用情況。

四合一鹽酸合成爐；專利產品；全自動；副產蒸汽

1 新型副產蒸汽全石墨四合一鹽酸合成爐是多項新技術的結合體

1.1 四合一爐[1]

新型副產蒸汽全石墨四合一鹽酸合成爐工藝簡圖見圖1。

工作原理：合成+冷卻+吸收+尾氣洗滌。

氫氣、氯氣在自動閥調節閥控制下按一定的流量配比進入合成爐下部燃燒室，在合成段中合成氯化氫氣體；高溫氯化氫氣體上升，進入冷卻段，大部分燃燒熱在合成段及冷卻段通過內爐筒及石墨換熱塊傳遞給冷卻換熱純水或循環水，進而將反應熱轉換為冷卻水的熱焓；提高了冷卻水的溫度，輸出爐外后可直接作熱水利用，或者閃發出飽和水蒸汽利用；降溫后的氯化氫氣體繼續上升，進入冷卻吸收段，在冷卻吸收段上升的同時，被自上而下流動的吸收液吸收，吸收液酸濃度被提高；被提高了濃度的吸收液向下流動并由濃鹽酸出口輸出；另一部分氣體繼續上升，進入尾氣處理段，經過吸收液的第二次吸收，經吸收氯化氫的吸收液繼續向下流，進入冷卻吸收段，從濃鹽酸出口輸出，二次吸收后的尾氣進入尾氣洗滌段，經清水多次洗滌后從爐頂的尾氣出口排出。

1.2 合成爐專用石英燈頭[2]

采用合成爐配套的專用燈頭，氯氣、氫氣能充分燃燒反應，有效降低火焰長度、火焰中心溫度，降低了高純鹽酸中游離氯的含量，游離氯全達到了低于國家現行標準20×10-6的要求。

圖1 四合一鹽酸合成爐工藝簡圖

1.3 四合一石墨合成爐石墨塊間臺階密封結構[3]

爐內第一石墨塊及與第一石墨塊相鄰的第二石墨塊、第一石墨塊及第二石墨塊的連接面處分別設有相互配合的N（N≥1）級臺階面，第一石墨塊及第二石墨塊通過臺階面相互配合。其結構簡單，密封效果好，有效防止液體乃至氣體的泄漏。

1.4 合成爐尾氣處理段泡罩結構

爐頂氣體通道采用泡罩結構，最大化的增加了氣相的通道面積，使氣體與吸收液充分接觸，提高了吸收率，大大降低了排放尾氣中氯化氫濃度。

1.5 四合一石墨鹽酸合成爐泡罩段下倒角結構[4]

爐頂泡罩段采用下倒角結構，包括套筒狀泡罩段石墨外套，石墨外套下端外側設有倒角，在保證泡罩段石墨外套強度的基礎上較小石墨外套的壁厚，增加了物料通徑，同時使法蘭連接牢固。

1.6 石墨筒體碳纖維增強結構

合成段石墨筒體外采用碳纖維增強，因碳纖維熱膨脹系數與石墨類似，其強度高、耐腐蝕，與石墨筒體緊密結合，增強效果好，大大提高了副產蒸汽壓力。

1.7 高效視鏡清洗裝置

鹽酸合成爐在使用過程中，由于燃燒過程中的放熱反應及蒸汽冷凝，從而導致合成爐視鏡在使用過程中出現模糊的現象，影響火焰檢測的精度及人工觀火的準確度。為了不影響使用，需要定期停車拆卸視鏡口進行人工清洗，不僅增加了人員工作強度，同時經常開停車也影響設備的使用壽命。南通星球石墨設備有限開發出的視鏡清洗視裝置可在合成爐正常生產的過程中，對視鏡進行清洗，極大方便了操作人員的使用。

1.8 合成爐配套的自動點火系統

點火啟動為完全獨立的單元系統，一鍵式啟動，包括西門子PLC控制系統、低壓高能點火裝置、氫氣控制裝置、空氣控制裝置及保護裝置，當點火成功后PLC發訊給DCS，由DCS自動控制氫氣、氯氣量的不斷加大，點燃大火。點火未成功時，同樣發訊給DCS，由DCS再次作開車前的準備。

點火系統為耐腐蝕、耐高溫特殊材料設計，具有相對高的使用壽命。采用火焰溫度、紫外、等離子等傳導特有的3項復合技術手段來保證檢測小火的有效性，給安全點燃大火提供了強有力的保證。

2 四合一爐結構

新型四合一爐結構緊湊，不需外置吸收系統，國內氯堿企業現有的鹽酸老框架基本均能適合就地更新合成裝置，不需增加框架基礎投資，是高純鹽酸合成裝置更新換代的理想選擇。

新型四合一爐自帶吸收尾氣多層清水洗滌結構，排放尾氣氯化氫含量為15 mg/m3左右，可以滿足現行標準小于20 mg/m3的要求。

全石墨夾套換熱熱效率高，能充分利用氯化氫合成熱，副產0.3～0.8 MPaG的蒸汽；一般每生產1 t 31%鹽酸，能副產0.21～0.25 t蒸汽。副產效益高，基本1年內就可收回投資成本。

3 安全運行的保障措施

該公司根據多年工程經驗及使用單位的實際生產，總結、完善、編制了鹽酸合成裝置的自動控制系統。

副產蒸汽四合一鹽酸合成爐裝置控制系統實現DCS集中控制，現場無人值守。主要的控制分為原料氣自動穩壓系統、自動點火系統、自控聯鎖保護系統、氫氣和氯氣自動配比、流量跟蹤調節系統、蒸汽閃發罐液位及壓力自動控制系統、酸濃度自動控制系統等，控制方式簡便、安全可靠。

4 運行案例

副產蒸汽全石墨四合一鹽酸合成爐自2013年推出市場以來，副產蒸汽壓力適中，產汽量大，運行安全可靠。副產蒸汽可以并入用戶低壓蒸汽管網，廣泛應用于制冷、鹽酸解析、堿濃縮、伴熱、物料加熱等工藝用汽。目前，在運行的用戶有山東莘縣華翔、重慶映天輝、甘肅北方三泰、四川攀枝花欣宇化工等廠家，并已打入到國際市場，包括印尼紙業、烏茲別克斯坦化肥廠、俄羅斯、伊朗、越南等。

5 控制方案

節能、環保型全石墨四合一鹽酸合成爐裝置控制系統實現DCS集中控制，現場無人值守。主要控制系統包括原料氣自動穩壓系統、自動點火系統、自控聯鎖保護系統、氫氣、氯氣自動配比、流量跟蹤調節系統、蒸汽閃發灌液位及壓力自動控制系統、酸濃度自動控制系統等。

［1］朱小峰，劉仍禮，繆世陽．一種四合一石墨鹽酸合成爐．ZL 2013 1 0588128．X 2015－06－17．

［2］張進堯，張藝，夏斌，等.一種氯化氫合成爐石英燈頭．ZL2014 2 0812995．7 2015－05－13．

［3］馮亮，朱小峰，陸俊．四合一石墨合成爐石墨塊間臺階密封結構．ZL2013 1 0588109．7 2015－09－16．

［4］何志峰，朱小峰，劉仍禮．四合一石墨鹽酸合成爐泡罩段下倒角結構，ZL 2013 1 0587736．9 2015－06－17．

2032年中國將關停所有原生汞礦開采

近日從環境保護部了解到，《關于汞的水俁公約》將于2017年8月生效。根據公約要求，從2021年起，熒光燈、含汞電池將不再允許使用。到2032年，要關停所有原生汞礦的開采。

汞俗稱水銀，是常溫下唯一呈液態的金屬，大量應用于各種產品和工藝中。汞及其化合物的產生、使用和排放會造成環境污染，嚴重時引起人類和哺乳類動物神經、免疫、生殖系統的機能紊亂，尤其對胎兒和孕婦有較大影響。

2009年2月，聯合國環境規劃署決定達成一份在全球具有法律約束力的文書——《關于汞的水俁公約》，中國是最早的簽署國之一。2016年，全國人大正式審議批準加入《水俁公約》。

根據公約要求，中國將在2020年淘汰公約要求的含汞電池、熒光燈產品的生產和使用；VCM（氯乙烯）生產行業實現單位產品使用量在2010年基礎上降低50%；2032年關停所有原生汞礦的開采；針對燃煤電場的排放源，到2020年完成排放編制，明確重點管控來源，確定減排目標和措施。

環境保護部環境保護對外合作中心副主任余立風介紹，為了履行公約，環保部已環保部會同相關部門修訂了多項涉汞排放標準，評估了目前十個主要的涉汞行業的狀況，啟動了戰略行動計劃編制工作。下一步將以控源、減量、發展替代技術共同推進用汞行業的減量化，有計劃、有步驟的開展含汞廢物以及污染場地的管理工作。

中國是汞的生產和使用大國。據悉，在正式履約之前，中國已經對部分行業開展了管控，把汞列入了五種優先管控的重金屬之一。在履行公約的每一個環節中，都有一個配套實施方案，有一套中央相關部委到地方共同參與的協調機制。相關的履約規范被納入到國內環境管理體系。

余立風認為，履約對中國這樣的發展中國家來說是一個雙贏的過程，履約的同時倒逼了淘汰落后產能，提升相關行業的技術水平。

Development and application of energy saving and environmental protection type full graphite four in one hydrochloric acid synthesis furnace

ZHANG Jin-yao，CHEN Jun，XIA Bin，SUN Jian-jun
（Nantong Xingqiu Graphite Equipment Co.,Ltd.,Nantong 226541，China）

Characterstic and development application of four in one hydrochloric acid synthesis furnace are introduced.

four in one hydrochloric acidsynthesis；patented technology；fully automatic；by-product steam

TQ124.2

B

1009－1785(2017)07-0026-03

2017-04-20