鹽酸脫吸系統在電石法氯乙烯生產中的應用

姜波，尚寶翠，薛云平，黃曉濤，張瑞

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司聚氯乙烯二分廠(以下簡稱陜西北元二分廠)聚氯乙烯樹脂采用電石法生產工藝，年產SG3型PVC樹脂約10萬t。乙炔氣體與氯化氫氣體于轉化器中在觸媒的催化作用下合成氯乙烯。在實際生產過程中，乙炔氣體與氯化氫氣體的摩爾比為1∶(1.05～1.1)，氯化氫氣體微過量，過量的氯化氫通過組合塔吸收產生質量分數≥31%的含汞廢酸。由于生產過程中產生大量的含汞廢鹽酸，受鹽酸銷售市場的局限，含汞廢酸外銷難度大，而廢鹽酸脫吸裝置的穩定運行可有效解決這一難題。通過鹽酸脫吸系統提取出廢鹽酸中的氯化氫，不僅可回收氯化氫，提升氯化氫氣體轉化率，還解決了含汞廢鹽酸銷售難的問題，降低了環境污染。

1 鹽酸脫吸的原理及工藝流程

1.1 原理

鹽酸脫吸裝置就是利用鹽酸易揮發這一特性，濃鹽酸在常壓、高溫的脫吸塔內與經過再沸器加熱的高溫氯化氫與水蒸氣進行連續接觸逆流傳質、傳熱。濃鹽酸靠重力沿填料表面下降，與上升的氣體接觸，從而使上升氣體中的氯化氫含量不斷增加，在塔頂得到飽和的氯化氫氣體，經循環冷卻水一級冷卻，再經-20 ℃冷凍鹽水回水二級冷卻后，進入-20 ℃冷凍鹽水冷卻器深度冷卻。經除霧器除霧后得到質量分數≥99%的氯化氫氣體，而塔底得到質量分數為20%的稀鹽酸，供合成轉化組合塔稀酸循環利用。

1.2 工藝流程

來自鹽酸罐的濃鹽酸經過預熱器進入高溫脫吸塔內，經過再沸器加熱后在塔頂得到含飽和水的氯化氫氣體，在塔底得到質量分數為20%左右的稀鹽酸。塔頂解吸的氯化氫氣體分別經循環水、-20 ℃冷凍鹽水冷卻，脫水后質量分數≥99%的氯化氫氣體進入氯化氫總管；塔底稀鹽酸經過循環水一級稀酸冷卻器和0 ℃鹽水二級稀酸冷卻器冷卻后進入稀鹽酸儲罐，用稀鹽酸泵輸送至組合塔稀酸系統及組合塔塔頂，代替原工業水進入系統。鹽酸脫吸工藝流程見圖1。

圖1 鹽酸脫吸工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of hydrochloric acid desorption

2 鹽酸脫吸裝置的設備選型

2.1 脫吸塔及換熱設備

鹽酸是一種強酸、強腐蝕性介質，鹽酸脫吸是通過蒸汽加熱使鹽酸中溶解的氯化氫氣體析出，整個系統都是在高溫腐蝕性的環境下運行，因此鹽酸脫吸系統對設備的耐腐蝕性、耐高溫性要求非常苛刻。陜西北元二分廠選用的鹽酸脫吸塔及其換熱器的材質是酚醛樹脂浸漬石墨，其特點是耐高溫、導熱、導電性能高，具有特殊的抗震性能、良好的化學穩定性和抗腐蝕能力，可以不受任何強酸、強堿的腐蝕。

2.2 管線材質

鹽酸脫吸系統主要原料是鹽酸，且從脫吸塔出來的氯化氫氣體中含飽和水蒸氣，須經一、二、三級冷卻器冷卻。一級冷卻器用來冷卻脫出氯化氫氣體中的大部分水蒸氣，用循環水冷卻；二級冷卻器是用三級冷卻器出來的冷凍鹽水冷卻，進一步脫出氯化氫氣體中剩余的大部分水蒸氣；三級冷卻器是直接用-20 ℃鹽水冷卻，除去氯化氫氣體中的可冷凝物，得到干燥的氯化氫氣體。因此，為了確保生產系統的穩定性，必須確保管線材質具備較強的耐腐蝕性。為此對所有管線采用襯四氟乙烯材質，避免鹽酸及氯化氫氣體腐蝕管線而導致系統泄漏。

3 鹽酸脫吸系統投用后效果

鹽酸脫吸系統投用前后含汞廢酸產量數據見表1和表2。通過對比，發現鹽酸脫吸系統投用后，氯乙烯合成系統組合塔生產的含汞廢酸經過鹽酸脫吸處理后，產生的廢酸能全部消耗，達到生產系統水平衡，基本上不產生含汞廢酸。

4 鹽酸脫吸系統運行總結

鹽酸脫吸系統自開車后運行平穩，采用DCS遠程控制，脫吸塔的溫度及脫吸出的氯化氫純度、水含量均達到指標要求。傳統電石法氯乙烯生產中，氯化氫的質量分數一般控制在93%～95%，乙炔和氯化氫的摩爾比控制在1∶(1.05～1.1)。為了提高氯乙烯的轉化率以及延長氯化汞催化劑的使用壽命，未反應的氯化氫一般控制到2%～10%。含汞廢酸經過鹽酸脫吸處理后，得到的氯化氫質量分數在99%以上，進入轉化系統后可以提高氯化氫的純度，亦提高了乙炔轉化率，而脫吸后質量分數為20%的廢酸可回用于組合塔，降低工業水的消耗，經濟效益可觀。

表1 鹽酸脫吸系統投用前含汞廢酸產量Table 1 Amount of waste acid containing mercury before commissioning of hydrochloric acid desorption

表2 鹽酸脫吸系統投用后含汞廢酸產量Table 2 Amount of waste acid containing mercury after commissioning of hydrochloric acid desorption

注：負號代表的意義是廢酸庫存量降低值。

例如，生產中如果濃酸脫吸塔進酸質量分數為34%(20 ℃密度為1.169 g/mL)，鹽酸流量為2 m3/h，脫吸出來的氯化氫氣體質量分數為99%，稀鹽酸質量分數為20%(20 ℃密度為1.098 g/mL)，以2 m3/h進酸量計算，能產生氯化氫氣體量為：

(2×1.169×0.34-2×1.098×0.2)×106÷36.5×22.4÷1 000÷0.99=216 (m3)。

5 結語

鹽酸脫吸裝置在電石法PVC生產中作為副產酸的配套設施，可以有效解決含汞廢酸銷售難、污染環境的問題，還能節能減排，廢物回收利用。提高了系統的氯化氫純度，降低了氯化氫含游離氯的比例，平穩了生產，提高了系統的安全性和生產的效率。