副產(chǎn)蒸汽鹽酸生產(chǎn)裝置運行情況及效益分析

李漢榮

(江西世龍實業(yè)股份有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333332)

鹽酸是化學(xué)工業(yè)重要原料之一，工業(yè)上制取鹽酸的主要方法是:氯氣和氫氣在合成爐中進行反應(yīng)制得的氯化氫氣體經(jīng)冷卻后用水吸收制得鹽酸。近年來工業(yè)上還發(fā)展了由生產(chǎn)含氯有機物的氯化氫制鹽酸。江西世龍實業(yè)股份有限公司(以下簡稱“江西世龍”)原鹽酸工段有3臺60 t/d三合一石墨合成爐，但因水質(zhì)不好，結(jié)垢嚴(yán)重，設(shè)備損壞率高，維護困難和維修成本高，不能滿足生產(chǎn)所需；且氯化氫合成產(chǎn)生的熱靠循環(huán)水移出，循環(huán)水用量大，運行費用高。因此，2017年以前，江西世龍ADC縮合生產(chǎn)須外購31%鹽酸約400 t/d以上。因外購鹽酸來源較為復(fù)雜,加上需要量大,很難做到100%合格，使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備內(nèi)盤管腐蝕嚴(yán)重等問題。

為解決上述問題，并有效利用氯氣和氫氣資源，江西世龍新增2套副產(chǎn)蒸汽二合一氯化氫石墨合成爐及吸收系統(tǒng)。單臺合成爐最大能力90 t/d(100%HCl)，滿足20%～110%操作彈性。裝置投產(chǎn)后，ADC用鹽酸質(zhì)量得到了保障，盤管腐蝕得到了改善，節(jié)能效果明顯。

1 鹽酸生產(chǎn)裝置工藝情況

1.1 設(shè)備

本系統(tǒng)主要設(shè)備包括副產(chǎn)蒸汽石墨氯化氫合成爐、汽包(蒸汽發(fā)生罐)、爐水排污罐、預(yù)熱器、吸收裝置等。

1.2 工藝流程

1.2.1 氯化氫合成

來自氫氣處理工序的氫氣經(jīng)氫氣穩(wěn)壓閥、緩沖罐、孔板流量計計量自動閥控制后，與來自氯氣處理工序的經(jīng)氯氣穩(wěn)壓閥、緩沖罐、孔板流量計計量自動閥控制的氯氣以1.1∶1的摩爾比進入氯化氫合成爐，在燈頭燃燒生成的氯化氫氣體從石墨合成爐頂部經(jīng)冷卻器冷卻后,送吸收系統(tǒng)生產(chǎn)高純鹽酸，成品酸從吸收塔底部進入鹽酸儲槽。

1.2.2 副產(chǎn)蒸汽

軟水經(jīng)過高壓給水泵加壓進入合成爐高溫段，吸收氯化氫氣體的反應(yīng)熱后產(chǎn)生過熱水，通過管道(汽包與蒸汽發(fā)生段有一定的液位差)進入汽包，部分水汽化成蒸汽產(chǎn)出，大部分熱水自循環(huán)回流。副產(chǎn)蒸汽進入氨回收車間。

1.2.3 循環(huán)軟水

給水槽中軟水通過循環(huán)軟水泵加壓，經(jīng)循環(huán)軟水冷卻器冷卻后(出冷卻器溫度控制在55 ℃以下)進入合成爐下部、合成段上段的夾套換熱后，再回流至給水槽(出爐溫度控制在93 ℃以下)。給水溫度高，具有除氧作用。

1.2.4 制酸

由一級降膜吸收器、二級降膜吸收器和尾氣處理塔組成的制酸系統(tǒng)。吸收水主要來自以下3個方面：①原水經(jīng)過砂濾、沉淀，并進行澄清分離后的清水(可用于冷卻或涼水塔等，濁度在4 NTU以下)，其吸收后生產(chǎn)的鹽酸用于普通用酸；②純水，吸收后生產(chǎn)的高純鹽酸用于離子膜電解工序；③來自制肼工序的冷凝水或ADC生產(chǎn)工序的稀酸，吸收后制得的濃鹽酸再回用到ADC生產(chǎn)工序。尾氣處理塔為特殊的復(fù)合塔，經(jīng)該塔處理后的尾氣達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，可以直接排空，節(jié)省了采用水力噴射泵所消耗的動力。

2 試車過程中出現(xiàn)的問題及運行注意事項

2.1 問題

2017年8月,合成爐裝置安裝完成，調(diào)試期間主要出現(xiàn)了以下問題。

(1)合成爐給水pH值偏低。

合成爐給水采用離子膜電解系統(tǒng)去離子水，其pH值在6.5左右。合成爐給水必須滿足pH值為7.0～9.0、且電導(dǎo)率≤30 μS/cm的要求，因此該去離子水不符合合成爐給水要求。堿性太高會影響合成爐內(nèi)的樹脂，且易結(jié)垢；酸性高會影響鋼制設(shè)備壽命。經(jīng)過摸索，采用弱堿性介質(zhì)(如磷酸鈉)配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%的溶液，加入純水槽調(diào)節(jié)給水pH值；合成爐中軟化水要定期排污。

(2)停爐后漏水。

停爐后，合成爐中出現(xiàn)冷凝酸約50 kg/d。經(jīng)查找原因，為合成爐觀察孔處滲漏所致。因開停爐熱脹冷縮，夾套軟化水透過觀察孔密封墊滲進合成爐內(nèi)；多次旋緊螺栓，效果不明顯。經(jīng)過與制造廠家溝通，更換了耐壓聚四氟乙烯墊，故障排除。

(3)一級吸收塔鹽酸溫度偏高。

一級吸收塔鹽酸溫度高,1#爐達(dá)到79 ℃，2#爐達(dá)到69 ℃(成品酸溫度設(shè)計要求在50 ℃以下)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。經(jīng)分析，因循環(huán)水冷卻采用總管制，一級吸收塔冷卻水出口至涼水塔進口位差不到3 m，而三級吸收塔冷卻水出口位差近20 m，致一級吸收塔冷卻水出水不暢，產(chǎn)生的熱難以帶出。增加了一級吸收塔進水壓力，保證其進出水溫差在5 ℃后，鹽酸溫度為48 ℃，恢復(fù)正常運行。

項目組經(jīng)過幾個月的努力，以上問題得到了解決。隨著員工技術(shù)熟練，鹽酸生產(chǎn)裝置運行穩(wěn)定。

2.2 運行注意事項

(1)調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷時，須小幅度提高吸收水、氫氣、氯氣流量，先提高氫氣流量，再提高氯氣流量；始終保持氫氣過量，火焰應(yīng)保持穩(wěn)定的灰白色，不得變?yōu)辄S色或紅色。

(2)點火成功后，爐內(nèi)液位不斷升高，嚴(yán)格控制閃發(fā)罐液位在40%～60%。有蒸汽產(chǎn)出后，逐步設(shè)定蒸汽自動排空閥排空壓力，每次設(shè)定提高0.1 MPa, 每次時間15 min以上, 嚴(yán)禁快速升壓提量，達(dá)到并汽壓力后才允許并入氨回收車間蒸汽系統(tǒng)。

(3)氯化氫出口溫度、尾氣排放溫度要保持在45 ℃以下。

3 本裝置的優(yōu)勢

(1)ADC生產(chǎn)中部分稀鹽酸提濃。

自產(chǎn)鹽酸質(zhì)量穩(wěn)定，可避免由鹽酸問題引起的ADC發(fā)泡劑產(chǎn)品質(zhì)量差、設(shè)備故障等問題，具體做法有以下幾種。①用來自ADC縮合工序及過濾器等尾氣經(jīng)吸收塔吸收后產(chǎn)生的1%～2%的酸性水來吸收氯化氫提濃稀鹽酸，達(dá)31%時用于ADC生產(chǎn)工序。②鹽酸罐區(qū)10臺鹽酸槽尾氣真空系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水來吸收氯化氫制得鹽酸。③ADC生產(chǎn)裝置離心洗滌稀酸水為回收工作的難點，采用的主要辦法是三效除鹽后，氣相吸收生成的酸性水(氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3×10-4以下)回收提濃，用于ADC生產(chǎn)。上述方法處理成本高，膜過濾技術(shù)在試驗中。

(2)可減少約80 t/d酸性廢水的排放。

據(jù)測算每天可減少1%～2%酸性廢水約80 m3，減少了ADC縮合、其他洗滌酸性水排放，提高了稀鹽酸回收率。

(3)改進高氨氮廢水的成分結(jié)構(gòu)，有利于縮合聯(lián)二脲母液高氨氮廢水處理，環(huán)保壓力明顯下降。

(4)余熱蒸汽全部用于氨回收，ADC產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提高，離子膜用鹽酸成本下降。

4 本合成裝置的經(jīng)濟效益分析

4.1 采用氯化氫吸收制鹽酸成本

液氯出廠價：260元/ t(2015—2019年平均出廠價)。氯氣液化成本：180元/ t。氫氣有較大富余。

生產(chǎn)1 t氯化氫消耗氯氣972 kg、氫氣 30 kg，副產(chǎn)蒸汽0.7 t。蒸汽價格115元/t，水電人工等其他消耗成本約24元/ t。

公司內(nèi)氯氣價格:

P1=260-180=80(元/t)。

氯化氫成本:

P2=P1×0.972+24=80×0.972+24=

101.76(元/t)。

吸收用水按2元/t計算，31%鹽酸成本:

C1=P2×0.31+2=

101.76×0.31+2=33.5(元/t)。

合成1 t氯化氫副產(chǎn)蒸汽收益:

C2=0.7×115=80.5(元)。

折合成1 t 31%鹽酸副產(chǎn)蒸汽收益:

C3=C2×0.31=80.5×0.31=25.0(元)。

4.2 外購酸與合成酸成本對比

外購31%鹽酸平均價格為42元/t。

自產(chǎn)31%鹽酸節(jié)省費用:

C4=外購酸-合成酸成本= 42-C1=

42-33.5=8.5 (元/t)。

4.3 每年節(jié)約成本分析

以31%鹽酸400 t/d(其中80 t/d稀鹽酸提濃，節(jié)約稀鹽酸環(huán)保處理費約11元/ t ) ，每年以8 000 h計算，則節(jié)省費用：

C5=(C4+C3)×8 000×400÷24=33.5×8 000×400÷24=446.7萬(元/a)。

節(jié)省稀酸處理費:

C6=8 000×11×80÷24=29.3萬(元/a)。

因此，每年節(jié)約成本大約:

C7=C5+C6=446.7+29.3=476.0(萬元/a)。

5 結(jié)語

(1)鹽酸裝置從2017年運行至今，鹽酸質(zhì)量穩(wěn)定可靠。單套裝置31%鹽酸產(chǎn)能為290 t/d，可在30%～110%負(fù)荷范圍內(nèi)正常運行；氯化氫純度(體積分?jǐn)?shù))≥95%；滿負(fù)荷生產(chǎn)時單套副產(chǎn)0.6～0.8 MPa蒸汽≥3.5 t/h；排空尾氣達(dá)到GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，尾氣中氯化氫質(zhì)量濃度≤100 mg/m3。

(2)鹽酸裝置投入運行后，大大減少了氯氣的庫存，減少氯氣漲庫風(fēng)險，平衡了氯堿生產(chǎn),為公司穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了強有力的保障。

(3)吸收水為清水、制肼冷凝水或回收稀酸水，沒有其他雜質(zhì)，產(chǎn)出31%鹽酸品質(zhì)穩(wěn)定， ADC縮合盤管損壞率很低， ADC產(chǎn)量、質(zhì)量明顯提高。

(4)用副產(chǎn)蒸汽合成爐產(chǎn)氯化氫工藝，稀鹽酸提濃或用冷凝水吸收，鹽酸質(zhì)量穩(wěn)定，稀酸廢水總量減少。

(5)充分采取節(jié)能減排措施，做到合理利用能源，提高企業(yè)竟?fàn)幜?。通過幾年的實踐，實現(xiàn)ADC生產(chǎn)工序稀鹽酸廢水綜合利用和無害化治理，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，取得環(huán)保治理與經(jīng)濟收益并舉的綜合效果。