鹽酸解析與水堿洗系統(tǒng)的酸、水生產(chǎn)平衡

林濤海，劉勝軍

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，新疆 石河子 832000）

在電石乙炔法生產(chǎn)PVC的工藝過(guò)程中所產(chǎn)生的電石渣以及硫化物、磷化物等問(wèn)題逐漸被解決。在氯乙烯合成過(guò)程中，為增大反應(yīng)速率，以經(jīng)濟(jì)成本最小化計(jì)算，要求氯化氫過(guò)與乙炔的最佳摩爾比為1.02～1.10，這樣，在水堿洗系統(tǒng)中為凈化粗氯乙烯氣體就會(huì)有大量的鹽酸生成。由于副產(chǎn)鹽酸中含有一定的雜質(zhì)，限制了它的使用，不僅價(jià)格低廉，而且銷售困難，制約了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。因此，有些企業(yè)被迫將副產(chǎn)酸用堿中和后排放，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)原料，增加了生產(chǎn)成本。

利用副產(chǎn)鹽酸解析出的氯化氫氣體作為原料氣在前序氯乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)利用,減輕了銷售副產(chǎn)鹽酸的壓力，降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)效益得到提高。目前，國(guó)內(nèi)外比較成熟的鹽酸解析工藝為常規(guī)解析、零解析。

1 合成酸、水循環(huán)系統(tǒng)流程概述

（1）氯乙烯是由氯化氫氣體與乙炔在120～160℃下反應(yīng)制備，過(guò)量的氯化氫氣體在水堿洗系統(tǒng)中利用氯化氫易溶于水的性質(zhì)將其除去，而未反應(yīng)的低沸物乙炔則先通過(guò)精餾的方式分離，再通過(guò)變壓吸附回收，作為原料氣重新送往混合脫水工序。

（2）吸收過(guò)量氯化氫副產(chǎn)的鹽酸被送入常規(guī)解析系統(tǒng)中，氯化氫氣體得以解析、提濃后，以原料氣的方式送往混合脫水工序，解析后生成的一部分稀酸送入水堿洗系統(tǒng)重復(fù)利用，吸收合成系統(tǒng)過(guò)量氯化氫氣體；另一部分送入零解析系統(tǒng)與50%飽和氯化鈣溶液按一定比例混合后送入破解塔。塔頂解析出的氯化氫氣體作為原料氣送往混合脫水工序，生成的廢水則送入水堿洗系統(tǒng)，吸收系統(tǒng)過(guò)量氯化氫氣體。

原料氣氯化氫的流物走向示意圖見(jiàn)圖1。

2 鹽酸常規(guī)解析

鹽酸常規(guī)解析是氯化氫吸收的逆過(guò)程，其目的是溶質(zhì)由液相向氣相傳遞，分離吸收后的溶液，使溶劑再生，并得到回收后的溶質(zhì)[1]?？梢圆捎么朔椒▽⒏哂?0.24%的鹽酸解析制氯化氫[2]。在常規(guī)解析中，將水解析所產(chǎn)生的31%鹽酸用泵送入解析塔，溫度較高的氯化氫和水分的汽液混合物從塔底上升，與塔頂噴淋而下的濃鹽酸進(jìn)行充分的熱交換，使氯化氫從濃鹽酸中解析而脫出。出塔后的氯化氫氣體先用循環(huán)水冷卻到40℃后送入合成系統(tǒng)的氯化氫總管作為原料氣進(jìn)行反應(yīng)。而解析后生成的19%～21%鹽酸部分送入水堿洗組合塔頂部吸收合成系統(tǒng)過(guò)量的氯化氫氣體，生成31%鹽酸，使之循環(huán)使用，部分送入零解析系統(tǒng)，鹽酸常規(guī)解析工藝流程示意圖見(jiàn)圖2。

3 鹽酸零解析

鹽酸零解析的原理及流程是，將常規(guī)解析得到的20.24%的鹽酸在中壓、高溫的破解塔內(nèi)與一定濃度的氯化鈣溶液按比例混合，經(jīng)過(guò)再沸器加熱的高溫氯化氫與水蒸氣及氯化鈣進(jìn)行連續(xù)接觸逆流傳質(zhì)、傳熱，在一定溫度和壓力下打破稀鹽酸恒沸點(diǎn)，鹽酸、氯化鈣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?shù)玫胶柡退穆然瘹錃怏w，經(jīng)過(guò)一段冷卻器冷卻后得到體積分?jǐn)?shù)為99.9%、溫度為40℃的氯化氫氣體；脫析的氯化氫氣體再經(jīng)過(guò)二級(jí)冷卻器，得到體積分?jǐn)?shù)為99.9%、壓力為0.056 MPa的氯化氫氣體，送入合成系統(tǒng)。氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%的廢水送入水堿洗系統(tǒng)吸收組合塔未吸收的氯化氫[3]；鹽酸零解析生產(chǎn)工藝流程示意圖見(jiàn)圖3。

4 關(guān)于鹽酸解析與水堿洗系統(tǒng)生產(chǎn)平衡探討

以40萬(wàn)t/aPVC生產(chǎn)規(guī)模，每年工作時(shí)間330天、24 h連續(xù)生產(chǎn)，氯化氫過(guò)量比0.6（體積分?jǐn)?shù)）、轉(zhuǎn)化率≥98%為計(jì)算依據(jù)，可得在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)所耗氯化氫量為872.86 kmol/h，按實(shí)際1∶1配比則需802.2 kmol/h，故在水堿洗系統(tǒng)內(nèi)需吸收的氯化氫量為64.66 kmol/h，以質(zhì)量計(jì)算則需吸收2.36 t/h。

在合成系統(tǒng)混合脫水工段，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，其產(chǎn)酸量為82.5 kg/h，鹽酸解析集酸罐產(chǎn)算為（濃酸上酸量×0.073）t/h，其質(zhì)量濃度約為百分之四十一。

以水堿洗系統(tǒng)中所產(chǎn)的酸為鹽酸解析的原料，設(shè)定其中的HCl質(zhì)量濃度為31%，解析塔解析出的稀酸質(zhì)量為20%，零解析系統(tǒng)解析出的廢水分?jǐn)?shù)質(zhì)量為0.55%，組合塔補(bǔ)水含HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.65%，且保持水洗塔液位恒定不變 （即廢水補(bǔ)入量與水洗酸補(bǔ)出量相等）為其計(jì)算依據(jù)，分別對(duì)不同質(zhì)量的濃酸上酸量進(jìn)行物料計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1、表2、圖1、圖2可得出以下結(jié)論：

（1）在零解析系統(tǒng)中，在稀酸上酸量一定的情況下，解析出的氯化氫氣體的量恒定，且產(chǎn)出的廢水的量恒定；

（2）在水洗酸流量一定的情況下，稀酸所吸收的氯化氫的量恒定；

（3）在稀酸上酸量為 1.5 t/h時(shí)，當(dāng)濃酸量為21 t/h時(shí)，產(chǎn)酸量（生成稀酸量+廢水量+鹽酸解析集酸罐產(chǎn)酸+混合脫水產(chǎn)酸=18.15+1.21+1.55+0.082 5=21（t）），等于濃酸上酸量。稀酸和廢水吸收HCl量（1.997+0.364=2.361（t））大于水堿洗系統(tǒng)所需吸收HCl量（2.36 t），此時(shí)，鹽酸解析與水堿洗系統(tǒng)達(dá)到酸、水平衡，當(dāng)濃酸量高于21 t/h時(shí)，則出現(xiàn)副產(chǎn)酸；

（4）在稀酸上酸量為1.0 t/h時(shí)，當(dāng)濃酸量為17～23 t/h時(shí)，雖然滿足副產(chǎn)酸，但是稀酸和廢水吸收HCl量少，水堿洗系統(tǒng)所需吸收 HCl量（2.36 t）,只有濃酸量≥23 t/h時(shí)，才能滿足水堿洗HCl吸收量和負(fù)產(chǎn)酸量。

稀酸和廢水吸收HCl量（2.18+0.24=2.42t）大于水堿洗系統(tǒng)所需吸收HCl量（2.36 t），此時(shí)，鹽酸解析與水堿洗系統(tǒng)才能真正達(dá)到酸、水平衡。

表1 稀酸上酸量為1.5 t/h(生成廢水1.21 t/h)下各平衡數(shù)據(jù)表 t/h

表2 稀酸上酸量為1.0 t/h(生成廢水0.8 t/h)下各平衡數(shù)據(jù)表 t/h

5 鹽酸全回收經(jīng)濟(jì)分析及環(huán)境評(píng)價(jià)

當(dāng)稀酸上酸量為1.5 t/h時(shí)，零解析出氯化氫氣體0.364 t，31%鹽酸以21 t/h上酸時(shí)，在常規(guī)解析系統(tǒng)中生成20%鹽酸，可解析出氯化氫氣體2.31 t。以HCl氣體價(jià)格為540元/t計(jì)算，每年可節(jié)約成本近一千多萬(wàn)元。稀酸和廢水在經(jīng)堿洗系統(tǒng)吸收HCl氣體后，可產(chǎn)生濃酸21 t，既達(dá)到生產(chǎn)系統(tǒng)的酸、水平衡，解決了副產(chǎn)鹽酸銷售困難的問(wèn)題，減少了水資源的消耗，降低了生產(chǎn)成本，還減少了對(duì)環(huán)境的污染，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)造力。

［1］沈立平，王慧青.副產(chǎn)鹽酸解吸制氯化氫技術(shù)及應(yīng)用.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2007，（14）：2.

［2］楊秀玲，苗乃芬.PVC副產(chǎn)鹽酸脫吸新工藝.聚氯乙烯，2009，（9）：37.

［3］宋曉玲，安志明，張 強(qiáng).鹽酸零解析研究及工業(yè)化.中國(guó)氯堿，2008，（6）：40－42.