鹽酸脫吸運行總結(jié)

盧建國，朱 琳

（內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯014300）

內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司聚氯乙烯生產(chǎn)能力為50 萬t/a，轉(zhuǎn)化工序降膜吸收器和水洗塔副產(chǎn)的32%的飽和鹽酸，經(jīng)鹽酸脫吸工序常規(guī)脫吸后，產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)由轉(zhuǎn)化器回收利用合成氯乙烯。產(chǎn)生的稀酸經(jīng)降膜吸收器吸收成32%的飽和鹽酸送到鹽酸脫吸工序循環(huán)利用，多余的鹽酸作為商品酸出售。鹽酸脫吸工序和氯堿系統(tǒng)配套設(shè)計，設(shè)計為雙線，于2015 年4 月正式投產(chǎn)，經(jīng)過近幾個月的運行，目前生產(chǎn)平穩(wěn)，達到了預(yù)期目的。

1 鹽酸脫吸工藝介紹

在電石法聚氯乙烯生產(chǎn)過程中，需用氯乙烯為原料進行聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯，氯乙烯由乙炔和氯化氫在轉(zhuǎn)化器中通過合成反應(yīng)制備。氯化氫通過2 種方式制備，一種是通過氫氣和氯氣在氯化氫石墨合成爐中制備；另一種是通過鹽酸脫吸制備。該公司氯化氫主要通過前一種方式直送，鹽酸脫吸做輔助。

1.1 鹽酸脫吸原理

脫吸是吸收的逆過程，屬于物理變化過程，是利用氯化氫在水中的溶解度隨溫度的升高而降低的原理進行，來自再沸器的鹽酸氣液混合物在解吸塔中與塔頂噴淋下來的濃鹽酸逆流接觸，進行傳質(zhì)傳熱，因液相中氯化氫分壓大于氣相中氯化氫分壓，利用水蒸氣的汽化潛熱使?jié)恹}酸中氯化氫脫吸出來，得到純度較高的氯化氫氣體。

1.2 鹽酸脫吸工藝流程

濃鹽酸（31%）自VCM 裝置副產(chǎn)鹽酸泵來，鹽酸首先經(jīng)濃酸預(yù)熱器預(yù)熱到60～70 ℃，打至石墨制填料解吸塔，從塔頂經(jīng)分布器噴淋而下，在塔中和來自再沸器的稀鹽酸氣液混合物相遇，進行傳熱和傳質(zhì)，解吸出HCl 氣體。含水蒸氣的HCl 氣體從塔頂出來經(jīng)石墨制氯化氫一級冷凝器，用循環(huán)水將HCl 氣體冷卻，然后再經(jīng)石墨制氯化氫二級冷凝器用低溫水（0 ℃）冷凍脫水后進入汽水分離器進一步將氯化氫氣體中的水分離出來。 分離后的干燥的HCl 氣體送至混合脫水工序， 分離出的濃酸進入氣水分離器， 用濃鹽酸泵打至解吸塔頂做為回流液與塔底上升的蒸汽進行傳熱和傳質(zhì)。 由塔底得到的稀酸，一部分流入再沸器以產(chǎn)生稀酸混合物，另一部分進入石墨制鹽酸預(yù)熱器給進塔的濃鹽酸預(yù)熱，再經(jīng)石墨稀酸冷卻器冷卻至常溫后回到稀酸儲槽。20%左右的稀酸作為吸收劑再次進入氯乙烯酸吸收系統(tǒng)增濃制成31%濃鹽酸，供循環(huán)使用，流程見圖1。

圖1 鹽酸脫吸工藝流程示意圖

1.3 鹽酸脫吸工藝指標控制情況

1.3.1 再沸器頂部溫度

110～120 ℃，壓力一定的情況下，當鹽酸的濃度不隨溫度變化的時候稱為恒沸酸，把再沸器溫度控制在110～120 ℃也是基于恒沸酸考慮的。在壓力小于67 kPa 時， 恒沸酸的濃度在20%（質(zhì)量分數(shù)）左右，避免太多水分帶出，進而增大冷卻的熱負荷，同時，綜合考慮石墨再沸器材質(zhì)的耐壓和耐溫程度，溫度控制在110～120 ℃，蒸汽壓力控制在200～300 kPa，保證再沸器的使用壽命。

1.3.2 解吸塔出口壓力

控制在70 kPa 左右，壓力增大塔頂溫度上升，導(dǎo)致冷凝酸量增大，增加系統(tǒng)熱負荷；壓力過大加大再沸器出口溫度，增加解吸濃鹽酸所需熱量，并加大蒸汽壓力增大設(shè)備負荷。

1.3.3 解吸塔塔頂溫度

解吸塔塔頂溫度控制在89～92 ℃，圖2 是塔頂溫度和冷凝酸量的關(guān)系圖。

從圖2 中可以看出，氣體出口溫度越高，冷凝酸量越大，降低了氯化氫的產(chǎn)量，雖然冷凝酸可以被重新解吸，但增大了熱負荷；相反，溫度過低，由于解吸時所需的熱量得不到充分的供給，致使解吸不完全。當塔頂溫度降低時，增大塔頂濃酸的加入量或降低再沸器的出口溫度，都會導(dǎo)致稀酸濃度大幅度上升，解吸效果明顯降低。當解吸塔出口氣體溫度在89～92 ℃時，再沸器出口溫度在110～120 ℃，塔底循環(huán)酸濃度接近于該壓力下恒沸酸濃度（質(zhì)量分數(shù)為19.5%～20.5%），冷凝酸量不多，脫吸效率最高可達到98%以上。

圖2 塔頂溫度和冷凝酸量的關(guān)系圖

1.3.4 稀酸濃度

控制在19%～22%，在此操作條件下，只有嚴格保持稀酸濃度，才能使解吸效率最高。

2 鹽酸脫吸運行情況及效益分析

2.1 鹽酸脫吸運行情況

（1）運行數(shù)據(jù)。

該裝置自2015 年4 月運行以來，各工藝指標控制在正常范圍內(nèi)，單線氯化氫產(chǎn)量6月達到912 t，濃酸處理能力6 月達到2 849 t，稀酸的質(zhì)量分數(shù)控制在19%～22%，達到了設(shè)計要求，具體數(shù)據(jù)見表1。

（2）開車后主要存在的問題。

由于高溫條件下鹽酸腐蝕性極強，玻璃鋼設(shè)備及管件經(jīng)常泄漏，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行；圓塊孔石墨換熱設(shè)備墊片在高溫條件下易老化，滲漏頻繁。

表1 2015年4-6月鹽酸脫吸裝置運行數(shù)據(jù)（雙線） t

2.2 鹽酸脫吸效益分析

鹽酸脫吸開車后，通過近幾個月的運行可以明顯看出：

（1）脫吸氯化氫純度高，可達到99.9%以上。雜質(zhì)含量低，提高了反應(yīng)物濃度，合成反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高，增加了收率，降低了成本；

（2）脫吸氯化氫不含游離氯，避免了游離氯遇到乙炔發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，引起混合器溫度升高，甚至爆炸的風(fēng)險；

（3）增加氯化氫通量或高純鹽酸產(chǎn)量；

（4）降低工業(yè)水消耗量。工業(yè)水由原來脫吸未開車時3 t/h 降低到0.8 t/h；

（5）副產(chǎn)酸量減少。外售副產(chǎn)酸由脫吸未開車時每月5 398 t 降低到2 100 t。

3 鹽酸脫吸裝置存在的問題

由于該公司脫吸裝置只是為回收副產(chǎn)酸設(shè)計的，氯乙烯裝置所需氯化氫大部分需燒堿合成爐直送，因此無法徹底解決氯化氫純度低，游離氯等實際問題。副產(chǎn)酸中含有有機物雜質(zhì)，這部分雜質(zhì)不宜脫吸，往往會吸附在石墨管壁上，使傳熱傳質(zhì)效果大為下降。

常規(guī)脫吸雖然綜合能耗較低，但由于共沸現(xiàn)象的存在， 尚有20%左右的稀酸還沒有徹底脫吸利用，導(dǎo)致氯化氫的利用率較低，這是常規(guī)脫吸工藝無法解決的難題，需采用深度脫吸工藝才能實現(xiàn)。鹽酸深度脫吸在質(zhì)量分數(shù)20%左右的鹽酸中加入40%CaCl2溶液，打破三元共沸點，使HCl 從中游離出來，可使鹽酸質(zhì)量分數(shù)從20%降至1%以下。

常規(guī)脫吸由于還有一部分稀酸產(chǎn)生，副產(chǎn)酸中的汞含量得到濃縮，汞含量增加到一定程度，需定期稀釋，所以沒有徹底解決汞污染問題。深度脫吸氯化氫基本得到全部利用，稀鹽酸質(zhì)量分數(shù)0.7%返回到吸收系統(tǒng)循環(huán)利用，這樣可以有效解決含汞鹽酸銷售難、污染環(huán)境等問題。

4 結(jié)論

常規(guī)脫吸工藝從技術(shù)角度看是成熟的，雖然部分方面無法和深度脫吸相提并論，但在緩解副產(chǎn)鹽酸銷售壓力、調(diào)節(jié)氯化氫通量、調(diào)節(jié)高純酸產(chǎn)量等方面的作用顯著。

［1］鄭石子.聚氯乙烯生產(chǎn)過程及操作［J］.北京科學(xué)技術(shù)出版社，1993，（1）：38.