高寒地區(qū)氫氣處理及HCl合成工藝優(yōu)化的探討

周 揚(yáng)，徐欣宇，劉志明，胡海龍

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，816000）

高寒地區(qū)氫氣處理及HCl合成工藝優(yōu)化的探討

周 揚(yáng)，徐欣宇，劉志明，胡海龍

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，816000）

通過(guò)對(duì)高寒地區(qū)12萬(wàn)t/a KOH BM2.7型離子膜電解裝置的氫氣處理工序及HCl合成工序的改造，提高裝置整體安全性能和氯氣利用率，產(chǎn)品質(zhì)量得到了極大改善。

氫氣；鹽酸；工藝；改造；理論控制

青海鹽湖化工公司地處柴達(dá)木盆地腹地，平均海拔2 670 m，該公司為目前世界海拔最高的化工廠，年平均氣溫5.2℃，最低氣溫-29.7℃，最高氣溫有35.5℃，早晚溫差大，對(duì)化工生產(chǎn)有很大的影響，很多在中國(guó)內(nèi)陸比較成熟的工藝應(yīng)用到這里都有一些新問(wèn)題出現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件在逐步試車過(guò)程中進(jìn)行了綜合改造，裝置投入運(yùn)行后情況較為理想。通過(guò)進(jìn)一步完善新工藝，彌補(bǔ)了其在運(yùn)行過(guò)程中暴露出的不足。

1 氫處理工藝

1.1 原氫氣處理工藝情況

原氫氣處理工藝流程為：來(lái)自電解槽的氫氣經(jīng)洗滌后，通過(guò)兩端冷卻、水霧捕沫器除去大部分水后經(jīng)氫氣分配臺(tái)送HCl合成裝置，見(jiàn)圖1。

1.2 原工藝存在的缺點(diǎn)

（1）氫氣二段冷卻后的原設(shè)計(jì)溫度為12～15℃，含水7.48%（wt），這在中國(guó)內(nèi)地是比較適宜的控制指標(biāo)，但在溫度差異較大的高原地區(qū)，由于冬季最低溫度達(dá)到-29.7℃，氫氣中水氣容易結(jié)冰，導(dǎo)致采用阿牛巴孔板流量計(jì)處易結(jié)冰導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)，導(dǎo)致進(jìn)氯化氫合成爐H2流量失真，在自動(dòng)配比調(diào)節(jié)過(guò)程中，如果氫氣實(shí)際值小于測(cè)量值，會(huì)導(dǎo)致Cl2過(guò)量，游離氯超標(biāo)。游離氯超標(biāo)的危害有2點(diǎn)：a.在乙炔法PVC生產(chǎn)中，一般要求HCl含游離氯化學(xué)法未檢出，一旦HCl含游離氯，氯氣與乙炔反應(yīng)生成氯乙炔，氯乙炔迅速發(fā)生加成反應(yīng)生成1，2-二氯乙烷，并聚合，放出大量的熱，帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患；b.在合成氯化氫生產(chǎn)鹽酸過(guò)程中，為了使生產(chǎn)的HCl不含游離氯，要求H2過(guò)量（H2∶Cl2=1∶1.05～1∶1.1，體積比），如果H2流量突然失真，H2流量實(shí)際值小于測(cè)量值，因前段過(guò)程H2過(guò)量，而H2流量突然失真過(guò)程Cl2過(guò)量，導(dǎo)則H2和Cl2在氯化氫吸收過(guò)程中及尾

氣段的設(shè)備中混合達(dá)到爆炸極限而發(fā)生爆炸；

（2）由于溫度低而導(dǎo)致的氫氣中水蒸氣結(jié)晶也會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)的失靈、管道堵塞，從而使HCl合成系統(tǒng)被迫停車，在運(yùn)行過(guò)程中都有多次出現(xiàn)該現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)冬季運(yùn)行及不穩(wěn)定；

（3）調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)連接管道易于析出水分。一般在設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)法蘭尺寸通常小于主管道的尺寸，采用變徑管連接在氣體流向變徑前段（管徑減?。┝魉偻蝗辉龃?，壓力增大；而在氣體流向變徑后段（管徑變大）流速突然減小，壓力減小[1]，氣體中的飽和水蒸氣在壓力突然減小時(shí)析出，存積在閥門、變徑管流量計(jì)最低點(diǎn)，溫度達(dá)到結(jié)冰點(diǎn)時(shí)自然結(jié)冰堵塞管道，在事故處理中結(jié)冰堵塞的地方基本是在3個(gè)地方，而閥門、流量計(jì)變徑管等地方的保溫是很難保證的，見(jiàn)圖2。

1.3 改造后工藝情況

圖2 設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥流量計(jì)法蘭尺寸與主管道尺寸

綜合系統(tǒng)存在的幾種缺陷，對(duì)氫氣輸送系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)。在二段氫氣冷卻器和氫氣分配臺(tái)后增加列管式氫氣加熱器，將氫氣溫度加熱到70～75℃，壓力為100 kPa后再輸送到HCl合成工序。改進(jìn)后氫氣處理工藝流程見(jiàn)圖3。

（1）投用氫氣加熱器后的優(yōu)點(diǎn)。a.氫氣管道再未出現(xiàn)結(jié)冰堵管現(xiàn)象；b.氫氣流量計(jì)顯示正常；c.HCl合成工序自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)恢復(fù)正常；d.HCl合成裝置運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量合格。

圖3 改造后工藝流程圖

（2）改造對(duì)原工藝的影響。由于增加了氫氣加熱器，使進(jìn)合成爐的氫氣溫度由15℃提高到了75℃，

加大了HCl合成爐和成品冷卻器的冷卻負(fù)載量，使送往下游的HCl產(chǎn)品溫度略有升高，相對(duì)由于氫氣溫度低帶來(lái)的生產(chǎn)影響來(lái)說(shuō)是比較小的。本裝置技改后到目前已經(jīng)運(yùn)行25個(gè)月，運(yùn)行效果良好，對(duì)下游影響較小。

2 HCl合成工藝

2.1 原工藝狀況

氯化氫合成吸收系統(tǒng)原設(shè)計(jì)AB 2套共用一個(gè)分配臺(tái)，將氯化氫氣體分配后分別進(jìn)入或同時(shí)進(jìn)入降膜吸收器A/B進(jìn)行吸收制酸。在一套爐子正常生產(chǎn)，要點(diǎn)另外一臺(tái)爐子時(shí)，分配臺(tái)管線存在交叉情況，即已正常生產(chǎn)的一套系統(tǒng)內(nèi)始終要保持氫過(guò)量，而要點(diǎn)的第二臺(tái)爐子在點(diǎn)火過(guò)程中是空氣過(guò)量的，這樣便在分配臺(tái)及后系統(tǒng)管道內(nèi)形成混合性爆炸氣體，存在事故隱患。共用的分配臺(tái)對(duì)單臺(tái)合成爐的生產(chǎn)無(wú)影響，但對(duì)第二臺(tái)爐子系統(tǒng)無(wú)法完成徹底的置換，開(kāi)車時(shí)極易形成混合爆炸氣體，因此之前一直使用1臺(tái)合成爐生產(chǎn)，制約了氯堿系統(tǒng)提負(fù)荷生產(chǎn)計(jì)劃。

2.2 改造后工藝狀況

本次改造取消合成爐氯化氫分配臺(tái)，開(kāi)2臺(tái)合成爐的情況下，合成爐與降膜吸收裝置一一對(duì)應(yīng)，并且在進(jìn)降膜吸收器AB手動(dòng)閥前增加DN250的聯(lián)通管線，自氯化氫冷卻器A的氯化氫氣體管線與降膜吸收器相連，氯化氫冷卻器B的氯化氫氣體管線與降膜吸收器相連，在這2條管線上分別安裝1臺(tái)壓力調(diào)節(jié)閥，氯化氫冷卻器A的氯化氫氣體管線與事故吸收塔相連，氯化氫冷卻器B的氯化氫氣體管線與事故吸收塔相連，在這2條管線上分別安裝1臺(tái)切斷閥，既可以杜絕合成爐與降膜吸收器交叉使用，也能保證2臺(tái)合成爐正常點(diǎn)火。

3 氯化氫合成控制理論的探討與應(yīng)用

在開(kāi)車過(guò)程中，為了減輕液氯工序及鹽酸工序壓力，氯化氫純度需盡快提高至95%以上。在以往生產(chǎn)中，往往是通過(guò)分析氯化氫純度，從而通過(guò)氯、氫比例調(diào)節(jié)氯化氫純度。在實(shí)際中，因下游工序嚴(yán)格要求氯化氫中含游離氯為未檢出，為了保證下游工序正常生產(chǎn)，氯化氫中控員調(diào)整純度時(shí)，往往調(diào)節(jié)速度很慢，給液氯工序和鹽酸工序造成了很大壓力。

在合成工序開(kāi)車時(shí)，通過(guò)理論氯氣、氫氣量與合成爐氯、氫流量計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)氫氣流量計(jì)相對(duì)準(zhǔn)確，而氯氣流量計(jì)則與理論值相差較大，但成比例線性關(guān)系。如何在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)氯、氫流量計(jì)顯示數(shù)值，來(lái)自動(dòng)或手動(dòng)控制氯化氫純度，且以最短時(shí)間達(dá)到所要求氯化氫純度。

3.1 理論基礎(chǔ)

（1）反應(yīng)方程式：Cl2+H2+H’2→2HCl+H’2

式中：Cl2和H2分別指參與反應(yīng)的氯氣和氫氣；H’2是指過(guò)量的氫氣；HCl是指生成的氯化氫。

（2）根據(jù)反應(yīng)方程式可知

此處氯氣和氫氣的純度均視為100%，其他雜質(zhì)忽略。

（3）假定氫氣流量計(jì)準(zhǔn)確無(wú)誤，即LH2=FH2而LH2

式中：LH2

LCl2分別指氫氣流量計(jì)和氯氣流量計(jì)讀數(shù)；K是指氫氣流量計(jì)讀數(shù)與氯氣流量計(jì)讀數(shù)的比例系數(shù)；R是指氯氣流量計(jì)讀數(shù)與實(shí)際流量的矯正系數(shù)。

3.2 公式推算

（1）氯化氫純度與比例系數(shù)之間的關(guān)系。

（2）氯化氫純度與流量計(jì)之間的關(guān)系

（3）當(dāng)已知比例系數(shù)為K1時(shí)，氯化氫純度為C1，

中國(guó)對(duì)多種石化產(chǎn)品的反傾銷措施2015年將到期

商務(wù)部日前發(fā)布2015年反傾銷、反補(bǔ)貼措施到期情況的公告。公告顯示，中國(guó)此前對(duì)進(jìn)口苯酚、錦綸6切片、對(duì)苯二甲酸、乙醇胺、甲醇等實(shí)施的反傾銷措施將在2015年內(nèi)到期。

中國(guó)對(duì)自美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)進(jìn)口的苯酚實(shí)施的反傾銷措施將于2015年1月30日到期；對(duì)自美國(guó)、歐盟、俄羅斯、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)進(jìn)口的錦綸6切片的反傾銷措施將于4月21日到期；對(duì)自韓國(guó)、泰國(guó)進(jìn)口的對(duì)苯二甲酸實(shí)施的反傾銷措施將于8月11日到期；對(duì)自印度尼西亞、泰國(guó)進(jìn)口的核苷酸類食品添加劑實(shí)施的反傾銷措施將于9月23日到期；對(duì)自日本、美國(guó)、德國(guó)、伊朗、馬來(lái)西亞、墨西哥、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)進(jìn)口的乙醇胺（單乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA）實(shí)施的反傾銷措施將于11月13日到期；對(duì)自印度尼西亞、馬來(lái)西亞、新西蘭、沙特阿拉伯進(jìn)口的甲醇實(shí)施的反傾銷措施將于12月23日到期。根據(jù)中國(guó)反傾銷條例有關(guān)規(guī)定，反傾銷、反補(bǔ)貼稅的征收期限和價(jià)格承諾的履行期限不超過(guò)5年；但是，經(jīng)復(fù)審確定終止征收反傾銷、反補(bǔ)貼稅有可能導(dǎo)致傾銷和損害的繼續(xù)或者再度發(fā)生的，征收期限可以適當(dāng)延長(zhǎng)。商務(wù)部提醒，在上述公告反傾銷措施到期日60天前，相關(guān)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)或代表國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的自然人、法人或有關(guān)組織如認(rèn)為終止該措施有可能導(dǎo)致傾銷和損害再度發(fā)生的，可以書面形式向商務(wù)部提出期終復(fù)審申請(qǐng)。

若要調(diào)整氯化氫的純度為C2

K2=（2-C2）C1K1/（2-C1）C2。

（4）當(dāng)氫氣流量控制閥和氯氣流量控制閥為手動(dòng)時(shí)，氯氣流量計(jì)讀數(shù)為L(zhǎng)1，氯化氫純度為C1，若要調(diào)整氯化氫的純度為C2，則：

故：L2=C2L1（2-C1）/C1（2-C2）。

（5）在正常生產(chǎn)調(diào)節(jié)中，如氯氣、氫氣全總采用自動(dòng)系統(tǒng)控制，氫氣流量控制由氫氣自控閥01FCV08201A開(kāi)度來(lái)控制，保證氫氣完全燃燒。氯氣流量則通過(guò)比例系數(shù)，自動(dòng)生成氯氣流量數(shù)值，再通過(guò)氯氣自控閥01FCV08101A開(kāi)度來(lái)控制.由于在冬季生產(chǎn)中，當(dāng)?shù)貧鉁剌^低，氫氣中含水冷凝會(huì)造成氫氣流量計(jì)波動(dòng)，從而造成氯氣流量波動(dòng)，從而導(dǎo)致氯化氫純度波動(dòng)，易產(chǎn)生游離氯。在冬季實(shí)際生產(chǎn)中，一般采用手動(dòng)生產(chǎn)，通過(guò)手動(dòng)控制氫氣自控閥01FCV08201A開(kāi)度，調(diào)節(jié)至氫氣完全燃燒，再調(diào)節(jié)氯氣自控閥01FCV08101A開(kāi)度控制氯氣流量，通過(guò)分析數(shù)值來(lái)控制氯化氫純度見(jiàn)圖4。

圖4 自控系統(tǒng)流程圖

（6）通過(guò)氯化氫純度理論工式，只需分析開(kāi)車時(shí)氯化氫純度，再按其理論計(jì)算，可以一次性調(diào)節(jié)至所需氯化氫純度，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，省時(shí)省力。與在以往中，一般都是通過(guò)分析人員分析所得數(shù)據(jù)，再來(lái)慢慢調(diào)節(jié)純度，一般需調(diào)節(jié)四五次。通過(guò)檢驗(yàn)按上述理論只需調(diào)整一次后分析純度都在所需控制范圍，大大降低了鹽酸吸收和液氯工序負(fù)荷，也提高了氯氣利用效率。

4 結(jié)語(yǔ)

該次改造中，將理論知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)控制調(diào)節(jié)，結(jié)合了一些氯堿企業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際狀況，將理論知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)控制調(diào)節(jié)，通過(guò)技改優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。從近一年來(lái)的運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，該工藝在質(zhì)量、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等方面都取得了較好的效果。

［1］歐陽(yáng)鐘燦．管道阻力對(duì)調(diào)節(jié)閥工作的影響［J］．化工自動(dòng)化及儀表，1977，05（05），43－45．

［2］林國(guó)忠．氯化氫合成條件的探討［J］．氯堿工業(yè)，1982，02（2）；40－44．

High altitude hydrogen treatment and HCl synthesis process optimization

ZHOU Yang，XU Xin-yu，LIU Zhi-ming，HU Hai-long
（Qinghai salt lake industry Co.，Ltd.，golmud 816000，China）

Modifying the process from hydrogen treatment to HCl synthesis of 120 t/a KOH UHDE-NORA BM2.7 ionic membrane electrolyzing plant of Qinghai salt lake chemical company.The safety of all plant，the use of Cl2and the product quality has been improved greatly after the technical improvement.

hydrogen；hydrochloric acid；process；modification；theory control

TQ124.2

B

1009－1785（2015）01-0015-04

2014-05-26