氯化氫合成過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)分析

宋媛媛，劉江飛

（內(nèi)蒙古烏?；び邢薰?，內(nèi)蒙古 烏海 016034）

氯化氫合成過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)分析

宋媛媛，劉江飛

（內(nèi)蒙古烏?；び邢薰荆瑑?nèi)蒙古 烏海 016034）

根據(jù)氯化氫合成過(guò)程中的工藝特點(diǎn)，分析了氯氫純度、流量、冷卻水量及氯化氫純度等要素對(duì)氯化氫及鹽酸生產(chǎn)過(guò)程的影響，指出了其關(guān)鍵控制技術(shù)點(diǎn)，針對(duì)實(shí)際操作過(guò)程中容易發(fā)生的問(wèn)題制定了相應(yīng)的措施。

氯化氫合成；過(guò)程控制；關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

氯化氫作為PVC生產(chǎn)的重要原料，其生產(chǎn)過(guò)程存在以下特點(diǎn)：（1）氫氣和氯氣均屬易燃易爆氣體，生產(chǎn)控制的安全性高；（2）合成反應(yīng)過(guò)程中變量多，氯氫純度及流量受上一工序的影響，持續(xù)處于動(dòng)態(tài)變化之中；（3）生產(chǎn)所需的冷卻水量及合成的氯化氫受反應(yīng)的影響也處于動(dòng)態(tài)變化之中；（4）合成氣中游離氯的存在有可能造成氯乙烯合成中生成氯乙炔爆炸性氣體。這些問(wèn)題的有效處置與否對(duì)整個(gè)工序的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。內(nèi)蒙古烏?；び邢薰荆ㄒ韵潞?jiǎn)稱烏?；ぃ┰诼然群铣蛇^(guò)程中結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)置了單回路自控系統(tǒng)，并根據(jù)企業(yè)工藝特點(diǎn)制定了相應(yīng)的異常情況應(yīng)對(duì)措施，從而確保了整個(gè)工序長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

1 氯化氫合成生產(chǎn)工藝

氯化氫合成工序包含氯氫處理、氯化氫合成、事故氯處理、外送氯化氫及鹽酸制取5個(gè)單元。

原料氫氣由氯氫處理工序輸送進(jìn)入氫氣總管，經(jīng)流量計(jì)、截止閥、調(diào)節(jié)閥、切斷閥進(jìn)入二合一石墨合成爐燈頭底部。氫氣壓力通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，放空氫氣經(jīng)阻火器后放空。

原料氯氣由氯氫處理工序送入氯氣緩沖罐，與液氯工段送來(lái)的尾氯在氯氣緩沖罐內(nèi)混合，經(jīng)緩沖穩(wěn)壓后的氯氣進(jìn)入氯氣管道，經(jīng)截止閥、調(diào)節(jié)閥、切斷閥進(jìn)入合成爐燈頭。

在合成爐內(nèi)按 Cl2∶H2=1.00∶1.05～1.00∶1.10 的配比經(jīng)燈頭進(jìn)入合成爐，在燈頭上合成燃燒。合成的氯化氫氣體經(jīng)冷卻器冷卻后導(dǎo)出，在40℃下進(jìn)入氯化氫分配臺(tái)，供PVC或去降膜吸收塔制成鹽酸。

從合成爐出口冷凝下來(lái)的冷凝酸，與氯化氫緩沖罐冷凝下來(lái)的冷凝酸，流入冷凝酸儲(chǔ)槽，打入鹽酸調(diào)整罐用于調(diào)整成品酸濃度。純水自純水總管進(jìn)入純水罐，經(jīng)純水泵加壓后，進(jìn)入合成爐夾套，自下而上流入冷卻合成爐，合成爐汽包處產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽并網(wǎng)閥調(diào)節(jié)后進(jìn)入蒸汽分配臺(tái)，送入低壓蒸汽管道用于廠區(qū)內(nèi)蒸汽用戶使用。

在特殊情況下（如生產(chǎn)出現(xiàn)異常等）短時(shí)間VCM工序停用氯化氫氣體，則將氯化氫氣倒吸收制取高純鹽酸。氯化氫經(jīng)蝶閥倒入氯化氫吸收系統(tǒng)經(jīng)一級(jí)降膜吸收器，吸收后的剩余氣體進(jìn)入二級(jí)降膜吸收器再吸收后放空，成品酸從一級(jí)降膜吸收器底部自流進(jìn)入鹽酸儲(chǔ)罐待售。

2 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)分析

2.1 氯氫純度及流量

氯氣、氫氣的壓力與純度是影響氯化氫純度合格率的主要因素，氯氣、氫氣壓力影響因素占近50%，氯氣、氫氣純度約占25%，其他因素不足25%[1]。

（1）針對(duì)氯氣、氫氣壓力波動(dòng)，實(shí)踐證明增加數(shù)字顯示器有利于生產(chǎn)操作。一般進(jìn)合成爐氯氣壓力用自動(dòng)控制閥控制在（130±10）kPa，當(dāng)因系統(tǒng)原因氯氣壓力高于145 kPa時(shí)，去事故氯自動(dòng)閥打開(kāi)，輸送氯氣到事故氯裝置，保證氯氣系統(tǒng)壓力恒定，確保不過(guò)氯。氫氣壓力自控閥壓力高于設(shè)定值88 kPa時(shí)就會(huì)自動(dòng)放空，氫氣壓力上下波動(dòng)不足1%。

（2）氫氣中含水高是影響氯化氫純度合格率的主要因素。在氯氫處理工序通過(guò)增加氫氣冷卻器和除霧器，并保證冷卻效果，可以達(dá)到充分干燥氫氣的目的。

（3）合成爐燈頭腐蝕會(huì)導(dǎo)致合成爐運(yùn)行時(shí)氯氣、氫氣混合不均勻，造成氯化氫純度不穩(wěn)定，是導(dǎo)致氯化氫純度合格率降低的主要原因。腐蝕的主要原因則是氫氣中含水量大，因此應(yīng)多放水、勤檢查或更換燈頭，經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)氯氣、氫氣自控閥。

2.2 氯氫配比

現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)對(duì)氯化氫配比有兩種控制方式，一種是通過(guò)自控閥人工調(diào)節(jié)控制的方式，另一種是采用DCS控制技術(shù)。DCS控制克服了傳統(tǒng)配比過(guò)程中存在的誤差較大，同時(shí)波動(dòng)較大的缺陷?？傊?，配比控制的最終目的是達(dá)到 Cl2∶H2=1.00∶1.05～1.00∶1.10的最佳范圍。

傳統(tǒng)的控制手段是根據(jù)火焰的顏色，手動(dòng)調(diào)節(jié)氯、氫流量來(lái)達(dá)到系統(tǒng)的控制。由于通常設(shè)備產(chǎn)能較大，一旦進(jìn)合成爐的氯、氫流量、壓力或配比發(fā)生細(xì)微變化，都會(huì)造成過(guò)量氯氣在氯乙烯合成工序中與乙炔反應(yīng)生成氯乙炔，對(duì)安全造成重大影響。同時(shí)游離氯在制酸時(shí)若尾氣含氯高，會(huì)形成氫氯爆炸性混和氣體，嚴(yán)重的會(huì)造成尾氣系統(tǒng)爆炸。結(jié)合實(shí)際工藝進(jìn)行安全分析，在氯化氫合成中采用單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)可克服這一缺陷[2]。

氯化氫合成全自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)氯氣、氫氣壓力和流量設(shè)定值對(duì)進(jìn)爐氯氣、氫氣進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)配比，設(shè)定進(jìn)爐的氫氣和氯氣壓力、流量。雙重?cái)?shù)據(jù)設(shè)定保證了進(jìn)入合成爐內(nèi)參與合成氯化氫反應(yīng)的氯氣和氫氣的最佳量，所產(chǎn)的氯化氫純度高、不含游離氯，為氯乙烯合成工序安全生產(chǎn)提供了可靠保證。這些裝置的安全性具有以下幾方面的特點(diǎn)。

（1）氫氣進(jìn)爐前的壓力聯(lián)鎖控制

在氫氣分配臺(tái)設(shè)置大小2個(gè)放空調(diào)節(jié)閥。當(dāng)氫氣總管超壓時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)小調(diào)節(jié)閥放空，當(dāng)小調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，壓力仍較高時(shí)自動(dòng)打開(kāi)大調(diào)節(jié)閥放空。壓力下降時(shí)先關(guān)大閥再關(guān)小閥。當(dāng)氫氣總管壓力達(dá)到低低值60 kPa時(shí)，聯(lián)鎖停所有合成爐，同時(shí)關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、氯氣切斷閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣切斷閥，打開(kāi)去吸收調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥。

（2）氯氣進(jìn)爐前的壓力聯(lián)鎖控制

在氯氣緩沖罐上設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)閥。當(dāng)氯氣總管超壓時(shí)，緩沖罐上調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖自動(dòng)打開(kāi)去事故氯吸收。當(dāng)氯氣總管壓力達(dá)到高高值170 kPa時(shí)，聯(lián)鎖停所有合成爐，同時(shí)關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、氯氣切斷閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣切斷閥，打開(kāi)去吸收調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥。

（3）進(jìn)爐氫氣、氯氣切斷閥、充氮閥聯(lián)鎖控制

DCS設(shè)置了合成爐一鍵停車按鈕，當(dāng)按下停車按鈕后，氫氣、氯氣進(jìn)口切斷閥、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，充氮閥聯(lián)鎖自動(dòng)打開(kāi)，HCl去吸收調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖自動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥，以防止乙炔氣倒入。吸收水調(diào)節(jié)閥同時(shí)聯(lián)鎖打開(kāi)，同時(shí)關(guān)閉乙炔進(jìn)混合器閥門。當(dāng)HCl總管壓力超過(guò)指標(biāo)（設(shè)定值65 kPa），或混合器溫度高于指標(biāo)時(shí)（設(shè)定大于等于45℃或增長(zhǎng)速度大于等于3℃/2 s），聯(lián)鎖所有HCl合成爐自動(dòng)打開(kāi)HCl去吸收調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥以防止乙炔氣倒入，同時(shí)打開(kāi)吸收水調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉乙炔進(jìn)混合器閥門。

（4）電解停車時(shí)的聯(lián)鎖控制

當(dāng)電解跳停，聯(lián)鎖所有運(yùn)行合成爐氫氣、氯氣進(jìn)口切斷閥關(guān)閉、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，充氮閥自動(dòng)打開(kāi)，自動(dòng)打開(kāi)HCl去吸收調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥，以防止乙炔氣倒入，同時(shí)打開(kāi)吸收水調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉乙炔進(jìn)混合器閥門。

（5）配比聯(lián)鎖停車

當(dāng)單臺(tái)或所有合成爐氫氣/氯氣配比達(dá)到低低值或高高值時(shí)，同時(shí)關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、氯氣切斷閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣切斷閥，充氮閥自動(dòng)打開(kāi)。

2.3 冷卻水

氯氣與氫氣在常溫常壓無(wú)光的條件下的反應(yīng)速度是非常緩慢的，但在440℃以上卻迅速化合，因此一般在溫度較高的情況下可以發(fā)生反應(yīng)，但溫度如果高于1 500℃時(shí)，就有顯著的熱分解現(xiàn)象。氯與氫的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，有大量的熱量產(chǎn)生，這種熱量使生成的氯化氫氣溫度升高。因此必須設(shè)法把合成過(guò)程中產(chǎn)生的熱量移出，反應(yīng)才能向有利于生成氯化氫的方向移動(dòng)。

點(diǎn)爐前，關(guān)閉蒸汽排空閥；點(diǎn)著爐關(guān)閉爐門后，調(diào)節(jié)氯、氫氣總流量在600 m3/h（因氫氣彎管流量計(jì)在低流量下顯示不準(zhǔn)確，原則上氯氣流量不超過(guò)300 m3/h）運(yùn)行四五小時(shí)左右，當(dāng)汽包壓力升至100 kPa時(shí)，將蒸汽排空閥打開(kāi)，視壓力情況調(diào)節(jié)，保持壓力不低于100 kPa并穩(wěn)定。

當(dāng)汽包蒸汽壓力升至150kPa，在不低于150kPa情況下，緩慢開(kāi)啟蒸汽閥并網(wǎng)，將副產(chǎn)蒸汽并入低壓蒸汽分配臺(tái)，運(yùn)行四五小時(shí)后開(kāi)始提量，調(diào)節(jié)氯、氫總流量。保持汽包液位在60%～70%，視液位情況開(kāi)啟純水調(diào)節(jié)閥。

根據(jù)酸的日產(chǎn)量及平衡HCl氣來(lái)決定吸收水流量的大小，特別在冬季停車時(shí)應(yīng)注意將爐外冷卻水放凈（或常流水）以防凍結(jié)。點(diǎn)火開(kāi)車前需先打開(kāi)合成爐冷卻水至規(guī)定液位，并打開(kāi)石墨冷卻器、吸收器循環(huán)水。

2.4 鹽酸制取

最初點(diǎn)火時(shí)不合格鹽酸先進(jìn)入調(diào)整罐，分析合格后改進(jìn)高純酸罐。

2.5 外送氯化氫

將DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用在生產(chǎn)和輸送上，通常具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn).

（1）將合成爐火焰控制信號(hào)引入DCS系統(tǒng)控制，使所有控制參數(shù)自動(dòng)聯(lián)鎖控制。當(dāng)有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，均能利用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，使其處于安全狀態(tài)。

（2）通過(guò)DCS可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制系統(tǒng)和安全聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)，從而降低故障率，提高生產(chǎn)中的安全性，也降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員和儀表維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）通過(guò)DCS可將系統(tǒng)控制、連續(xù)控制、聯(lián)鎖控制有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)的控制方式，并可以方便加入所需要的特殊控制模塊和控制算法。

3 控制中的注意事項(xiàng)

（1）應(yīng)將DCS與人工控制相結(jié)合

氯化氫合成過(guò)程中影響因素較多，DCS是近年來(lái)系統(tǒng)平穩(wěn)之后研發(fā)的一種控制方式，在氯氫純度、流量、壓力平穩(wěn)的狀態(tài)下其控制優(yōu)點(diǎn)明顯，但因受設(shè)備、操作水平、電器、儀表等因素的影響較大，盡管采取了許多應(yīng)急編程，但必須將其與人工控制很好的結(jié)合，同時(shí)要加強(qiáng)各儀表和控制系統(tǒng)的維護(hù)。

（2）加強(qiáng)對(duì)游離氯的控制

游離氯對(duì)氯乙烯合成及制酸都有很大的影響，因此在控制氯化氫純度與游離氯之間應(yīng)優(yōu)先以游離氯為前提。

（3）加強(qiáng)與氯乙烯合成的事故演練

通常氯化氫合成與氯乙烯合成之間設(shè)有應(yīng)急電話，主要是應(yīng)對(duì)緊急情況，由于游離氯出現(xiàn)時(shí)通?；旌掀鳒囟燃眲∩撸罅⒓醋鞒鎏幚?，因此應(yīng)加強(qiáng)這方面的事故演練，以增強(qiáng)對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)變能力。

（4）控制過(guò)程中防止提氫控制的異常

精餾尾氣回收中的氫氣需回用至氯化氫合成，由于這部分氫氣控制通常波動(dòng)較大，一般將其穩(wěn)壓處理后并入，實(shí)際控制中要密切注意其壓力變化。若回收運(yùn)行波動(dòng)過(guò)大還會(huì)造成回收氫氣純度的變化，這也是需要注意的。

（5）制得的蒸汽并網(wǎng)應(yīng)預(yù)防意外

經(jīng)二合一爐產(chǎn)生的蒸汽通常用作采暖或通往PVC聚合汽提使用，實(shí)際生產(chǎn)中采用與高壓蒸汽串用的方式，因此需要防止高壓蒸汽倒入合成爐影響生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

要使氯化氫合成過(guò)程既保證安全生產(chǎn)，又使合成氣的純度及工序生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行必須結(jié)合自身工藝的實(shí)際情況不斷完善相應(yīng)的配置，在關(guān)鍵閥門的選型上加以比較，保證DCS控制系統(tǒng)的實(shí)施，同時(shí)也要切實(shí)提高操作人員的技術(shù)水平，加強(qiáng)其處理異常情況的能力，最終達(dá)到整個(gè)裝置高效化和最佳經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

［1］曹 璐．提高氯化氫純度的措施．氯堿工業(yè)，2008（7）：31－32．

［2］吳 彬，庫(kù)爾班艾力，吉建紅，任愛(ài)江．DCS控制系統(tǒng)在氯化氫合成中的設(shè)計(jì)及應(yīng)效果．2008年全國(guó)燒堿行業(yè)技術(shù)年會(huì)論文集，136－138．

Analysis of the key technology points of hydrogen chloride synthesis process

SONG Yuan-yuan，LIU Jiang-fei

（ Inner Mongolia Wuhai Chemical Co.,Ltd.,Wuhai 016034，China）

According to process characteristics of hydrogen chloride synthesis process to analyze the influence of the main parameters of the chlorine and hydrogen purity and flow，rate of cooling water，the purity of hydrogen chloride and hydrochloric acid production process，and points out the key control technology，prone to problems in the process of formulating the corresponding measures.

hydrogen chloride synthesis；process control；key technical points

TQ124.4+2

B

1009-1785(2017)12-0003-03

2017-08-22