干燥氯化氫含水量的控制與研究

張波， 謝鵬，楊茂勤

(陜西北元化工集團(tuán)有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)有限公司化工分公司(以下簡(jiǎn)稱“北元化工”)是一家擁有110萬(wàn)t/a聚氯乙烯、80萬(wàn)t/a燒堿的大型氯堿企業(yè)。由于國(guó)家對(duì)高耗能企業(yè)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，北元化工于2015年正式淘汰了隔膜法燒堿生產(chǎn)單元，原以隔膜法裝置氯化氫為原料的10萬(wàn)t/a聚氯乙烯裝置改為采用離子膜法燒堿裝置中的氯化氫氣體為原料。由于要進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送，因此氯化氫壓力必須達(dá)到輸送要求；另外，為節(jié)省投資成本，氯化氫長(zhǎng)距離輸送管道為碳鋼材質(zhì)，為避免腐蝕，氯化氫含水必須嚴(yán)格控制。

1 氯化氫干燥工藝流程

北元化工氯堿分廠氯化氫干燥裝置是向10萬(wàn)t/a聚氯乙烯裝置輸送合格氯化氫氣體的局部裝置，干燥工藝流程如圖1所示。

從氯化氫合成工序來(lái)的濕氯化氫氣體先經(jīng)氯化氫冷卻器，再經(jīng)過(guò)氯化氫深冷卻器用冷凍鹽水冷卻到約-14 ℃后進(jìn)入氯化氫酸霧捕集器，捕集氯化氫氣體中的冷凝水滴。然后經(jīng)過(guò)氯化氫加熱器，用循環(huán)水將氯化氫氣體預(yù)熱到≥10 ℃，進(jìn)入一級(jí)填料干燥塔與濃硫酸接觸進(jìn)一步除去水分；除去水分的氯化氫進(jìn)入組合式干燥塔繼續(xù)除水。組合式干燥塔上部是泡罩結(jié)構(gòu)，下部是填料結(jié)構(gòu)。氯化氫先進(jìn)入填料結(jié)構(gòu)，其中的濃硫酸來(lái)自泡罩結(jié)構(gòu)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93%～98%，濃硫酸經(jīng)填料結(jié)構(gòu)吸水后，濃度降低，從填料結(jié)構(gòu)出來(lái)的稀酸送至氯氫處理稀硫酸儲(chǔ)罐；隨后氯化氫進(jìn)入泡罩結(jié)構(gòu)，用98%濃硫酸繼續(xù)干燥，干燥后的氯化氫氣體(要求氯化氫含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1.0×10-4)經(jīng)硫酸酸霧捕集器除去酸霧后并入氯化氫壓縮機(jī)，壓縮后的氯化氫壓力0.1～0.2 MPa，經(jīng)氯化氫緩沖罐后送至VCM生產(chǎn)裝置。

2 問(wèn)題

該裝置從2015年6月開(kāi)車以來(lái)，輸送給10萬(wàn)t/a聚氯乙烯裝置的氯化氫氣體含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直達(dá)不到工藝要求的≤1.0×10-4。氯堿分廠經(jīng)過(guò)多次排查，到目前仍未發(fā)現(xiàn)指標(biāo)超標(biāo)的具體原因，因此建議對(duì)指標(biāo)進(jìn)行變更。具體排查方法如下。

圖1氯化氫干燥工藝流程示意圖

Fig.1Processflowdiagramofhydrogenchloridedrying

3 內(nèi)部排查過(guò)程

3.1 分析誤差的排除

采用幾種分析方法分析氯化氫中水的含量，結(jié)果如表1所示。

表1 采用幾種分析方法所得的氯化氫中水分的含量

由表1可得：①不管采用何種分析方法，干燥后的氯化氫含水指標(biāo)均大于1.0×10-4，可以判斷出分析方面不存在問(wèn)題，也就是分析是準(zhǔn)確的；②從分析數(shù)據(jù)的波動(dòng)性來(lái)看儀器分析法較其他3種分析法準(zhǔn)確。

3.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)排除

通過(guò)對(duì)氯化氫干燥工藝過(guò)程中涉及的過(guò)程指標(biāo)跟蹤分析，得出以下結(jié)論：從2017年的1—6月，所有指標(biāo)均在控制范圍，并且波動(dòng)較小(如表2所示)。由于正常運(yùn)行時(shí)各設(shè)備處的壓力保持穩(wěn)定，波動(dòng)很小，故不作分析。

表2 各部位檢測(cè)數(shù)據(jù)Table 2 Detection data of each part ℃

3.3 設(shè)備排查[1]

通過(guò)對(duì)石墨冷卻器、加熱器、酸霧捕集器、填料塔、泡罩塔等設(shè)備進(jìn)行排查，均未發(fā)現(xiàn)異常，具體排查情況如表3所示。

表3 設(shè)備檢查情況

3.4 硫酸消耗數(shù)據(jù)排查

2016年7月—2017年6月干燥氯化氫耗硫酸量與平均每月的氯化氫含水量檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 硫酸消耗量與氯化氫含水量檢測(cè)數(shù)據(jù)

表4數(shù)據(jù)表明:無(wú)論氯化氫干燥系統(tǒng)耗硫酸量大小，氯化氫干燥含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終在(1.239 7～1.438 1)×10-4?？梢缘贸?，進(jìn)塔硫酸量和干燥氯化氫含水沒(méi)有線性關(guān)系。

通過(guò)上述4方面的排查，未發(fā)現(xiàn)氯化氫干燥系統(tǒng)的異常情況，也就是上述原因并不是導(dǎo)致氯化氫含水指標(biāo)超標(biāo)的原因。

4 設(shè)備及管道的腐蝕情況

4.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)的初衷

氯化氫壓縮機(jī)采用三級(jí)壓縮，氯化氫壓縮機(jī)附帶的技術(shù)協(xié)議要求氯化氫含水指標(biāo)控制在≤1.0×10-6，其主要原因是為防止氯化氫含水量增大對(duì)壓縮機(jī)葉輪、軸承造成腐蝕。另一方面由于輸送氯化氫的管道為碳鋼材質(zhì)，氯化氫含水量增加會(huì)對(duì)氯化氫干燥送氣管線造成腐蝕。

4.2 氯化氫壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況

氯化氫干燥出口從2015年6月運(yùn)行至今含水指標(biāo)一直為(1.2～1.5)×10-4。不管是氯化氫壓縮機(jī)還是輸送氯化氫的管道，運(yùn)行至目前，從檢查的情況看，并無(wú)腐蝕情況。2017年6月，檢修人員和廠家對(duì)氯化氫壓縮機(jī)葉輪、軸進(jìn)行了檢查,結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出：氯化氫壓縮機(jī)內(nèi)部零部件并無(wú)腐蝕情況。

4.3 送氣外管檢查情況

氯化氫干燥工序2015年6月開(kāi)始向10萬(wàn)t/a聚氯乙烯裝置送氣，輸送管線材質(zhì)為碳鋼，設(shè)計(jì)壁厚為5 mm。運(yùn)行2年后，檢查氯化氫送氣管線內(nèi)部無(wú)腐蝕(如圖3所示，2017年6月15日攝)，采用測(cè)壁厚儀器檢測(cè)管線厚度為4.7～4.8 mm。因此氯化氫干燥后含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在(1.2～1.5)×10-4對(duì)長(zhǎng)距離輸遂管線無(wú)影響。

圖2 壓縮機(jī)葉輪、軸的腐蝕情況

圖3 輸送管線檢查情況

從上述3方面的分析情況可以得出，<1.0×10-4的控制范圍存在一定的偏差或不合理。

5 結(jié)論

綜合上述排查內(nèi)容，可以得出：把干燥氯化氫含水的指標(biāo)控制在1.0×10-4以下是不合理的，也是不能實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)把干燥氯化氫含水指標(biāo)由≤1.0×10-4變更為≤1.5×10-4。

[1] 平述煌,曾亞龍,李俊朝,等.影響氯化氫含水量的主要因素及其控制措施[J].氯堿工業(yè),2014,50(8):29-31.