節(jié)能、環(huán)保型全石墨四合一鹽酸合成爐的開發(fā)與應(yīng)用

張進(jìn)堯，陳鈞，夏斌，孫建軍

（南通星球石墨設(shè)備有限公司，江蘇南通226541）

節(jié)能、環(huán)保型全石墨四合一鹽酸合成爐的開發(fā)與應(yīng)用

張進(jìn)堯，陳鈞，夏斌，孫建軍

（南通星球石墨設(shè)備有限公司，江蘇南通226541）

介紹了全石墨四合一鹽酸合成爐的特點(diǎn)、開發(fā)及應(yīng)用情況。

四合一鹽酸合成爐；專利產(chǎn)品；全自動(dòng)；副產(chǎn)蒸汽

1 新型副產(chǎn)蒸汽全石墨四合一鹽酸合成爐是多項(xiàng)新技術(shù)的結(jié)合體

1.1 四合一爐[1]

新型副產(chǎn)蒸汽全石墨四合一鹽酸合成爐工藝簡圖見圖1。

工作原理：合成+冷卻+吸收+尾氣洗滌。

氫氣、氯氣在自動(dòng)閥調(diào)節(jié)閥控制下按一定的流量配比進(jìn)入合成爐下部燃燒室，在合成段中合成氯化氫氣體；高溫氯化氫氣體上升，進(jìn)入冷卻段，大部分燃燒熱在合成段及冷卻段通過內(nèi)爐筒及石墨換熱塊傳遞給冷卻換熱純水或循環(huán)水，進(jìn)而將反應(yīng)熱轉(zhuǎn)換為冷卻水的熱焓；提高了冷卻水的溫度，輸出爐外后可直接作熱水利用，或者閃發(fā)出飽和水蒸汽利用；降溫后的氯化氫氣體繼續(xù)上升，進(jìn)入冷卻吸收段，在冷卻吸收段上升的同時(shí)，被自上而下流動(dòng)的吸收液吸收，吸收液酸濃度被提高；被提高了濃度的吸收液向下流動(dòng)并由濃鹽酸出口輸出；另一部分氣體繼續(xù)上升，進(jìn)入尾氣處理段，經(jīng)過吸收液的第二次吸收，經(jīng)吸收氯化氫的吸收液繼續(xù)向下流，進(jìn)入冷卻吸收段，從濃鹽酸出口輸出，二次吸收后的尾氣進(jìn)入尾氣洗滌段，經(jīng)清水多次洗滌后從爐頂?shù)奈矚獬隹谂懦觥?/p>

1.2 合成爐專用石英燈頭[2]

采用合成爐配套的專用燈頭，氯氣、氫氣能充分燃燒反應(yīng)，有效降低火焰長度、火焰中心溫度，降低了高純鹽酸中游離氯的含量，游離氯全達(dá)到了低于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)20×10-6的要求。

圖1 四合一鹽酸合成爐工藝簡圖

1.3 四合一石墨合成爐石墨塊間臺(tái)階密封結(jié)構(gòu)[3]

爐內(nèi)第一石墨塊及與第一石墨塊相鄰的第二石墨塊、第一石墨塊及第二石墨塊的連接面處分別設(shè)有相互配合的N（N≥1）級臺(tái)階面，第一石墨塊及第二石墨塊通過臺(tái)階面相互配合。其結(jié)構(gòu)簡單，密封效果好，有效防止液體乃至氣體的泄漏。

1.4 合成爐尾氣處理段泡罩結(jié)構(gòu)

爐頂氣體通道采用泡罩結(jié)構(gòu)，最大化的增加了氣相的通道面積，使氣體與吸收液充分接觸，提高了吸收率，大大降低了排放尾氣中氯化氫濃度。

1.5 四合一石墨鹽酸合成爐泡罩段下倒角結(jié)構(gòu)[4]

爐頂泡罩段采用下倒角結(jié)構(gòu)，包括套筒狀泡罩段石墨外套，石墨外套下端外側(cè)設(shè)有倒角，在保證泡罩段石墨外套強(qiáng)度的基礎(chǔ)上較小石墨外套的壁厚，增加了物料通徑，同時(shí)使法蘭連接牢固。

1.6 石墨筒體碳纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)

合成段石墨筒體外采用碳纖維增強(qiáng)，因碳纖維熱膨脹系數(shù)與石墨類似，其強(qiáng)度高、耐腐蝕，與石墨筒體緊密結(jié)合，增強(qiáng)效果好，大大提高了副產(chǎn)蒸汽壓力。

1.7 高效視鏡清洗裝置

鹽酸合成爐在使用過程中，由于燃燒過程中的放熱反應(yīng)及蒸汽冷凝，從而導(dǎo)致合成爐視鏡在使用過程中出現(xiàn)模糊的現(xiàn)象，影響火焰檢測的精度及人工觀火的準(zhǔn)確度。為了不影響使用，需要定期停車拆卸視鏡口進(jìn)行人工清洗，不僅增加了人員工作強(qiáng)度，同時(shí)經(jīng)常開停車也影響設(shè)備的使用壽命。南通星球石墨設(shè)備有限開發(fā)出的視鏡清洗視裝置可在合成爐正常生產(chǎn)的過程中，對視鏡進(jìn)行清洗，極大方便了操作人員的使用。

1.8 合成爐配套的自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)

點(diǎn)火啟動(dòng)為完全獨(dú)立的單元系統(tǒng)，一鍵式啟動(dòng)，包括西門子PLC控制系統(tǒng)、低壓高能點(diǎn)火裝置、氫氣控制裝置、空氣控制裝置及保護(hù)裝置，當(dāng)點(diǎn)火成功后PLC發(fā)訊給DCS，由DCS自動(dòng)控制氫氣、氯氣量的不斷加大，點(diǎn)燃大火。點(diǎn)火未成功時(shí)，同樣發(fā)訊給DCS，由DCS再次作開車前的準(zhǔn)備。

點(diǎn)火系統(tǒng)為耐腐蝕、耐高溫特殊材料設(shè)計(jì)，具有相對高的使用壽命。采用火焰溫度、紫外、等離子等傳導(dǎo)特有的3項(xiàng)復(fù)合技術(shù)手段來保證檢測小火的有效性，給安全點(diǎn)燃大火提供了強(qiáng)有力的保證。

2 四合一爐結(jié)構(gòu)

新型四合一爐結(jié)構(gòu)緊湊，不需外置吸收系統(tǒng)，國內(nèi)氯堿企業(yè)現(xiàn)有的鹽酸老框架基本均能適合就地更新合成裝置，不需增加框架基礎(chǔ)投資，是高純鹽酸合成裝置更新?lián)Q代的理想選擇。

新型四合一爐自帶吸收尾氣多層清水洗滌結(jié)構(gòu)，排放尾氣氯化氫含量為15 mg/m3左右，可以滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)小于20 mg/m3的要求。

全石墨夾套換熱熱效率高，能充分利用氯化氫合成熱，副產(chǎn)0.3～0.8 MPaG的蒸汽；一般每生產(chǎn)1 t 31%鹽酸，能副產(chǎn)0.21～0.25 t蒸汽。副產(chǎn)效益高，基本1年內(nèi)就可收回投資成本。

3 安全運(yùn)行的保障措施

該公司根據(jù)多年工程經(jīng)驗(yàn)及使用單位的實(shí)際生產(chǎn)，總結(jié)、完善、編制了鹽酸合成裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

副產(chǎn)蒸汽四合一鹽酸合成爐裝置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)DCS集中控制，現(xiàn)場無人值守。主要的控制分為原料氣自動(dòng)穩(wěn)壓系統(tǒng)、自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)、自控聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、氫氣和氯氣自動(dòng)配比、流量跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng)、蒸汽閃發(fā)罐液位及壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)、酸濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)等，控制方式簡便、安全可靠。

4 運(yùn)行案例

副產(chǎn)蒸汽全石墨四合一鹽酸合成爐自2013年推出市場以來，副產(chǎn)蒸汽壓力適中，產(chǎn)汽量大，運(yùn)行安全可靠。副產(chǎn)蒸汽可以并入用戶低壓蒸汽管網(wǎng)，廣泛應(yīng)用于制冷、鹽酸解析、堿濃縮、伴熱、物料加熱等工藝用汽。目前，在運(yùn)行的用戶有山東莘縣華翔、重慶映天輝、甘肅北方三泰、四川攀枝花欣宇化工等廠家，并已打入到國際市場，包括印尼紙業(yè)、烏茲別克斯坦化肥廠、俄羅斯、伊朗、越南等。

5 控制方案

節(jié)能、環(huán)保型全石墨四合一鹽酸合成爐裝置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)DCS集中控制，現(xiàn)場無人值守。主要控制系統(tǒng)包括原料氣自動(dòng)穩(wěn)壓系統(tǒng)、自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)、自控聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、氫氣、氯氣自動(dòng)配比、流量跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng)、蒸汽閃發(fā)灌液位及壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)、酸濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

［1］朱小峰，劉仍禮，繆世陽．一種四合一石墨鹽酸合成爐．ZL 2013 1 0588128．X 2015－06－17．

［2］張進(jìn)堯，張藝，夏斌，等.一種氯化氫合成爐石英燈頭．ZL2014 2 0812995．7 2015－05－13．

［3］馮亮，朱小峰，陸俊．四合一石墨合成爐石墨塊間臺(tái)階密封結(jié)構(gòu)．ZL2013 1 0588109．7 2015－09－16．

［4］何志峰，朱小峰，劉仍禮．四合一石墨鹽酸合成爐泡罩段下倒角結(jié)構(gòu)，ZL 2013 1 0587736．9 2015－06－17．

2032年中國將關(guān)停所有原生汞礦開采

近日從環(huán)境保護(hù)部了解到，《關(guān)于汞的水俁公約》將于2017年8月生效。根據(jù)公約要求，從2021年起，熒光燈、含汞電池將不再允許使用。到2032年，要關(guān)停所有原生汞礦的開采。

汞俗稱水銀，是常溫下唯一呈液態(tài)的金屬，大量應(yīng)用于各種產(chǎn)品和工藝中。汞及其化合物的產(chǎn)生、使用和排放會(huì)造成環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)引起人類和哺乳類動(dòng)物神經(jīng)、免疫、生殖系統(tǒng)的機(jī)能紊亂，尤其對胎兒和孕婦有較大影響。

2009年2月，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署決定達(dá)成一份在全球具有法律約束力的文書——《關(guān)于汞的水俁公約》，中國是最早的簽署國之一。2016年，全國人大正式審議批準(zhǔn)加入《水俁公約》。

根據(jù)公約要求，中國將在2020年淘汰公約要求的含汞電池、熒光燈產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用；VCM（氯乙烯）生產(chǎn)行業(yè)實(shí)現(xiàn)單位產(chǎn)品使用量在2010年基礎(chǔ)上降低50%；2032年關(guān)停所有原生汞礦的開采；針對燃煤電場的排放源，到2020年完成排放編制，明確重點(diǎn)管控來源，確定減排目標(biāo)和措施。

環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對外合作中心副主任余立風(fēng)介紹，為了履行公約，環(huán)保部已環(huán)保部會(huì)同相關(guān)部門修訂了多項(xiàng)涉汞排放標(biāo)準(zhǔn)，評估了目前十個(gè)主要的涉汞行業(yè)的狀況，啟動(dòng)了戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃編制工作。下一步將以控源、減量、發(fā)展替代技術(shù)共同推進(jìn)用汞行業(yè)的減量化，有計(jì)劃、有步驟的開展含汞廢物以及污染場地的管理工作。

中國是汞的生產(chǎn)和使用大國。據(jù)悉，在正式履約之前，中國已經(jīng)對部分行業(yè)開展了管控，把汞列入了五種優(yōu)先管控的重金屬之一。在履行公約的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，都有一個(gè)配套實(shí)施方案，有一套中央相關(guān)部委到地方共同參與的協(xié)調(diào)機(jī)制。相關(guān)的履約規(guī)范被納入到國內(nèi)環(huán)境管理體系。

余立風(fēng)認(rèn)為，履約對中國這樣的發(fā)展中國家來說是一個(gè)雙贏的過程，履約的同時(shí)倒逼了淘汰落后產(chǎn)能，提升相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平。

Development and application of energy saving and environmental protection type full graphite four in one hydrochloric acid synthesis furnace

ZHANG Jin-yao，CHEN Jun，XIA Bin，SUN Jian-jun
（Nantong Xingqiu Graphite Equipment Co.,Ltd.,Nantong 226541，China）

Characterstic and development application of four in one hydrochloric acid synthesis furnace are introduced.

four in one hydrochloric acidsynthesis；patented technology；fully automatic；by-product steam

TQ124.2

B

1009－1785(2017)07-0026-03

2017-04-20