二合一石墨合成爐技術(shù)改造

顧 濤，張?zhí)靽?guó)，馬 林，熊 鵬

（新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 托克遜 833100）

二合一石墨合成爐技術(shù)改造

顧 濤，張?zhí)靽?guó)，馬 林，熊 鵬

（新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 托克遜 833100）

介紹了氯化氫合成工藝流程及運(yùn)行過(guò)程中的技術(shù)改造，并對(duì)合成爐改造效果進(jìn)行了總結(jié)。

合成爐；技術(shù)改造

新疆圣雄氯堿有限公司一期的投運(yùn)能力為年產(chǎn)20萬(wàn)t離子膜燒堿裝置。氯化氫合成工序原設(shè)計(jì)采用5臺(tái)副產(chǎn)蒸汽爐，上部（冷卻器）和下部（燃燒段）為石墨段，中間部分（蒸發(fā)段）為環(huán)管式鋼制換熱器的二合一鋼制合成爐，自2015年9月隨著負(fù)荷提升，HCl合成爐蒸發(fā)段底部時(shí)常泄漏，2015年9月至2016年2月因蒸發(fā)段泄漏，累計(jì)大修合成爐26次，導(dǎo)致生產(chǎn)負(fù)荷不能長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，給環(huán)境也帶來(lái)了極大的危害，同時(shí)也是安全生產(chǎn)的重大隱患。改造成二合一石墨合成爐之后運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷的90%以上時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常，所產(chǎn)高純鹽酸含鐵小于0.3 mg/L。

1 氯化氫合成工藝簡(jiǎn)介

來(lái)自氫氣處理工序的氫氣（純度≥99.00%）進(jìn)入水霧補(bǔ)集器后與精餾尾氣提氫氫氣和電石爐尾氣制氫氫氣在緩沖罐混合后將壓力控制為0.07～0.09MPa，經(jīng)阻火器、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入合成爐。來(lái)自氯氣處理工序的氯氣（純度≥97%）與來(lái)自液化的尾氯（純度≥9O%）經(jīng)緩沖罐將壓力控制為0.11～0.13 MPa。經(jīng)流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入合成爐。氯氫氣體的配比嚴(yán)格控制為 1.00∶1.05～1.00∶1.10，2 種氣體在爐體內(nèi)充分燃燒后生成氯化氫氣體。合格的氯化氫氣體一部分通過(guò)緩沖罐供給PVC轉(zhuǎn)化工序使用，一部分經(jīng)一、二級(jí)石墨吸收器、尾氣吸收塔，用純水吸收制備高純鹽酸。氯化氫合成工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 氯化氫合成工藝流程示意圖

2 運(yùn)行中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

（1）氫氣、氯氣主管上增設(shè)點(diǎn)火旁路

二合一石墨合成爐點(diǎn)火原采用爐內(nèi)點(diǎn)火方式，在點(diǎn)爐的過(guò)程中，采用氫氣、氯氣調(diào)節(jié)閥點(diǎn)火，在點(diǎn)爐過(guò)程中由于DN150閥門(mén)口徑大，存在控制死區(qū)，即使最小開(kāi)度的通氣量也很難控制，正常負(fù)壓下流量約為150～200 h，導(dǎo)致點(diǎn)火操作難度增大，經(jīng)常出現(xiàn)將氣動(dòng)閥打開(kāi)后爐火熄滅，在大流量狀態(tài)下（氫氣流量為200～300 h）點(diǎn)火成功后HCl外溢，關(guān)爐門(mén)也有重大安全隱患，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察總結(jié)后在氫氣、氯氣主管上增設(shè)點(diǎn)火旁路，內(nèi)置限流孔板，并安裝手動(dòng)球閥，便于快速開(kāi)關(guān)，使合成爐點(diǎn)火順利并方便操作。流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 氫氣、氯氣增設(shè)點(diǎn)火旁路

（2）新增并實(shí)現(xiàn)氫氣、氯氣自動(dòng)配比

原設(shè)計(jì)進(jìn)爐氫氣、氯氣為手動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氯乙烯緊急降量或單臺(tái)合成爐跳停，合成爐緊急提量或降量時(shí)，由于1人調(diào)節(jié)5臺(tái)合成爐，如果手動(dòng)調(diào)節(jié)很容易造成合成爐過(guò)氯，導(dǎo)致VCM裝置混合器的防爆膜破裂，改造后合成爐氯氣流量根據(jù)氫氣流量自動(dòng)串級(jí)調(diào)節(jié)，根據(jù)合成爐純度來(lái)確定氫氣、氯氣的配比，合成爐增減負(fù)荷時(shí)只需根據(jù)純度確定合成爐氯氣氫氣配比，根據(jù)配比增減氫氣流量，氯氣流量根據(jù)配比自動(dòng)跟蹤，見(jiàn)圖3。

（3）為使氫氣管內(nèi)無(wú)凝水產(chǎn)生，避免因燈頭進(jìn)水而破裂或燈頭堵塞現(xiàn)象，做了以下幾點(diǎn)改進(jìn)。

a.變更氫氣前冷卻器換熱介質(zhì)

由于原設(shè)計(jì)氫氣前冷卻器換熱介質(zhì)為循環(huán)水，夏季環(huán)境溫度高達(dá)45℃，導(dǎo)致氫氣溫度達(dá)到25～28℃。為降低氫氣溫度，將氫氣前冷卻器換熱介質(zhì)變更為7℃水，效果良好，夏季高溫天氣時(shí)，氫氣溫度不高于13℃。

圖3 氯氫氣自動(dòng)配比圖

b.新增氫氣水霧捕集器

在氫氣進(jìn)入氫氣緩沖罐之前增加水霧捕集器，以此來(lái)減少氫氣的含水量，降低了氫氣壓力波動(dòng)的可能性。

（4）增加單爐壓力與HCl總管壓力壓差連鎖（單爐壓力低于總管壓力5.00 kPa）

防止因單臺(tái)合成爐防爆膜破裂或爐門(mén)拉桿斷裂導(dǎo)致總管HCl倒串至合成爐中，造成HCl外溢和環(huán)境污染。

（5）回收利用離子膜蒸汽冷凝液至合成爐中

離子膜的蒸汽冷凝液回收利用至合成爐蒸發(fā)段補(bǔ)水：離子膜工序陽(yáng)極側(cè)升溫所用蒸汽生成的冷凝液在沒(méi)有利用前排至地溝廢水處，而同時(shí)合成爐進(jìn)爐需用純水24 m3/h，經(jīng)過(guò)一些列分析檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)此蒸汽冷凝液水質(zhì)完全符合合成爐所需純水，經(jīng)過(guò)改造將蒸汽冷凝液回收利用到合成爐汽包補(bǔ)水。

3 合成爐改造的效果

（1）增加點(diǎn)火旁路（DN25）內(nèi)置限流孔板，降低了崗位工點(diǎn)火難度，只要點(diǎn)火棒進(jìn)爐，崗位工可不需任何經(jīng)驗(yàn)只需按指揮人員要求全開(kāi)點(diǎn)火旁路閥門(mén)，負(fù)壓不需太大，就可保證HCl氣體不會(huì)外溢，成為傻瓜式點(diǎn)火[1]。

（2）氫氣管路增加蒸汽伴熱保溫，由于氫氣中含水汽，冬季環(huán)境溫度低時(shí)就會(huì)有凝液，當(dāng)凝液隨著氫氣進(jìn)入石英燈頭時(shí)極易造成燈頭破碎，將石墨底板燒壞；增加伴熱保溫后再無(wú)凝液產(chǎn)生也無(wú)燈頭破碎[2]。

（3）氯氣氫氣進(jìn)氣在自動(dòng)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上增加創(chuàng)新型串級(jí)調(diào)節(jié)，氫氣流量給定后，自動(dòng)按原配比值調(diào)節(jié)氯氣流量，保證氯氫配比基本不變。極大程度上減小了DCS操作人員工作強(qiáng)度，減少人為干預(yù)，避免因人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣流量波動(dòng)而造成氯化氫含氯或純度低，同時(shí)可減少現(xiàn)場(chǎng)看爐人員4名。

（4）增加一套聯(lián)鎖關(guān)系，若爐膛壓力低于氯化氫總管壓力5 kPa則單爐停車(chē)。由于有上述聯(lián)鎖關(guān)系，單爐及時(shí)停爐，未造成系統(tǒng)大的波動(dòng)；反之合成爐沒(méi)停，會(huì)造成大量氯化氫泄漏、氯氫氣壓力波動(dòng)造成電解聯(lián)鎖停車(chē)，甚至造成后續(xù)氯乙烯工序混合器乙炔氣過(guò)量發(fā)生爆炸。

（5）在相同負(fù)荷的前提下，合成爐出爐循環(huán)回水溫度、流量相同的情況下合成爐出口氯化氫溫度和燈頭溫度明顯降低分別見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 改造前后合成爐出口氯化氫溫度

圖5 改造前后合成爐燈頭溫度

改造前和改造后由于合成爐出口氯化氫溫度明顯降低，成品氯化氫冷卻到25℃以下時(shí)，所需的冷量減少，真正做到了節(jié)能降耗。

4 合成爐改造的經(jīng)濟(jì)效益

本次合成爐擴(kuò)能改造自2015年11月開(kāi)始實(shí)施，于2016年7月完成5臺(tái)合成爐改造，增加伴熱前（一個(gè)冬季）破碎燈頭6個(gè)，每個(gè)按10 000元計(jì)，節(jié)約6萬(wàn)元/a；燒壞底板（嚴(yán)重）3塊，燈頭底座4個(gè)，底座每塊3萬(wàn)元，燈頭底座每個(gè)按1.5萬(wàn)元，合計(jì)節(jié)約18萬(wàn)元；維修費(fèi)用：大修（吊裝加人工）每次5萬(wàn)元計(jì)，小修費(fèi)用15萬(wàn)元，合計(jì)39萬(wàn)元。減少現(xiàn)場(chǎng)看爐工4名。每名看爐工每月工資按5000元計(jì)，每年節(jié)約工資24萬(wàn)元。

在改造前合成爐制約了電解槽負(fù)荷的提升，平均每臺(tái)電解槽電流在8.00 kA，改造后電解槽電流可提升至13.50 kA，平均每天提高230 t/d堿。以年計(jì)算：年增產(chǎn)燒堿7.6萬(wàn)t，PVC9.6萬(wàn)t，燒堿按照2 800元/t，PVC按照7 000元/t，每年可為公司增加8 848萬(wàn)元的銷(xiāo)售額。

5 結(jié)語(yǔ)

新疆圣雄氯堿有限公司在2015年11月之前采用鋼制合成爐，于2016年1月實(shí)現(xiàn)改造后一次性成功，檢修率降低，節(jié)能效果突出，經(jīng)濟(jì)效益顯著，達(dá)到了合成爐安全穩(wěn)定高效地運(yùn)行[3]。

［1］熊潔羽，王國(guó)軍，汪 斌．石墨制氯化氫合成爐氣體出口溫度的確定．中國(guó)井礦鹽，206，37（2）：15－17．

［2］路利霞，谷中鳴．氯化氫合成爐余熱利用的可行性分析．河南化工，2008，25（8）：49－50．

［3］仇曉豐，吳春森．新型ZSH正壓式二合一石墨合成爐生產(chǎn)氯化氫和鹽酸．中國(guó)氯堿，201（12）：26．

Two-in-one graphite synthesis furnace technical modification

GU Tao，ZHANG Tian-guo，MA Lin， XIONG Peng

（Xinjiang SNXON Chlor Alkali Co.，Ltd.，Toksun 833100,China）

This paper introduces the process of hydrogen chloride synthesis process and the technological transformation in operation process，and summarizes the effect of synthetic furnace.

synthetic furnace；Technical renovation

TQ124.4+2

B

1009-1785(2017)11-0029-03

2017-06-12