鹽酸脫吸系統(tǒng)在電石法氯乙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用

姜波，尚寶翠，薛云平，黃曉濤，張瑞

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司聚氯乙烯二分廠(以下簡(jiǎn)稱陜西北元二分廠)聚氯乙烯樹脂采用電石法生產(chǎn)工藝，年產(chǎn)SG3型PVC樹脂約10萬t。乙炔氣體與氯化氫氣體于轉(zhuǎn)化器中在觸媒的催化作用下合成氯乙烯。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，乙炔氣體與氯化氫氣體的摩爾比為1∶(1.05～1.1)，氯化氫氣體微過量，過量的氯化氫通過組合塔吸收產(chǎn)生質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31%的含汞廢酸。由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含汞廢鹽酸，受鹽酸銷售市場(chǎng)的局限，含汞廢酸外銷難度大，而廢鹽酸脫吸裝置的穩(wěn)定運(yùn)行可有效解決這一難題。通過鹽酸脫吸系統(tǒng)提取出廢鹽酸中的氯化氫，不僅可回收氯化氫，提升氯化氫氣體轉(zhuǎn)化率，還解決了含汞廢鹽酸銷售難的問題，降低了環(huán)境污染。

1 鹽酸脫吸的原理及工藝流程

1.1 原理

鹽酸脫吸裝置就是利用鹽酸易揮發(fā)這一特性，濃鹽酸在常壓、高溫的脫吸塔內(nèi)與經(jīng)過再沸器加熱的高溫氯化氫與水蒸氣進(jìn)行連續(xù)接觸逆流傳質(zhì)、傳熱。濃鹽酸靠重力沿填料表面下降，與上升的氣體接觸，從而使上升氣體中的氯化氫含量不斷增加，在塔頂?shù)玫斤柡偷穆然瘹錃怏w，經(jīng)循環(huán)冷卻水一級(jí)冷卻，再經(jīng)-20 ℃冷凍鹽水回水二級(jí)冷卻后，進(jìn)入-20 ℃冷凍鹽水冷卻器深度冷卻。經(jīng)除霧器除霧后得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%的氯化氫氣體，而塔底得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的稀鹽酸，供合成轉(zhuǎn)化組合塔稀酸循環(huán)利用。

1.2 工藝流程

來自鹽酸罐的濃鹽酸經(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入高溫脫吸塔內(nèi)，經(jīng)過再沸器加熱后在塔頂?shù)玫胶柡退穆然瘹錃怏w，在塔底得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右的稀鹽酸。塔頂解吸的氯化氫氣體分別經(jīng)循環(huán)水、-20 ℃冷凍鹽水冷卻，脫水后質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%的氯化氫氣體進(jìn)入氯化氫總管；塔底稀鹽酸經(jīng)過循環(huán)水一級(jí)稀酸冷卻器和0 ℃鹽水二級(jí)稀酸冷卻器冷卻后進(jìn)入稀鹽酸儲(chǔ)罐，用稀鹽酸泵輸送至組合塔稀酸系統(tǒng)及組合塔塔頂，代替原工業(yè)水進(jìn)入系統(tǒng)。鹽酸脫吸工藝流程見圖1。

圖1 鹽酸脫吸工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of hydrochloric acid desorption

2 鹽酸脫吸裝置的設(shè)備選型

2.1 脫吸塔及換熱設(shè)備

鹽酸是一種強(qiáng)酸、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，鹽酸脫吸是通過蒸汽加熱使鹽酸中溶解的氯化氫氣體析出，整個(gè)系統(tǒng)都是在高溫腐蝕性的環(huán)境下運(yùn)行，因此鹽酸脫吸系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性、耐高溫性要求非?？量?。陜西北元二分廠選用的鹽酸脫吸塔及其換熱器的材質(zhì)是酚醛樹脂浸漬石墨，其特點(diǎn)是耐高溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能高，具有特殊的抗震性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕能力，可以不受任何強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的腐蝕。

2.2 管線材質(zhì)

鹽酸脫吸系統(tǒng)主要原料是鹽酸，且從脫吸塔出來的氯化氫氣體中含飽和水蒸氣，須經(jīng)一、二、三級(jí)冷卻器冷卻。一級(jí)冷卻器用來冷卻脫出氯化氫氣體中的大部分水蒸氣，用循環(huán)水冷卻；二級(jí)冷卻器是用三級(jí)冷卻器出來的冷凍鹽水冷卻，進(jìn)一步脫出氯化氫氣體中剩余的大部分水蒸氣；三級(jí)冷卻器是直接用-20 ℃鹽水冷卻，除去氯化氫氣體中的可冷凝物，得到干燥的氯化氫氣體。因此，為了確保生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須確保管線材質(zhì)具備較強(qiáng)的耐腐蝕性。為此對(duì)所有管線采用襯四氟乙烯材質(zhì)，避免鹽酸及氯化氫氣體腐蝕管線而導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏。

3 鹽酸脫吸系統(tǒng)投用后效果

鹽酸脫吸系統(tǒng)投用前后含汞廢酸產(chǎn)量數(shù)據(jù)見表1和表2。通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鹽酸脫吸系統(tǒng)投用后，氯乙烯合成系統(tǒng)組合塔生產(chǎn)的含汞廢酸經(jīng)過鹽酸脫吸處理后，產(chǎn)生的廢酸能全部消耗，達(dá)到生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡，基本上不產(chǎn)生含汞廢酸。

4 鹽酸脫吸系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

鹽酸脫吸系統(tǒng)自開車后運(yùn)行平穩(wěn)，采用DCS遠(yuǎn)程控制，脫吸塔的溫度及脫吸出的氯化氫純度、水含量均達(dá)到指標(biāo)要求。傳統(tǒng)電石法氯乙烯生產(chǎn)中，氯化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在93%～95%，乙炔和氯化氫的摩爾比控制在1∶(1.05～1.1)。為了提高氯乙烯的轉(zhuǎn)化率以及延長(zhǎng)氯化汞催化劑的使用壽命，未反應(yīng)的氯化氫一般控制到2%～10%。含汞廢酸經(jīng)過鹽酸脫吸處理后，得到的氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99%以上，進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)后可以提高氯化氫的純度，亦提高了乙炔轉(zhuǎn)化率，而脫吸后質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的廢酸可回用于組合塔，降低工業(yè)水的消耗，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

表1 鹽酸脫吸系統(tǒng)投用前含汞廢酸產(chǎn)量Table 1 Amount of waste acid containing mercury before commissioning of hydrochloric acid desorption

表2 鹽酸脫吸系統(tǒng)投用后含汞廢酸產(chǎn)量Table 2 Amount of waste acid containing mercury after commissioning of hydrochloric acid desorption

注：負(fù)號(hào)代表的意義是廢酸庫存量降低值。

例如，生產(chǎn)中如果濃酸脫吸塔進(jìn)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%(20 ℃密度為1.169 g/mL)，鹽酸流量為2 m3/h，脫吸出來的氯化氫氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%，稀鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%(20 ℃密度為1.098 g/mL)，以2 m3/h進(jìn)酸量計(jì)算，能產(chǎn)生氯化氫氣體量為：

(2×1.169×0.34-2×1.098×0.2)×106÷36.5×22.4÷1 000÷0.99=216 (m3)。

5 結(jié)語

鹽酸脫吸裝置在電石法PVC生產(chǎn)中作為副產(chǎn)酸的配套設(shè)施，可以有效解決含汞廢酸銷售難、污染環(huán)境的問題，還能節(jié)能減排，廢物回收利用。提高了系統(tǒng)的氯化氫純度，降低了氯化氫含游離氯的比例，平穩(wěn)了生產(chǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性和生產(chǎn)的效率。