鹽酸解析工序中氯化鈣流失的探究與分析

程利鋒，周紅燕

（新疆石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

電石法聚氯乙烯生產(chǎn)中，氯乙烯合成工序中稀鹽酸深度解析技術(shù)不但解決了鹽酸銷售困難的問題，還解決了PVC裝置酸系統(tǒng)平衡問題，解析過程中產(chǎn)生的氯化氫氣體作為氯乙烯生產(chǎn)的原料，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，又減小了環(huán)境壓力。新疆天業(yè)集團(tuán)天業(yè)化工有限責(zé)任公司鹽酸解析裝置自2014年以來，停車次數(shù)增多，停車檢修時發(fā)現(xiàn)因?yàn)槁然}流失，造成各關(guān)鍵設(shè)備及設(shè)施積累了大量沉淀物質(zhì)。為了保證解析裝置的正常運(yùn)行，企業(yè)通過一系列的工藝技術(shù)改造，對氯化鈣的工藝控制取得了良好的效果。

1 鹽酸深度解析的原理

濃鹽酸進(jìn)行常規(guī)解析時，氯化氫氣體并不會完全析出，而是脫析到質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～24%后，氯化氫與水的二元體系達(dá)到氣液相平衡，并且保持不變。此時，通過添加特殊助劑-氯化鈣，按照一定比列混合，降低了稀鹽酸的共沸點(diǎn)，打破了水與氯化氫的二元相平衡，此時繼續(xù)加熱就能解析出大量的氯化氫氣體，從而得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2%的含汞廢水。在此過程中，特殊助劑-氯化鈣的用量極為關(guān)鍵，也是控制整個工序正常運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

2 鹽酸深度解析的工藝流程

來自常規(guī)解析濃度為20%～24%稀酸與已配置好的濃度為45%左右的濃氯化鈣溶液按照1∶2～1∶3的比例混合后進(jìn)入原液配置釜，在原液配置釜中充分混合后，由泵輸送至破解塔上部進(jìn)入破解塔，與來自再沸器的高溫氯化氫和水蒸氣在塔內(nèi)逆流傳熱，在塔頂?shù)玫胶柡退魵獾穆然瘹錃怏w，含飽和水蒸氣的氯化氫氣體再經(jīng)過一、二級冷卻器冷卻除水和尾氣緩沖罐后得到純度≥98%的氯化氫氣體，由管道送出界區(qū)，冷卻器底部產(chǎn)生的冷凝酸回流至原液配置釜。在破解塔底得到含微量HCl的稀氯化鈣溶液通過氣動閥調(diào)節(jié)進(jìn)入閃蒸罐，通過壓力驟變釋放出飽和水蒸氣，為使氯化鈣溶液的濃度滿足工藝需要，再用閃蒸再沸器進(jìn)一步加熱提濃得到濃氯化鈣溶液，通過氣動閥調(diào)節(jié)進(jìn)入溢流罐循環(huán)使用。由閃蒸罐蒸發(fā)出的水蒸氣經(jīng)過冷卻器冷卻后得到濃度≤2%的稀酸溶液，后再通過廢水泵送合成水洗塔循環(huán)使用，常規(guī)鹽酸解析工藝流程框圖見圖1。

圖1 常規(guī)鹽酸解析工藝流程框圖

3 深度解析系統(tǒng)中氯化鈣流失的探究與分析

3.1 鹽酸深度解析系統(tǒng)中氯化鈣流失的原因分析

使用電石法工藝生產(chǎn)PVC過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)鹽酸大多含有SO，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，在受熱蒸發(fā)表面上，水受熱成為水蒸氣，混合液中溶解的CaSO4會不斷析出，一部分主要沉積在再沸器受熱表面上，一部分隨著氯化鈣溶液流到其他地方[1]。整個系統(tǒng)中造成氯化鈣流失的主要原因是因?yàn)殡S著固體CaSO4的增加，在系統(tǒng)各個部分析出，沉積在設(shè)備及管路底部，嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行。該公司按照國家控制標(biāo)準(zhǔn)SO含量≤3×10-4，與氯化鈣混合后生產(chǎn)CaSO4。100℃時，CaSO4在水中溶解度為0.162～0.2 g/L，隨著鹽酸水分的不斷蒸發(fā)，SO在混合液中的濃度不斷增加累積，當(dāng)超過溶解度時，就會在系統(tǒng)中析出，形成固體難溶物CaSO4，溫度越高越有利于生成CaSO4，尤其是在系統(tǒng)的受熱面上，并且，隨著運(yùn)行時間的延長越積越多，堵塞設(shè)備管道，使得系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，被迫停車清理，增加生產(chǎn)成本。

3.2 固體CaSO4析出的影響

再沸器使用過程中出現(xiàn)蒸汽壓力波動，再沸器氣相出口溫度波動的情況。蒸汽壓力波動的主要原因是再沸器蒸汽出口疏水閥過小，造成蒸汽冷凝水不能及時排出，在再沸器殼程內(nèi)積聚，進(jìn)入再沸器的蒸汽與蒸汽冷凝水產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致蒸汽壓力波動，加劇CaSO4的析出，影響再沸器的使用壽命。

3.3 再沸器液相進(jìn)口管的影響

再沸器液相進(jìn)口管的管徑也會影響系統(tǒng)運(yùn)行。管徑過小，虹吸量不夠，氯化鈣溶液濃度達(dá)到正常生產(chǎn)所需要的濃度，必須增加再沸器的蒸汽通量，升高再沸器的溫度，溫度越高，固體CaSO4越容易析出。

4 深度解析系統(tǒng)中氯化鈣流失處理措施

在整個系統(tǒng)裝置內(nèi)，隨著氯化鈣的流失，也將產(chǎn)生大量CaSO4及其他無機(jī)鹽，且濃度相對較大，并且不斷在系統(tǒng)循環(huán)液中逐漸析出，主要以CaSO4的形式存在于設(shè)備與設(shè)施中，如管路上調(diào)節(jié)閥、再沸器受熱面混合器等，且極易結(jié)垢，將部分管道及設(shè)備沉積、堵塞后，極難清理，最終影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.1 再沸器氣相、液相管徑的改造

為了防止再沸器蒸汽壓力波動，將再沸器蒸汽氣相出口管管徑由原來的DN50改為DN80，原有的DN50的疏水閥改為DN80的疏水閥，及時將再沸器內(nèi)的蒸汽冷凝水排出。為了降低再沸器氣相出口溫度，將原有再沸器DN80的液相進(jìn)口管改為DN125，增大虹吸量，降低再沸器溫度。

4.2 對混合前鹽酸原液的處理

對進(jìn)入深度解析系統(tǒng)的鹽酸進(jìn)行預(yù)處理，使鹽酸中SO的含量在3×10-4以下。這樣可以使鹽酸中的SO含量達(dá)標(biāo)并嚴(yán)格控制SO在裝置中的殘留與反應(yīng)。解決的方法一般是在鹽酸中加入一定量的氯化鋇溶液，使混合前鹽酸原液得到了預(yù)處理，防止氯化鈣將鹽酸中SO沉積。

4.3 加裝氯化鈣流量與溫度控制系統(tǒng)

鹽酸與氯化鈣混合后生成CaSO4的過程中，溫度越高，SO在混合液中的濃度越高，因此嚴(yán)格控制溫度對氯化鈣的流失控制至關(guān)重要，因此，加裝了二次溫度傳感裝置并采用雙冗余控制，同時對氯化鈣流量的控制采用串級的重要控制，整個系統(tǒng)加裝流量報警、溫度報警，以此來預(yù)防控制氯化鈣的流失。氯化鈣流量串級控制系統(tǒng)工藝流程及方塊示意圖見圖2。

圖2 氯化鈣流量串級控制系統(tǒng)工藝流程及方塊示意圖

4.4 增加系統(tǒng)中氯化鈣與硫酸鈣檢測頻次

檢測頻次由每4小時檢測1次，加至1～2小時1次，對于解析工序中的氯化鈣與硫酸鈣的控制也起到了一定的預(yù)防與嚴(yán)格監(jiān)控的作用。

5 結(jié)語

該公司自進(jìn)行工藝改造后，氯化鈣使用量由原來的1 t/周，減少到0.5t/月。平均連續(xù)運(yùn)行時間由原來的1個月延長至現(xiàn)在的5個月，在減輕工人勞動強(qiáng)度，而且降低了生產(chǎn)成本，保證了生產(chǎn)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

［1］常志東，喬宇陽.鹽酸深度解析運(yùn)行過程中影響裝置運(yùn)行周期的因素及改造.河北化工，2011，34（10）：41-43.