氯化氫工序出酸系統(tǒng)研究與應用

孫龍彬，杜 燕

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林719319）

陜西北元化工集團股份有限公司（以下簡稱“北元化工”）一期50 萬t/a 聚氯乙烯，40 萬t/a 燒堿裝置于2010 年7 月開車投運，氯氫處理工段氯化氫吸收系統(tǒng)采用的是降膜吸收器，設備參數(shù)一覽表見表1。

表1 降膜吸收系統(tǒng)主要設備參數(shù)一覽表

1 生產(chǎn)工藝

氯氣來自氯處理工序，進入氯氣緩沖罐緩沖后，至石墨合成爐。氫氣來自氫處理工序，通過氫氣管道阻火器至石墨合成爐。氯氣與氫氣在爐內(nèi)混合燃燒生成氯化氫氣體，反應熱由夾套中的冷卻純水帶走。氯化氫氣體在經(jīng)過爐頂冷卻器冷卻，冷卻器夾套中的循環(huán)水使其溫度降至45 ℃以下，出氯化氫合成爐以后，先進入一級降膜吸收器的頂部與來自二級降膜吸收器的稀鹽酸進行吸收，其吸收時放出的熱量由夾套內(nèi)的循環(huán)冷卻水帶走，生成大于31%的鹽酸進入高純鹽酸中間罐，濃度不合格的鹽酸進入鹽酸調整罐。未被吸收的氯化氫氣體進入二級降膜吸收器頂部與來自尾氣吸收塔的稀鹽酸進行吸收，二級降膜吸收器中未被吸收的少量氯化氫氣體，進入尾氣吸收塔與來自稀鹽酸循環(huán)罐經(jīng)鹽酸吸收泵加壓后的稀鹽酸噴淋吸收生成稀酸進入二級降膜吸收器，與來自一級降膜吸收器的氯化氫氣體吸收后，再進入一級降膜吸收器，與來自合成爐的氯化氫氣體吸收，最終成為31%的合格鹽酸。尾氣吸收塔未被吸收的微量氯化氫氣體及惰性氣體，通過尾氣放空排空。自一級降膜吸收器流出的合格鹽酸進入高純鹽酸中間罐經(jīng)過高純鹽酸泵送至電解工序或罐區(qū)，工藝流程簡圖見圖1。

1.1 氯氫配比

圖1 工藝流程簡圖

為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，該裝置設計要求氯氫體積比為1∶1.05～1∶1.30，同時要求氯化氫游離氯為零，氯化氫純度93%～95%。由于在實際生產(chǎn)運行過程中氯、氫壓力和送氣壓力不穩(wěn)定，為了防止過氯產(chǎn)生采用手動調節(jié)。

1.2 單套降膜能力

根據(jù)設備能力及安全環(huán)保指標要求，規(guī)定單套降膜出酸流量不大于2 000 Nm3/h。

2 合成爐吸收水閥門開度和出酸比重及酸溫之間的關系

2.1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)

采集數(shù)據(jù)說明：吸收水閥門開度為尾氣吸收塔進純水閥門DN65 襯塑截止閥開度（由于吸收水流量計在吸收水閥門微調情況下變化不明顯，故此處用吸收水閥門開度表示吸收水流量），下酸比重為在一級降膜吸收器取樣口處人工打比重數(shù)據(jù)（比重計量程1.10～1.20）。下酸溫度為一級降膜吸收器底部排酸管線上安裝現(xiàn)場溫度表讀取數(shù)據(jù)。

通過對5 套降膜出酸系統(tǒng)進行研究，記錄下一定出酸流量時，吸收水閥門開度、下酸溫度和鹽酸比重數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析，均得出相同參數(shù)曲線，現(xiàn)列舉一組數(shù)據(jù)圖表和曲線進行分析說明，數(shù)據(jù)統(tǒng)計表見表2。

2.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析

B2酸流量為1 300 Nm3/h 時吸收水閥門開度、下酸溫度和下酸比重趨勢圖見圖2。

由圖2 可知，當出酸流量一定時，隨著吸收水閥門從無限大（開度為100%）逐漸關小過程中，鹽酸比重逐漸增大（當吸收水閥門開度小到一定程度時，不能完全吸收氯化氫氣體，造成尾氣跑冒），下酸溫度由?。ㄩ_始時趨近于吸收水溫度）增大又逐漸減小成拋物線形狀。

2.3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的應用

（1）經(jīng)過對每一套降膜系統(tǒng)及不同出酸流量情況下吸收水閥門開度、下酸比重和下酸溫度的數(shù)據(jù)進行分析，都得到了圖2 相似曲線，則在實際生產(chǎn)中可以根據(jù)下酸溫度趨勢大致判斷下酸比重，以最快的速度將吸收水閥門切換到趨近于合格的狀態(tài)，當下酸溫度為60 ℃左右時，在對吸收水閥門進行微調，結合打比重數(shù)據(jù)，將鹽酸比重迅速控制合格。從而可以降低現(xiàn)場人員勞動強度（根據(jù)經(jīng)驗總結減少打比重次數(shù)），減少不合格（此處指濃度不合格）鹽酸產(chǎn)生。

表2 生產(chǎn)過程中部分降膜數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖2 吸收水閥門開度、下酸溫度和下酸比重趨勢圖

（2）可以判斷單套降膜系統(tǒng)換熱能力好壞。根據(jù)分析曲線可得知，當出酸流量一定時，降膜下酸溫度為固定值，日常觀察當同樣出酸流量，同種情況下，同一套降膜出酸系統(tǒng)，溫度偏高時，則可得知該套降膜系統(tǒng)換熱能力出現(xiàn)問題，進一步檢查可能為循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)問題，發(fā)生堵塞，換熱能力下降等，需要及時調整。

（3）不同降膜系統(tǒng)之間換熱能力比較。同種出酸流量，下酸比重相同情況下，理論上一級降膜處下酸溫度應該相同，當降膜下酸溫度較高時則可認為2 套降膜系統(tǒng)相比，溫度較高降膜換熱能力較差，當單套降膜出酸時，優(yōu)先選用降膜換熱效果好的系統(tǒng)出酸。

（4）可作為降膜系統(tǒng)循環(huán)水是否內(nèi)漏的判斷依據(jù)。當出酸流量一定時，吸收水閥門開度、下酸溫度和下酸比重為固定值，此時可能出現(xiàn)下酸比重不合格現(xiàn)象，當檢查其他情況無誤時，可初步判定降膜系統(tǒng)循環(huán)水內(nèi)漏，需停止產(chǎn)酸，停吸收水檢查確定。

（5）判斷其他潛在故障和隱患。例如，當出酸流量一定時，理論上3 個數(shù)值（出酸流量、下酸溫度和下酸比重）是一一對應關系，當下酸溫度變化或者下酸比重（此2 項數(shù)據(jù)為現(xiàn)場讀?。┳兓瘯r，需要檢查出酸調節(jié)閥和吸收水調節(jié)閥狀態(tài)，避免出酸調節(jié)閥開大或者吸收水調節(jié)閥關小而導致的尾氣跑冒事故發(fā)生。

3 結語

氯化氫合成工序出酸系統(tǒng)中出酸閥門和吸收水閥門為自動調節(jié)閥，打比重和酸溫均為現(xiàn)場觀察操作，需要DCS 和現(xiàn)場默契的配合，否則極易導致下酸比重不合格或者氯化氫氣體跑冒。因此崗位操作人員應該注意觀察生產(chǎn)過程中的關鍵點，不斷總結，不斷提高自身業(yè)務技能水平，從而以最快速度調節(jié)合格，減少廢酸產(chǎn)生，杜絕尾氣跑冒。