鹽酸合成爐工藝比較及常見問題

摘 要：結(jié)合鹽酸合成工藝，系統(tǒng)的比較了各種合成爐的優(yōu)缺點，以及在使用過程中出現(xiàn)的一些常見問題，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

關(guān)鍵詞：鐵制爐；石墨爐；安全；穩(wěn)定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.029

0 引言

鹽酸作為工業(yè)生產(chǎn)的一項基礎(chǔ)性原料，以其工藝的成熟，在稀有金屬濕法冶金、有機(jī)合成、漂染工業(yè)、食品加工、無機(jī)與有機(jī)藥物生產(chǎn)等領(lǐng)域受到廣泛運(yùn)用。伴隨著氯堿工業(yè)的不斷壯大，配套的合成鹽酸規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，鹽酸合成的裝置從最初的鐵合成爐發(fā)展到現(xiàn)在廣泛運(yùn)用的“三合一”石墨爐、“四合一”石墨爐。

1 合成鹽酸的工藝流程

合成鹽酸裝置不斷更新升級，但總的流程基本相同。合成過程包括氯化氫的合成、冷卻、吸收三個過程。從電解槽出來的氫氣經(jīng)洗滌、冷卻、壓縮、干燥之后進(jìn)入合成爐與從氯處理送過來的氯氣按比例混合，在爐內(nèi)燃燒，高溫的氯化氫氣體經(jīng)過冷卻器的冷卻，通過降膜吸收器的吸收成為合格的鹽酸。未被吸收的氯化氫氣體上升到尾氣吸收裝置形成稀鹽酸，作為降膜吸收器的吸收液使用。極少量的尾氣通過噴射泵抽至水封排出。

2 合成鹽酸的裝置比較

合成爐從爐型來看分為兩大類：鐵制爐和石墨爐?，F(xiàn)在合成鹽酸最主要的設(shè)備是“三合一”石墨爐、“四合一”石墨爐，鐵制爐已經(jīng)逐漸淡出這個領(lǐng)域。

2.1 鐵制爐的特點

鐵制爐自身不帶冷卻水夾套，氯氣和氫氣在合成爐內(nèi)反應(yīng)生成氯化氫氣體，由于上游過來的原料氣體不是絕對干燥的，反應(yīng)的原料和產(chǎn)品在反應(yīng)過程中與鐵制爐直接接觸，對設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。同時設(shè)備自身的鐵元素被帶入氯化氫氣體中被吸收，使形成的鹽酸受到污染顏色發(fā)黃，影響產(chǎn)品質(zhì)量。運(yùn)用此裝置，合成爐燈頭腐蝕嚴(yán)重，需要經(jīng)常更換，使用的空氣盤管冷卻器長期處于腐蝕的條件下，增加系統(tǒng)阻力，影響換熱效果。氯氣和氫氣燃燒生成氯化氫的過程，產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，造成熱量損失的同時，使整個裝置表面溫度很高，形成較大的安全隱患。

2.2 石墨爐的特點

石墨爐出現(xiàn)后，從“二合一”石墨爐到現(xiàn)在的“四合一”合成爐。相對于鐵制爐，它最大的特點，在于內(nèi)襯石墨的使用，石墨與外殼中間形成夾套，通入冷卻循環(huán)水對爐內(nèi)氯化氫氣體進(jìn)行冷卻，石墨優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，使得換熱效果有了很大的提升。氯氣和氫氣在合成爐內(nèi)燃燒的溫度能夠達(dá)到2400℃，通過夾套和冷卻器的冷卻氯化氫氣體的溫度會大大降低。二合一、三合一以及四合一都只是針對鹽酸合成工藝中各個構(gòu)件的形式而言的，常說的二合一就是合成爐與冷卻器在一起，三合一就是合成爐、冷卻器、降膜吸收器三者在一起，四合一就是合成爐、冷卻器、降膜吸收器和尾氣吸收塔四個構(gòu)件在一個裝置上，很明顯，合成爐自身的構(gòu)件越多，裝置占地就越少，設(shè)備需要的空間就越少。雖然合成爐本身構(gòu)件越多，設(shè)備制造較復(fù)雜，一次性投資較大，但其具有工藝過程較簡單、傳熱效率高、氯化氫氣體出口溫度較低、產(chǎn)品酸純度高且無Fe3+污染、耐腐蝕性強(qiáng)，正常使用時維修量小等優(yōu)點。湖北興瑞化工氯堿分廠就通過技術(shù)改造，將冷卻水引水其他工段，回收利用了傳熱回來的冷卻水，充分利用了合成過程中的熱能。國內(nèi)普遍采用三合一合成爐，已有一些廠家開始用四合一合成爐，國外廠家用四合一合成爐已經(jīng)普及。

3 鹽酸合成系統(tǒng)常見問題探討

鹽酸合成需要的氯氣屬于劇毒氣體，氫氣屬于易燃易爆品，極易形成爆炸氣體。系統(tǒng)的安全事故隱患包括原料氯氣或氫氣壓力、流量、純度的突然波動，人為的錯誤操作；合成爐運(yùn)行過程中，氯氣流量控制不當(dāng)，造成鹽酸游離氯偏高，甚至大量跑氯；開車時爐內(nèi)氫氣置換不徹底，處在氫氣的爆炸極限內(nèi)，點火時發(fā)生爆炸；停車過程中操作不當(dāng)，或者運(yùn)行過程中吸收水?dāng)嗔?，造成爐內(nèi)氣體壓力超壓，防爆膜爆裂；冷卻水夾套長期結(jié)垢，換熱不暢或者局部過熱，造成設(shè)備溫度過高甚至局部損壞。

3.1 原料分析

原料氣的指標(biāo)包括氫氣純度大于98%，氯氣純度大于75%。保證合成爐生產(chǎn)安全的關(guān)鍵是避免爐內(nèi)、尾氣系統(tǒng)產(chǎn)生爆炸性氣體。停車后應(yīng)該用氮氣充分的置換爐內(nèi)氣體，對置換的氮氣的含氧量控制在0.5%以內(nèi)。點火前對爐內(nèi)進(jìn)行充分的負(fù)壓抽吸，確保爐內(nèi)氣體合格，嚴(yán)格控制參與反應(yīng)的氫氣和氯氣的控制指標(biāo)，指標(biāo)達(dá)標(biāo)后方可點火。尤其在第一次點火失敗后，要重復(fù)以上過程，保證置換抽吸的時間在半小時以上，再重新分析點火。

3.2 流量調(diào)節(jié)

生產(chǎn)過程中，氯氫比一般控制在1：1.05～1：1.10之間。由于過來的原料氣壓力是不斷變化的，一般的孔板流量計均未進(jìn)行精確的溫壓補(bǔ)償，這個數(shù)據(jù)也只是理論的。實際操作過程中，要時刻關(guān)注燈頭的火焰顏色，以青白色為最佳。火焰顏色偏紅，反應(yīng)氯氣過量，造成氯氣不完全燃燒，成品鹽酸中游離氯偏高，容易造成跑氯?；鹧骖伾^白，爐壓升高，氫氣過量，會引起后面的吸收器下酸溫度過高，造成設(shè)備損壞。如果短時間內(nèi)火焰顏色極為不穩(wěn)定，可能進(jìn)爐的氫氣管道積水，尤其在氣溫低的時候更易出現(xiàn)，要定期進(jìn)行排水。壓力和溫度變化都會引起火焰顏色的迅速直觀變化。整個系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，對合成爐的運(yùn)行至關(guān)重要。

3.3 點火和停爐操作

手動點火之前，要先打開吸收水和冷卻水，爐內(nèi)保持適度的負(fù)壓，在氫氣膠管塞入合成爐之前進(jìn)行管道置換，外部點火，快速塞入爐內(nèi)，再慢開氯氣閥門進(jìn)入氯氣，火焰正常后快速關(guān)閉爐門，根據(jù)情況慢慢加大氫氣和氯氣流量。氫氣調(diào)節(jié)過大造成火焰太長，操作人員心理壓力；氯氣調(diào)節(jié)過大，會造成氯氣過量，可能撲滅火焰，造成跑氯。

停爐時操作相反，要避免氯氣和氫氣直接關(guān)閉，通常慢慢將氯氣、氫氣流量降低至約30%，再迅速同時關(guān)閉氯氣、氫氣閥門。直接關(guān)閉會造成系統(tǒng)壓力變化劇烈，甚至出現(xiàn)防爆膜超壓爆裂。停爐后對系統(tǒng)抽負(fù)壓、充氮，分析合格之后再取下氫氣軟管，打開爐門。

4 結(jié)語

相比于鐵制爐，石墨爐結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、拆裝方便、壽命長、操作簡單的特點。熟悉合成爐的結(jié)構(gòu)工藝，正確操作使用合成爐，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可以延長合成爐的使用壽命，減少甚至避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳彥峰.YKSL70型三合一鹽酸合成爐安全生產(chǎn)的探討[J].中國氯堿，2010（12）：12.

作者簡介：胡瑜（1989-），男，湖南澧縣人，本科，工程師，研究方向：氯堿化工鹽酸合成。