液態(tài)氯化氫鋼瓶尾氣吸收工藝研究

歐陽玉霞，王賽男，劉 平

（山東鋁業(yè)有限公司氯堿廠，山東 淄博255052）

山東鋁業(yè)有限公司氯堿廠2004年開工建設(shè)，總投資4.9 億元。 一期生產(chǎn)裝置為意大利伍德—迪諾拉公司的高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽，于2005 年7 月建成投產(chǎn)。 二期生產(chǎn)裝置為日本旭化成公司的高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽，于2008 年8 月建成投產(chǎn)，主要產(chǎn)品有32%燒堿、液氯、31%鹽酸等。氯產(chǎn)品品種單一，價格受市場制約嚴(yán)重。氯堿廠現(xiàn)有兩臺副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐，氯化氫產(chǎn)能3 萬t/a， 主要用于平衡液氯液化尾氣生產(chǎn)鹽酸和每年液氯淡季價格較低時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)增加鹽酸產(chǎn)量， 提高經(jīng)濟(jì)效益。 利用現(xiàn)有合成爐的條件，將氯化氫氣體加工成液態(tài)氯化氫產(chǎn)品，可提升氯化氫的產(chǎn)品附加值，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化，并有效避免單一產(chǎn)品價格低迷時企業(yè)的被動局面， 提升企業(yè)競爭力。

1 氯化氫生產(chǎn)及充裝工藝流程

利用副產(chǎn)蒸汽二合一氯化氫合成爐， 對一部分氯化氫氣體進(jìn)行冷卻、除水、捕霧處理后，使氯化氫氣體含水降到100×10-6以下后進(jìn)入氯化氫壓縮機(jī)加壓， 壓縮后的氯化氫氣體經(jīng)氯化氫緩沖罐進(jìn)入列管預(yù)冷器，使氯化氫由45 ℃降到5 ℃以下。 冷卻后的氯化氫經(jīng)液化器與-10 ℃冷鹽水溶液換熱后冷卻至0 ℃以下，經(jīng)氣液分離罐分離后，液體氯化氫進(jìn)入氯化氫產(chǎn)品罐， 最后經(jīng)氯化氫打料泵輸送至充裝車間進(jìn)行充裝。

氯化氫液體加壓后通過充裝管線進(jìn)入液態(tài)氯化氫鋼瓶充裝平臺，由自動切斷系統(tǒng)程序控制，打開自動閥門，進(jìn)行液態(tài)氯化氫鋼瓶的充裝，達(dá)到計(jì)量要求后， 自動切斷系統(tǒng)控制自動閥門關(guān)閉， 鋼瓶充裝完畢。 液態(tài)氯化氫鋼瓶充裝完成后， 需要把充裝管道中殘存的氯化氫氣體抽出， 保證管道中無氯化氫氣體后拆卸充裝閥門絲接， 從磅秤上卸下充裝完成的鋼瓶，再連接新的鋼瓶進(jìn)行充裝。

1.1 關(guān)鍵控制點(diǎn)及特別說明

（1）氯化氫壓力上限不超過8 MPa，堅(jiān)決避免充裝超壓；

（2）氣瓶內(nèi)原介質(zhì)必須化驗(yàn)分析合格方可允許充裝；

（3）瓶內(nèi)原有壓力必須在0.1～0.3 MPa 范圍內(nèi)，過高過低均不宜充裝；

（4）氯化氫純度須≥99.6%，不足不允許充裝；

（5）充裝分配臺閥門、管道、充裝管等存在任何泄漏，均不得充裝；

（6）充裝管及其接頭必須系緊、拴住，防止脫落后飛起傷人；

（7）充裝管內(nèi)的高壓液態(tài)氯化氫未抽空，不允許直接拆卸；

（8）氣瓶開始充裝和結(jié)束充裝，必須及時聯(lián)系上游崗位，嚴(yán)禁出現(xiàn)任何形式的超壓現(xiàn)象。

1.2 正常操作步驟及程序

（1）將液態(tài)氯化氫鋼瓶移到磅稱上，接上充裝管（必須選用硬連接方式），打開瓶閥，開啟抽空閥，抽空片刻后，關(guān)閉抽空閥，準(zhǔn)備充裝。注意：在連接充裝管線時，要注意充裝管線對鋼瓶的受力情況，以減少充裝誤差；

（2）緩慢打開充裝手動閥；

（3）自動充裝程序控制下，自動充裝閥門打開，進(jìn)行液態(tài)氯化氫充裝， 同時注意聽瓶內(nèi)有無異常聲響；

（4）充裝過程中，隨時檢查鋼瓶各處的密封狀況，瓶壁溫度是否正常，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時妥善處理（當(dāng)充裝出現(xiàn)壓力升高或泄漏等異常情況， 充裝崗位要及時聯(lián)系氯化氫崗位調(diào)整回流或停泵， 保證充裝壓力在控制范圍內(nèi)，確保充裝安全）；

（5）磅秤顯示達(dá)到定量后，由自動切斷程序控制，自動關(guān)閉充裝閥門，再由操作人員關(guān)閉液態(tài)氯化氫充裝手動閥門及鋼瓶瓶閥，打開抽空閥，將管道內(nèi)殘余液態(tài)氯化氫抽空處理；

（6）卸掉充裝管，關(guān)閉抽空閥，鋼瓶充裝完畢。同時按要求填寫好液態(tài)氯化氫鋼瓶合格證及相關(guān)原始記錄；

（7）用棉紗將瓶閥接口螺紋、出氣口擦拭干凈；清潔瓶閥套帽的內(nèi)外表面后，將其擰緊在瓶閥上；套上瓶圈，復(fù)磅后放入重瓶區(qū)待售?？掌慷逊鸥叨炔粦?yīng)該超過三層，重瓶堆放高度不應(yīng)該超過兩層；

（8）進(jìn)行下一個合格空瓶的充裝。

2 原設(shè)計(jì)的尾氣抽空工藝狀況

氯化氫鋼瓶充裝尾氣經(jīng)過吸收后直接進(jìn)入除害系統(tǒng)，氯化氫氣體和燒堿溶液接觸吸收處理。設(shè)計(jì)主要考慮氯化氫鋼瓶尾氣氣體量少， 同時距離除害尾氣吸收塔距離近，附近有便利的廢氣管道可以利用。裝置運(yùn)行一段時間發(fā)現(xiàn)， 氯化氫氣體直接進(jìn)入除害塔吸收處理有3 個弊端，（1）氯化氫和燒堿反應(yīng)生成氯化鈉，固體氯化鈉容易造成除害塔進(jìn)口、內(nèi)部填料環(huán)等處結(jié)鹽堵塞，導(dǎo)致除害系統(tǒng)抽氣壓力降低，影響氯堿生產(chǎn)總體的尾氣運(yùn)行狀況。 崗位員工不得不從除害塔氯氣總管上開一個DN50 的口，連接閥門，每個輪班打開閥門，把竹棍探入管道中用于疏通、清除管道中堵塞的結(jié)鹽，勞動強(qiáng)度增加；（2）氯化氫氣體進(jìn)入除害系統(tǒng)， 氯化氫和燒堿的反應(yīng)速度要快于氯氣和燒堿的反應(yīng)速度，氯化氫氣體的瞬間大量進(jìn)入，阻礙了氯氣和燒堿反應(yīng)，除害塔中堿濃度降低快，而次氯酸鈉的有效氯提升慢， 導(dǎo)致次氯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量波動；（3）夏季環(huán)境氣溫高，氯化氫氣化嚴(yán)重，導(dǎo)致氯化氫充裝速度慢，崗位員工為了提高充裝效率，采取勤排壓勤抽空的方式操作， 導(dǎo)致大量氯化氫氣體進(jìn)入瞬間廢氣管道， 嚴(yán)重影響除害塔頂部鈦風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，造成鈦風(fēng)機(jī)喘震，抽力下降，除害塔內(nèi)部形成正壓，直接影響了液氯槽車和液氯鋼瓶的正常抽空使用。

工藝設(shè)計(jì)上氯化氫鋼瓶充裝區(qū)域和氯化氫生產(chǎn)車間距離較遠(yuǎn)，氯化氫充裝過程氣化量大，氯化氫尾氣排放量大， 氯化氫充裝尾氣直接進(jìn)入除害塔工藝弊端明顯， 并且嚴(yán)重影響了正常的液氯槽車和鋼瓶的充裝，同時對尾氣處理除害塔設(shè)備損傷較大，因此這個工藝不能滿足生產(chǎn)需求，需要進(jìn)行工藝優(yōu)化、技術(shù)改造，從工藝流程、技術(shù)方案上重新梳理氯化氫鋼瓶充裝尾氣的吸收和處理， 最終實(shí)現(xiàn)氯化氫鋼瓶尾氣系統(tǒng)安全、合理的吸收、處理和解決。

3 工藝優(yōu)化方案討論和確定

針對生產(chǎn)弊端，技術(shù)人員多次討論和調(diào)研，形成以下幾個改造方案。

3.1 利用鹽酸生產(chǎn)裝置吸收方案

將氯化氫鋼瓶充裝尾氣， 連接管道并入鹽酸合成爐的二級降膜吸收器， 和鹽酸生產(chǎn)的氯化氫氣體一起用水吸收冷卻，實(shí)現(xiàn)充裝尾氣的合理消除。

存在問題：（1）鹽酸合成爐控制爐壓＜5 kPa，一級降膜吸收器入口壓力2.0～3.0 kPa，二級降膜吸收器入口壓力1.0～2.0 kPa。 氯化氫鋼瓶充裝尾氣屬于非連續(xù)、高壓力狀態(tài)，并入鹽酸合成爐降膜吸收器后，存在氣體側(cè)壓力突然升高， 從而影響鹽酸合成爐正常爐壓的控制，風(fēng)險大。 （2）氯化氫鋼瓶充裝廠房距離鹽酸合成爐廠房距離遠(yuǎn)，中間需要橫跨多個管架，管道鋪設(shè)費(fèi)用高。 因此本方案不采納。

3.2 利用液環(huán)泵吸收方案

借鑒氯氣充裝尾氣處理工藝，增加液環(huán)泵，氣液分離器、換熱器等設(shè)備。氯化氫充裝尾氣進(jìn)入液環(huán)泵中，和濃硫酸充分接觸吸收，達(dá)到消除氯化氫尾氣的目的。

存在問題：（1）設(shè)備較多，投資較大。 （2）用濃硫酸作為循環(huán)吸收介質(zhì)，硫酸中會摻雜鹽酸，稀硫酸銷售困難。 另外氯化氫瓶口、分配臺、一段管道均是碳鋼管道，氯化氫卸瓶的時候會有空氣混入，導(dǎo)致氯化氫污染，造成吸收系統(tǒng)液態(tài)呈微黃色。因此本方案不采納。

3.3 水力噴射泵吸收方案

在氯化氫廠房東側(cè)門口，硬化部分綠化帶，增加尾氣吸收裝置（水利噴射泵、緩沖罐、循環(huán)罐、循環(huán)泵、氯化氫吸收器等），利用水力噴射泵的抽力，將氯化氫尾氣抽入緩沖罐中， 氣體從緩沖罐出來后，進(jìn)入循環(huán)罐，氯化氫氣體經(jīng)過純水吸收在循環(huán)罐中形成廢酸 （建議酸濃度控制在10%以下），廢酸通過循環(huán)泵打出，作為廢酸外售（可用于凈水劑生產(chǎn)）。 剩余微量的氯化氫氣體進(jìn)入廢氣系統(tǒng)，具體流程圖見圖1。

圖1 微量剩余氯化氫處理流程圖

通過討論比較， 此方案不論從投資還是操作的安全性都比前兩個方案優(yōu)， 因此最終確定用此方案進(jìn)行工藝優(yōu)化。

（1）理論計(jì)算氯化氫用水吸收，導(dǎo)致水箱溫度升高0.58 ℃。

（2）理論計(jì)算氯化氫用水吸收，導(dǎo)致水箱內(nèi)水酸度升高0.09%。

4 改造過程

山鋁氯堿廠對氯化氫充裝尾氣進(jìn)行了改造，解決了氯化氫尾氣直接進(jìn)入除害廢氣系統(tǒng)的弊端。 裝置改造后試運(yùn)行數(shù)月，運(yùn)行穩(wěn)定，特別是消除了氯化氫充裝尾氣對除害塔的影響。 崗位操作工不再需要每班組用竹棍清理除害塔的結(jié)鹽。但是，在一次尾氣抽空過程中，由于抽空閥門開度大，環(huán)境氣溫高，大量氯化氫氣體進(jìn)入抽空系統(tǒng)，氯化氫管道壓力突升，導(dǎo)致進(jìn)入緩沖罐的氯化氫管道斷裂。

吸取經(jīng)驗(yàn)后， 經(jīng)過反復(fù)討論， 再次進(jìn)行系統(tǒng)完善，形成工藝流程如下。

從充裝來的氯化氫鋼瓶尾氣氣體（DN80），經(jīng)過管道防爆膜，通過變徑（DN80/300）進(jìn)入降膜吸收器上部，和吸收水接觸順流而下，在降膜吸收器內(nèi)氯化氫和水混合吸收， 吸收后的氯化氫氣體通過變徑（DN100/40）進(jìn)入噴射泵進(jìn)口。 通過噴射泵（抽氣量60 m3/h） 進(jìn)入循環(huán)罐。 降膜吸收器底部酸水經(jīng)過U型液封后進(jìn)入到循環(huán)罐側(cè)邊開口處。 循環(huán)罐中液位利用磁力泵 （IMD50-40-150F；Q=15 m3/h；H=30 m，電機(jī)7.5 kW） 抽出一路去噴射泵用于形成負(fù)壓，一路去降膜吸收器（2.0～3.0 m3/h）用于吸收氯化氫氣體。 循環(huán)罐內(nèi)鹽酸濃度到18%～20%進(jìn)行外售。 改造后工藝流程圖見圖2。

圖2 改造后工藝流程圖

4.1 本次改造的優(yōu)點(diǎn)

（1）經(jīng)過設(shè)計(jì)院詳細(xì)設(shè)計(jì)核實(shí)目前液態(tài)氯化氫充裝管道的抽空以及充裝過程中降壓操作， 氯化氫吸收量＜500 kg/d， 降膜吸收器吸收水流量2.0～3.0 m3/h 可以實(shí)現(xiàn)完全吸收。

（2）在進(jìn)入降膜吸收器前增加防爆膜，防止操作失誤導(dǎo)致氯化氫氣體壓力突升給設(shè)備帶來損壞。

（3）利用目前倉庫中閑置存放的原鹽酸合成爐的一級降膜吸收器， 降膜吸收器型號YKX-70 m2T1001B，換熱面積70 m2，充分利用閑置設(shè)備，降低改造投資。

（4）降膜吸收器底部酸水增加高度500 mm 的U型彎，一方面保證系統(tǒng)壓力不超過5 kPa，另一方面防止噴射泵倒流進(jìn)入降膜吸收器。

（5）降膜吸收器底部增加長度300 mm 的視鏡，用于觀察降膜吸收器的下酸情況。

4.2 施工作業(yè)及安全注意事項(xiàng)

（1）降膜吸收器安裝。 在現(xiàn)有氯化氫吸收裝置圍堰內(nèi)基礎(chǔ)上焊接固定厚度14 mm 寬160 mm 長1 200 mm 底板二件，預(yù)制150 工字鋼設(shè)備支架4條，長度5 100 mm，將支架用M16 mm×80 mm 高強(qiáng)螺栓固定在設(shè)備上，在支架2 500 mm 處焊接次梁， 下部用63×6 角鐵做斜撐。 將設(shè)備及支架從拖車從預(yù)制現(xiàn)場到運(yùn)至安裝現(xiàn)場，用35 t 吊車一次將設(shè)備（帶支架）安裝就位。

（2）循環(huán)水管道鋪設(shè)。從氯氣處理廠房南側(cè)管道架的循環(huán)水總管引出DN125 的循環(huán)水管道用于降膜吸收器的冷卻。

（3）氯化氫氣體及鹽酸管道鋪設(shè)。依照設(shè)計(jì)逐步安裝氯化氫尾氣進(jìn)出口管道、 循環(huán)酸管道等同時增加下酸觀察目鏡。

（4）安全注意事項(xiàng)。 本項(xiàng)目施工涉及高空作業(yè)、吊裝作業(yè)、動火作業(yè)、電氣作業(yè)等危險作業(yè)，要編制編制施工方案、 辦理相關(guān)作業(yè)票證并強(qiáng)化各項(xiàng)安全措施，保證施工過程安全順利。

5 工藝優(yōu)化后的操作要點(diǎn)

5.1 氯化氫吸收裝置的開啟

（1）電機(jī)測絕緣（停機(jī)超過24 h）后，檢查循環(huán)槽液位在50%以上，確認(rèn)泵進(jìn)口閥門打開，出口閥門關(guān)閉、 回流閥關(guān)閉， 循環(huán)槽去廢氣總管閥門打開。

（2）啟動電機(jī)，打開泵出口閥門，適當(dāng)開回流閥（30%左右）， 調(diào)整泵出口去降膜吸收器、 水力噴射泵的閥門開度， 確保降膜吸收器視鏡下液正常，氯化氫充裝處抽空管為負(fù)壓，查看出口壓力小于-30 kPa。

（3）查看吸收裝置管路、設(shè)備有無泄漏，正常后，準(zhǔn)備氯化氫充裝。

5.2 氯化氫吸收裝置的停止

（1）確認(rèn)氯化氫充裝完畢且充裝管中的氯化氫已完全抽空。

（2）關(guān)閉回流閥門、關(guān)閉泵出口閥門停泵。

（3）確認(rèn)壓力表歸零，關(guān)小循環(huán)槽頂部去抽空總管閥門開度至15%左右，查看吸收裝置管路、設(shè)備有無泄漏，關(guān)閉結(jié)束。

（4）氯化氫鋼瓶充裝尾氣通過降膜吸收器吸收后進(jìn)入鹽酸循環(huán)罐中儲存， 鹽酸濃度到18%～20%，使用鹽酸槽車出廠銷售。

5.3 裝置運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）水力噴射泵、抽空泵、磁力循環(huán)泵等運(yùn)行正常，電流、壓力處于正?？刂品秶鷥?nèi)。

（2）降膜吸收器下部下酸正常，無滲漏、無積液。

（3）氯化氫吸收罐加水液位1.4 m 以上。

（4）氯化氫緩沖罐壓力控制指標(biāo)-10～0 kPa，注意抽空閥門開度，嚴(yán)禁突然開啟或者關(guān)閉，一定要根據(jù)管道壓力緩慢開啟閥門， 防止抽空瞬間壓力突升導(dǎo)致管道破損。

（5）氯化氫吸收罐鹽酸濃度控制指標(biāo)小于等于10%。 指標(biāo)合格后車間通知調(diào)度出廠外售。

（6）按照氯化氫充裝計(jì)劃，在計(jì)劃執(zhí)行期間，氯化氫吸收罐中鹽酸濃度每班分析一次； 計(jì)劃不執(zhí)行則不分析。

（7）根據(jù)裝置運(yùn)行情況，在氯化氫連接廢氣管道的閥門處增加盲板，徹底阻斷氯化氫氣體進(jìn)入除害塔。

6 結(jié)語

針對氯化氫鋼瓶充裝尾氣的處理， 經(jīng)過數(shù)次討論方案以及試運(yùn)行期間的不斷摸索優(yōu)化， 最終研發(fā)出既可以滿足尾氣抽空要求又不對除害塔正常運(yùn)行造成影響的工藝流程。改造投入后，除害塔堵塞管道情況未再發(fā)生，次氯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，徹底解決了除害塔運(yùn)行弊端，保證了除害塔的安全穩(wěn)定運(yùn)行，安全環(huán)保意義重大。

技術(shù)改造投入前，除害塔處理尾氣量大，生產(chǎn)次氯酸鈉300 t/月左右，損失經(jīng)濟(jì)效益9.9 萬元/月，同時伴有次氯酸鈉產(chǎn)品中有效氯不合格情況， 造成產(chǎn)品銷售價格從350 元/t 降低到200 元/t。技術(shù)改造投入后，除害塔堵塞管道情況未有發(fā)生，次氯酸鈉質(zhì)量穩(wěn)定，同時也降低了次氯酸鈉的產(chǎn)量，生產(chǎn)次氯酸鈉180 t/月，損失經(jīng)濟(jì)效益3.24 萬元/月。技術(shù)改造增加企業(yè)效益6.66 萬元/月。