1、氯化氫合成與吸收工藝設計及運行總結王真貝，黃建成（江蘇揚農化工集團，江蘇 揚州 225000）關鍵詞：氯化氫合成 石墨二合一 氯化氫吸收 設備選型 運行情況摘要：對揚農化工集團產能擴建項目中鹽酸合成工藝的設計過程進行了簡要的概述。對于設備選型以及后期運行情況進行了分析，并對生產過程出現的異常現象以及處理辦法進行了描述。Hydrogen chloride synthesis and absorption of process design and operation summaryWang Zhenbei*，Huang Jiancheng（Jiangsu Yangnong Chemical In

2、dustry Co.,Ltd., Jiangsu Yangzhou 225000，China)key words: hydrogen chloride synthetic graphite hydrochloric acid absorption type equipment operationAbstract: the design process of the synthesis of hydrochloric acid production capacity expansion project Yangnong Chemical Industry Co.,Ltd., in brief.

3、For equipment selection and post operation are analyzed, the abnormal phenomenon and appeared on the production process and processing method are described.1、前言鹽酸是氯堿化工的主要產品之一，目前鹽酸合成工藝多數采用合成和吸收兩大操作單元組成。合成爐是制造氯化氫氣體或鹽酸的主要設備。過去工藝上應用比較廣泛的是鋼制合成爐，而近期均以石墨合成爐為主。由于石墨材料具有耐腐蝕、耐高溫、傳熱效率高等優點，其應用越發廣泛。配合夾套冷卻的合成爐可以降低

4、爐內氯化氫溫度，提高生產能力，甚至可以利用反應熱副產蒸汽。1揚農化工集團氯堿分廠離子膜以及隔膜電解工藝堿產能為12萬噸/年，配套產生氯氣3.5萬噸/年，鹽酸工段作為氯氣平衡的工段之一，采用氫氣和氯氣反應生成氯化氫，再用吸收水吸收產生32%鹽酸作為產品出售。原來鹽酸工段有700的合成爐2臺，單套產能為1.5萬噸/年，為滿足集團產能擴大的發展需求，新增1臺1200的石墨二合一氯化氫合成爐，爐體采用內襯石墨，外體鋼制的合成爐，配套吸收系統。此類合成工藝具有以下特點：1、爐體溫度低 (53030)；2、設備壽命長，平均使用壽命約2年；3、制造及安裝方便；4、吸收效率高；5、操作彈性較大；6、系統三廢產

5、生量少。2、工藝設計要求合成爐選用石墨合成爐。本次設計是在揚農集團多年積累的設計經驗、運行的基礎上，設計出工藝合理、設備優選、產能以及質量滿足要求的1200石墨二合一氯化氫合成爐。3、工藝參數計算本合成工藝設計按照年產2.5萬噸32%鹽酸，年生產天數330天計算。合成爐系統工藝由合成爐本體、空冷管道（配馬槽通冷水冷卻）、石墨冷卻器、三級吸收塔、水流泵等部分組成。具體工藝流程見圖1。圖1 鹽酸合成工藝流程圖3.1合成系統計算合成爐燃燒體積計算合成工藝采用合成爐作為氯氣和氫氣反應的場所，本次設計合成爐是石墨二合一合成爐，采用三層燈頭，氯氣從中間進入，氫氣從二層進入，氫氣包裹著氯氣安靜燃燒，最外圍一

6、層淌冷凝酸，那么選取合適的燃燒容積V是保證爐內氯氣和氫氣混合、燃燒狀態良好、火焰垂直向上無散射、無偏燒的先決條件。根據揚農化工集團700合成爐設計的成功經驗。合成爐生產強度取5595kg(m3h)為宜，本次設計取90kg/(m3h)。經計算單臺合成爐燃燒容積y取11.1m3。23.1.2合成爐爐體換熱面積計算合成爐內，氯氣和氫氣反應生成氯化氫氣體，該反應為放熱反應，為促進反應向正方向進行，必須及時移出反應熱，同時保證生產的安全穩定。散熱面積采用下式計算：S=Q/KR，式中：S為散熱面積，m2；K為傳熱系數，kJ(m2h)；Q為反應總熱量，kJh；R為修正系數；為平均溫差，。根據計算，總移出熱量

7、Q=229.56kj/s，總傳熱系數K=14.58w/m2，平均溫差=475，修正系數R=1.35，經計算的S為44.8m2。3.1.3合成爐其它參數選取爐體結構為圓柱體。爐體內直徑為1.2m，外直徑為1.6m，高為20m。燈頭：氣體3層分布，內為100管(氯)，外中125管(氫)，爐內上升速度：0 120m/s，工作爐溫：(57020)，爐壓：101.3kPa，校核后，取爐體體積V=11.3m3，爐體換熱面積S=68.3m2。冷卻器選型氯化氫氣體經冷卻后(108),在含有水的情況下,生成鹽酸具有強腐蝕性。因此冷卻器選擇材質為石墨,顧及系統壓降及安全選擇石墨徑向式園塊孔冷卻器同時它能經受更大壓

8、力的沖擊,更能耐高溫而不易損壞。按照冷卻器氣相進口溫度為150，出口溫度為40，冷卻水進水溫度30，出水溫度33計算，冷凝器總傳熱系數為2400Kj/hrm2，冷卻負荷為4899814.205Kj/d，冷凝器面積要求為32.59m2，圓整后為33m2，選型JXZ-03。3.2吸收系統計算 吸收塔塔徑選取經計算，吸收系統混合氣體體積流量為17489.6618m3/d，液相體積流量為50.94412m3/d，填料選取25mm*25mm*2.5mm的瓷質拉西環以亂堆方式填充。經計算及查亂堆填料泛點線得出泛點氣速umax=1.6m/s，空塔氣速的適宜值取泛點氣速的60%80%，本設計取u=1.05m/

9、s作為設計氣速，計算圓整后，塔徑取0.7m。 吸收塔填料高度選取 工作溫度選取30，對氣相傳質系數ky=0.0116kmol/（m3s），液相傳質系數kL=0.6732kmol/（m3s），總傳質系數KY=0.01069kmol/（m3s），惰性氣體流量V=2085.8925kg/d，溶劑流量L=5044.119kg/d，塔截面積=0.1923m2。通過計算得出傳質單元高度為0.4027m，傳質單元數為7.37，修正系數取1.5，實裝填料高度取4.45m，分三級吸收塔安裝。33.2.3合成一級吸收塔選型鹽酸具有強腐蝕性,徑向園塊孔降膜吸收塔具有耐沖擊,壓降小,換熱效果好等優點,故選擇石墨徑向式

10、園塊孔降膜吸收塔。按照吸收塔氣相進口溫度為40，出口溫度為40，冷卻水進水溫度30，出水溫度35，淌酸溫度45，進酸質量分數12.8%，淌酸質量分數32%計算，吸收塔總傳熱系數為2637.81Kj/hrm2，冷卻負荷為26457407.5Kj/d，冷凝器面積要求為33.89m2，圓整后為35m2，選型MS-07，吸收效率折合拉西環填料高度2.78m。3.2.4合成二級吸收塔選型塔類型選擇同合成一級吸收塔，按照吸收塔氣相進口溫度為40，出口溫度為30，冷卻水進水溫度35，出水溫度40，淌酸溫度45，進酸質量分數2.2%，淌酸質量分數12.8%計算，吸收塔總傳熱系數為2637.81Kj/hrm2，

11、冷卻負荷為13205209.99Kj/d，冷凝器面積要求為28.9m2，圓整后為30m2，選型MS-06，吸收效率折合拉西環填料高度1.47m。3.2.5合成三級吸收塔選型按照吸收塔氣相進口溫度為30，出口溫度為27，淌酸溫度32，進酸質量分數0%，淌酸質量分數2.2%，以亂推拉西環填料計算，溶劑流量L=5044.119kg/d，塔截面積=0.1923m2。通過計算得出傳質單元高度為0.4027m，傳質單元數為0.5，修正系數取1.5，實裝填料高度取0.31m。4、結論與討論4.1 運行總結2012年7月14日，合成爐點火成功，經過一系列調試，各項運行指標達到了設計要求：氯化氫體積分數為86.

12、5%92%，無游離氯；爐壓為0.020.03MPa；氯化氫出口溫度為4555；吸收水轉子流量控制范圍在0.5m3/h1.4m3/h；高純酸比重在1.1581.160kg/m3，對應的酸濃度為3132%。對比之前使用的鐵質合成爐，石墨二合一合成爐具有以下優點：1、石墨材料耐腐性強，使用過程爐體腐蝕小，使用至今沒有發現爐體有腐蝕現象，使用周期較鐵質合成爐長；2、生產負荷高，產能大，爐體采用夾套水冷卻，冷卻效果好，可調控空間大，降低后續吸收系統冷卻負荷，查看過去生產記錄，目前該合成爐的日產量相當于過去使用的同規格鐵制合成爐1.5倍以上；3、成品酸質量提高，產出氯化氫中含鐵量低，產酸質量達標率高，目前

13、生產的高純酸質量分數為31.2%32.2%，含Ca2+Mg2+200PPm，Fe3+500PPm。4、爐體帶有夾套水冷卻，內襯石墨，外用鋼材，導熱效果好，且防腐蝕不易漏，無高溫輻射，安全穩定，工作環境得到明顯改善。4.2 存在問題1、開車初期，由于合成爐進氣量大，爐頭火焰觀察困難，控制進氣H2：Cl2=1.15：1較難，容易過氯，造成氯化氫的游離氯在瞬間超標，影響了正常以及操作；2、開車點火后，塔內爐壓容易偏高，導致易熄火的現象，經過逐一排查的辦法，發現水流泵抽力較低，如果系統壓力有波動，易導致爐內壓力高；3、停車，抽真空，正常檢修過程中，出現防爆膜爆裂現象，經過檢查發現觀察爐火的視鏡出漏真空

14、的現象，同時檢查爐頂的防爆膜，由于采用利舊的防爆膜，出現了老化的現象；4、三級吸收塔淌酸管道存在淌酸不暢現象，同時易發生爆鳴，經過檢查發現三級吸收塔淌酸管道液封前走向有一定的上揚，導致管內氣體難以排出，產生酸封氣以及爆鳴的現象。4.3 整改措施1、清理觀察視鏡，方便觀察。對氯氣進氣管道孔板流量計重新核查，由于孔板流量計孔徑大小選擇偏大，導致流量系數C0變大，同時孔截面積A0增加，導致按照壓差調節時精度降低，控制過程容易產生偏差，導致過氯現象。針對現有工況對孔板流量計的孔徑重新計算選型，通過計算，將孔板內徑由原來的50mm調整到45mm，再根據壓力、溫度等條件計算孔板流量計出對應刻度的摩爾數，并對三班員工進行培訓，嚴格控制進氣比在技控點要求范圍內；2、對水流泵的抽力進行重新計算確定，更換水流泵由原來的配套金屬水流泵更換為四氟水流泵，對于看開車點火前水流泵的運行操作進行規范，針對此合成爐的特點，調整爐壓技控點指標，保證爐內壓力在合理的技控點指標內；3、對爐頭觀察爐火的視鏡進行緊固，對爐內防爆壓力進行核算，選定適宜規格的防爆膜并更換，制定定期工作，增加防爆膜