氯化氫合成與吸收工藝設計及運行總結(jié)

1、氯化氫合成與吸收工藝設計及運行總結(jié)王真貝，黃建成(江蘇揚農(nóng)化工集團，江蘇揚州225000)關(guān)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(nóng)化工集團產(chǎn)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(chǎn)過程出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象以及處理辦法進行了描述。Hydrogen chloride synthesis and absorption of process designand operation summaryWang Zhe nbei*，Hua ng Jia nche ng(Jiangsu Yangnong Chemical Indus

2、try Co.,Ltd., Jiangsu Yangzhou 225000， China)key words: hydrogen chloride synthetic graphite hydrochloric acid absorption type equipme nt operati onAbstract: the desig n process of the syn thesis of hydrochloric acid product ion capacity expansion project Yangnong Chemical Industry Co.,Ltd.,in brief

3、. For equipment selection andpost operati on are an alyzed, the abno rmal phe nomenon and appeared on the product ion process and process ing method are described.1、前言鹽酸是氯堿化工的主要產(chǎn)品之一，目前鹽酸合成工藝多數(shù)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(yōu)點， 其應用越發(fā)廣泛。配合夾套冷卻

4、的合成爐可以降低爐內(nèi)氯化氫溫度，提高生產(chǎn)能力，甚至可以利用反應熱副產(chǎn)蒸汽。揚農(nóng)化工集團氯堿分廠離子膜以及隔膜電解工藝堿產(chǎn)能為12萬噸/年，配套產(chǎn)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(chǎn)生32%鹽酸作為產(chǎn)品出售。原來鹽酸工段有$ 700的合成爐2臺，單套產(chǎn)能為1.5萬噸/年，為滿足集團產(chǎn)能擴大的發(fā)展需求，新增1臺0 1200的石墨二合一氯化氫合成爐，爐體采用內(nèi)襯石墨，外體鋼制的合成爐，配套吸收系統(tǒng)。此類合成工藝具有以下特點：1、爐體溫度低(530 ± 30) C; 2、設備壽命長，平均使用壽命約2年；3、制造及安裝方便；4、

5、吸收效率高；5、操作彈性較大；6、系統(tǒng)三廢產(chǎn)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(nóng)集團多年積累的設計經(jīng)驗、運行的基礎(chǔ)上， 設計出工藝合理、設備優(yōu)選、產(chǎn)能以及質(zhì)量滿足要求的$ 1200石墨二合一氯化氫合成爐。3、工藝參數(shù)計算本合成工藝設計按照年產(chǎn)2.5萬噸32%鹽酸，年生產(chǎn)天數(shù)330天計算。合成爐系統(tǒng)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。合成工藝流程圖液吸 收去去1流#吸 泵水ST11圖1鹽酸合成工藝流程圖3.1合成系統(tǒng)計算3.1.1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

6、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 一層淌冷凝酸，那么選取合適的燃燒容積V是保證爐內(nèi)氯氣和氫氣混合、燃燒狀態(tài)良好、火焰垂直向上無散射、無偏燒的先決條件。根據(jù)揚農(nóng)化工集團$ 700合成爐設計的成功經(jīng)驗。33合成爐生產(chǎn)強度取5595kg（m h）為宜，本次設計取90kg/（m h）。經(jīng)計算單臺合成爐燃燒容積y取11.1m3。3.1.2合成爐爐體換熱面積計算合成爐內(nèi)，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(chǎn)的安全穩(wěn)定。散熱面積采用下式計算：S=Q/a£ R

7、,式中：S為散熱面積，簾;K為傳熱系數(shù)，kJ / （m2hC ） ； Q為反應總熱量，kJ / h; R 為修正系數(shù)；£為平均溫差，C。根據(jù)計算，總移出熱量 Q=229.56kj/s，總傳熱系數(shù) K=14.58w/m2 C，平均溫差£ =475 C，修正系數(shù)R=1.35，經(jīng)計算的S為44.8m2。3.1.3合成爐其它參數(shù)選取爐體結(jié)構(gòu)為圓柱體。 爐體內(nèi)直徑為1.2m，外直徑為1.6m,高為20葉 燈頭：氣體3層分布， 內(nèi)為$ 100管 （氯），外中$ 125管（氫），爐內(nèi)上升速度：0 120m/s，工作爐溫：（570 ± 20） C, 爐壓：101.3kPa，校核后

8、，取爐體體積 V=11.3m，爐體換熱面積S=68.3m。3.1.3冷卻器選型氯化氫氣體經(jīng)冷卻后（ 108C ）,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(zhì)為石墨，顧及系統(tǒng)壓降及安全選擇石墨徑向式園塊孔冷卻器同時它能經(jīng)受更大壓 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 150C，出口溫度為 40C，冷卻水進水溫度 30C，出水溫 度33C計算，冷凝器總傳熱系數(shù)為 2400Kj/hr m C，冷卻負荷為 4899814.205Kj/d，冷 凝器面積要求為 32.59m2，圓整后為33簾，選型JXZ-03。3.2吸收系統(tǒng)計算3.2.1吸收塔塔徑選取經(jīng)計算，吸收系統(tǒng)

9、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(zhì)拉西環(huán)以亂堆方式填充。經(jīng)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/s作為設計氣速，計算圓整后，塔徑取0.7m。3.2.2吸收塔填料高度選取工作溫度選取 30C，對氣相傳質(zhì)系數(shù)ky a =0.0116kmol/ (m s),液相傳質(zhì)系數(shù) 心a33=0.6732kmol/ ( m s ),總傳質(zhì)系數(shù) Ky a =0.01069kmol/ ( m s ),惰性氣體流量 V=2085.8

10、925kg/d，溶劑流量L=5044.119kg/d，塔截面積Q =0.1923m。通過計算得出傳質(zhì)單 元高度為0.4027m，傳質(zhì)單元數(shù)為7.37,修正系數(shù)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(yōu)點，故選擇石墨徑向式園塊孔降膜吸收塔。按照吸收塔氣相進口溫度為40C，出口溫度為40C，冷卻水進水溫度 30C，出水溫度35C,淌酸溫度45C，進酸質(zhì)量分數(shù)12.8%，淌酸質(zhì)量分數(shù)32%十算，吸收塔總傳熱系數(shù)為 2637.81Kj/hr ni C，冷卻負荷為 26457407.5Kj

11、/d，冷凝器面積要求為33.89m2，圓整后為35卅，選型MS-07,吸收效率折合拉西環(huán)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40C，出口溫度為30C,冷卻水進水溫度 35C，出水溫度40C，淌酸溫度45C，進酸質(zhì)量分數(shù)2.2%，淌酸質(zhì)量分數(shù) 12.8%計算，吸收塔總傳熱系數(shù)為2637.81Kj/hr m" C，冷卻負荷為 13205209.99Kj/d ,冷凝器面積要求為 28.9m，圓整后為30m,選型MS-06,吸收效率折合拉西環(huán)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 30C,出口溫

12、度為27C,淌酸溫度32C,進酸質(zhì)量分數(shù)0% 淌酸質(zhì)量分數(shù) 2.2%，以亂推拉西環(huán)填料計算，溶劑流量L=5044.119kg/d，塔截面積 Q=0.1923m2。通過計算得出傳質(zhì)單元高度為 0.4027m，傳質(zhì)單元數(shù)為 0.5，修正系數(shù)取1.5, 實裝填料高度取 0.31m。4、結(jié)論與討論4.1運行總結(jié)2012年7月14日，合成爐點火成功，經(jīng)過一系列調(diào)試，各項運行指標達到了設計要求： 氯化氫體積分數(shù)為86.5%92%，無游離氯；爐壓為 0.020.03MPa ;氯化氫出口溫度為3334555 C；吸收水轉(zhuǎn)子流量控制范圍在0.5m/h1.4m /h ;高純酸比重在 1.1581.160kg/m

13、,對應的酸濃度為 3132%。對比之前使用的鐵質(zhì)合成爐，石墨二合一合成爐具有以下優(yōu)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(fā)現(xiàn)爐體有腐蝕現(xiàn)象，使用周期較鐵質(zhì)合成爐長；2、生產(chǎn)負荷高，產(chǎn)能大，爐體采用夾套水冷卻，冷卻效果好，可調(diào)控空間大，降低后續(xù)吸收系 統(tǒng)冷卻負荷，查看過去生產(chǎn)記錄，目前該合成爐的日產(chǎn)量相當于過去使用的同規(guī)格鐵制合成 爐1.5倍以上；3、成品酸質(zhì)量提高，產(chǎn)出氯化氫中含鐵量低，產(chǎn)酸質(zhì)量達標率高，目前生產(chǎn)的高純酸質(zhì)量分數(shù)為 31.2%32.2%，含 Ca2+Mg2+ < 200PPm, Fe3+w 500PPm。4、爐體帶 有夾套水冷卻，內(nèi)襯石墨，外用鋼材，導

14、熱效果好，且防腐蝕不易漏，無高溫輻射，安全穩(wěn) 定，工作環(huán)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(nèi)爐壓容易偏高，導致易熄火的現(xiàn)象，經(jīng)過逐一排查的辦法，發(fā)現(xiàn)水流 泵抽力較低，如果系統(tǒng)壓力有波動，易導致爐內(nèi)壓力高；3、停車，抽真空，正常檢修過程中，出現(xiàn)防爆膜爆裂現(xiàn)象，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)觀察爐火的視鏡 出漏真空的現(xiàn)象，同時檢查爐頂?shù)姆辣ぃ捎诓捎美f的防爆膜，出現(xiàn)了老化的現(xiàn)象；4、三級吸收塔淌酸管道存在淌酸不暢現(xiàn)象，同時易發(fā)生爆鳴，經(jīng)過

15、檢查發(fā)現(xiàn)三級吸收塔淌 酸管道液封前走向有一定的上揚，導致管內(nèi)氣體難以排出，產(chǎn)生酸封氣以及爆鳴的現(xiàn)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(shù)Co變大，同時孔截面積 Ao增加，導致按照壓差調(diào)節(jié)時精度降低，控制過程容易產(chǎn)生偏差，導致過氯現(xiàn)象。針對現(xiàn)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(nèi)徑由原來的50mm調(diào)整到45mm，再根據(jù)壓力、溫度等條件計算孔板流量計出對應刻度的摩爾數(shù)，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(nèi)；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

16、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(guī)范，針對此合成爐的特點，調(diào)整爐壓技控點指標，保證爐內(nèi)壓力在合理的技控點指標內(nèi)；3、對爐頭觀察爐火的視鏡進行緊固，對爐內(nèi)防爆壓力進行核算，選定適宜規(guī)格的防爆膜并 更換，制定定期工作，增加防爆膜處的巡回點；4、對液封前的管路進行調(diào)整，將原來的上揚趨勢改為有一定的向下傾斜趨勢，利于將淌酸 夾帶的氣體排回吸收塔，消除淌酸不暢以及爆鳴等安全隱患。參考文獻1 二合一石墨合成爐生產(chǎn)氯化氫運行總結(jié)。氯堿工業(yè)，2004 (7): 30-43。2 40t/d氯化氫合成爐設計。氯堿工業(yè)，1994 ( 7): 24-27。3 化工工藝設計手冊(第三版)。北京：化學工

17、業(yè)出版社，2003。作者簡介王真貝(1989 ),男，本科學歷，現(xiàn)于江蘇揚農(nóng)化工集團氯堿分廠從事工藝設 計及管理工作。ZJ5771001803090012095 5790368228596330825771001803090012386 5761373997357606965771001803090013594 5780775799025155125771001803090012387 5771649826018180515771001803090012138 5721311921589183265771001803090012359 5790368223610760535771001803090012356 5761352861437917425771001803090012355 57508786970469327917088100343355274 10122994432583337917088100343355275 10186673293883200817088100343356107 10158115250150052217088100343356108 10100018005987173217088100343354295 1010741941426870171708810