氯碱氯化氢和盐酸生产基础知识2014

Cl2 H2 2HCl 18.42kJ
具体反应历程如下： 1.链的生成：在氯气和氢气化合生成氯化氢的过程中，一个氯 分子吸收光量子后，被离解成两个游离的氯原子即活性氯原子。 2.链的传递：每个活性氯原子会和一个氢分子进行作用，生成 一个氯化氢分子和一个游离氢原子即活性氢原子,这个活性的氢 原子接着又与一个氯分子发生作用，生成一个氯化氢分子和一个 游离的氯原子，如此循环进行就构成一个链锁性反应。
盐酸工艺流程图
氯 气 氢 气
盐 水 工阻 序 基 础 知 识
火 器
氯 化 氢
去VCM合成工段
氢 气
H2缓冲罐
吸 收 塔 合 成 炉
阻火器 氯 气
尾 气 塔
放 空
HCL分配台
视 镜 去盐酸罐储罐
视 镜
取 样
Cl2缓冲罐
主要设备
一、二合一石墨合成炉：
合成炉是本工序的重要设备，它是集合 成冷却于一体的具有容量大，生产能力 大．使用寿命长等特点的二合一石墨合成 炉．在合成炉顶部装有防爆膜以耐高温．耐 腐蚀的材料制作，底部装有钢制或石英玻璃 制的燃烧器（灯头）；燃烧器内外三层套装 而成，内层是圆筒形氢气套筒，与外层套筒 进入的氯气在内外套筒间的流道内均匀混合 形成氢包氯向上燃烧合成氯化氢气体．燃烧 火焰呈青白色，其中心火焰温度可达２５０ ０摄氏度．
温度℃ 0 5
溶解度 412 386
10
474
25
426
50
362
氯化氢水溶液的特性是恒沸点。浓盐酸在加热蒸馏时，其馏 出物是含有少量水分的氯化氢气体(盐酸脱吸法制备氯化氢的依 据)，在0.1MPa下，当盐酸浓度降低到20.24%，温度为108.65 ℃ 时，馏出物组成与溶液组成相同，溶液组成不再变化，同时具有 恒定沸点。 2.主要化学性质 (1)分子非常稳定：加热到1500℃才发生分解(生产中可以采用 高温操作) (2)水溶液具有强酸性：能与大部分金属反应，生成金属氯化物 (避湿，否则腐蚀生产设备) (3)高温盐酸蒸气对碳钢几乎无腐蚀：一般盐酸蒸气在其最高露 点108.65 ℃以上时，对碳钢几乎无腐蚀(根据不同条件选择设备)
防爆膜
防爆膜
HCL气体在炉中走向 石墨块
炉门 视镜
二、吸收器
将经过冷却至常温的氯化氢气体用水或稀盐酸 吸收，成为一定浓度的合格的工业盐酸．膜式吸收 塔是因为氯化氢气体溶于水所释放的熔解热可以经 过石墨管壁传给冷却水带走，因而吸收温度较低， 吸收率较高一般可以达到８５％～９０％甚至达到 ９５％以上，所以出酸浓度相应较高．膜式吸收塔 结构可分为三个部分上封头是个圆柱形石墨筒体， 在上官板的每个管端设置有吸收液的分配器，在分 配器内由尾气吸收塔来的吸收液经过环行的分布环 及分配管在分配，当进入处于同一水平面的分液管v 形切口时吸收液呈螺旋线状的自上而下的液膜（又 称降膜）。
一、氯化氢合成工艺流程 对于氯化氢的合成工艺，目前主要有两种方法。一种是用铁制 合成炉或石墨合成炉合成氯化氢，另一种是三合一石墨法。这两种 方法各有优缺点，在氯碱企业都有所应用。 上述两种方法对于合成氯化氢的流程大体是一样的，主要的工 艺流程为： 来自氯氢处理岗位的合格的氢气和氯气经阻火器，按一定的配 比进入合成炉（多余的氢气放空处理），在灯头上燃烧。生成的氯 化氢气体从合成炉的冷却器底部导出，温度在45℃以下，进入分配 台，供PVC或去吸收制成盐酸或高纯酸。去吸收的氯化氢气体经吸 收塔吸收后，进入尾气塔，再吸收，然后尾气自然放空，成品酸从 吸收塔底部出来进入盐酸计量槽，经分析合格后，由酸泵打入盐酸 贮罐待售。
Cl2+hr→2Cl·
Cl H2 HCl H H Cl2 HCl Cl
Cl H2 HCl H
3.链的终止：在链锁反应过程中，如果外界的因素发生改变， 就会破坏链锁反应，使链传递终止，反应结束。 影响因素主要 有以下几种： （1）在反应过程中，由于生成的活性原子的自身结合可以使链 锁反应终止。
HCl C2 H2 C2 H3Cl(生产氯乙烯的反应原理)
C2H2+HCl→C2H3Cl(生产氯乙烯的反应原理）
C2H2+Cl2→CHCCl (氯乙炔爆炸物） + HCl
氯化氢的水溶液称为盐酸，是最常用的无机强酸之一。氯 化氢与潮湿空气中的水分生成白色的烟雾。在干燥的状态下 氯化氢几乎不与金属反应，但在含水或溶于水时，由于其具 有盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应，反应生
(4)高温气体对设备的腐蚀在适当范围：若温度保持在其最 高露点108.65℃以上、 250℃以下时，对碳钢的腐蚀作用可保
持在适当范围内(可以用钢制的合成炉)；另外，石英、石棉、
酚醛树脂、耐酸陶瓷、塑料以及一些金属合金比较耐氯化氢气 体腐蚀(作为盐酸生产中的设备防爆膜、浸渍设备或涂膜防腐 蚀) (5)与有机化合物的反应：能与多种有机化合物反应生成有 机氯化物。
成相应的盐类。 3. 用途 ① 主要用于制染料、香料、药物、各种氯化物及腐蚀抑 制剂等，还用 于大规模集成电路的生产。 ② 氯化氢是制造合成材料的主要原料，可用来制造聚氯 乙烯和氯丁橡胶等。 ③ 化学上可用来配制标准溶液对碱性物质进行滴定。
二、生产任务 氯化氢的合成主要是是将来自氢处理工序、纯度大于98％、 含氧小于2％的合格氢气与来自氯处理工序、纯度大于95％、含 氢小于0.4％(或液化尾气纯度大于75％，含氢小于3.5％)的氯气 在合成炉内经过燃烧合成为氯化氢，通过冷却至常温后,一部分 用水吸收制成3l％的商品盐酸，另一部分通过冷冻脱水,将其含 水量降至0.06％以下后，用纳氏泵压送至聚氯乙烯车间，供乙 炔合成氯乙烯之用。 三、氯化氢的合成条件 氯化氢的合成过程受温度、水分、触媒、氯氢的分子比等 因素影响极大。目前工业生产氯化氢的方法有直接合成法和其 它多种方法。 四、氯化氢合成的工艺原理 氯化氢合成的主要原料是氯气与氢气，具体过程为氯气与 氢气在适宜的条件（如光，燃烧或触媒）下，迅速化合，发生 链锁反应，其总的反应式如下：
H H H 2 Cl Cl Cl2 Cl H HCl
（2）在合成炉中，当有氧气存在时，就能破坏H的活性而使链锁 反应中断。如： H O2 HO2
Cl O2 ClO2
（3）反应过程中，由于游离氢原子或游离氯原子在运动的过程中 ，与设备的内壁发生碰撞，或与设备内存在的惰性物质分子碰撞， 使活化的氯、氢失去过剩的能量而变成非活化分子，使链反应终止 。
一、氯化氢的性质及用途 1. 主要物理性质 氯化氢的化学式为HCl，常温下为无色、有刺激性气味的气 体，其熔点为-114.6℃，沸点为-84.1℃，比重为1.3，氯化氢气 体极易溶于水，在标准状况下，约500V氯化氢/1V水，得约 46.15%盐酸；其溶解度随温度的升高而降低(制备各种不同浓 度的盐酸)，通常浓盐酸为37%。并在溶解过程中强烈放热，氯 化氢的水溶液又称为盐酸，是最常用的无机强酸之一。 0.1MPa下气态HCl在水中的溶解度 溶解度 温度℃ 溶解度 温度℃ 507 15 459 30 491 20 442 40
石墨冷却器的技术特性 可用温度为：–20℃～165℃，可用的压力纵 向为0.4MPa，径向压力为o.4～0.6MPa，圆块 孔式石墨冷却器与石墨列管式冷却器相比，具 有更能经受压力冲击(列管式许用压力仅 0.2MPa)、更耐高温。
盐 水 工 序 基 础 知 识
HCL合成炉 剖面图
HCL出口
至HCL总管
盐 水 工 序 基 础 知 识
进气口
进液口
HCI吸收器 剖面图
出水口
进水口
出气口
下酸口
降膜式吸收塔的特点 一般用的膜式吸收塔优于绝热式填料吸收塔，主要是因为
在氯化氢气体溶于水时所释放的溶解热可以经过石墨管壁传给
冷却水而被带走，因而经过吸收后的温度较低，使吸收得效率
较高，一般可以达到85～90％，有时甚至可达95％以上，而且
出酸口的浓度较高。而填料塔的吸收效率一般仅为60～70％。 膜式吸收器的技术特性为：可用的温度气体进口不得超过 250℃，可用的压力壳程为0.3MPa、管程为0.1MPa。
尾气吸收塔的作用主要是从膜式吸收塔过来的未被吸收的氯 化氢气体再次进行吸收，最后使气相成为合格的尾气。所用 的吸收液是一次水或脱吸后的稀酸。常用的尾气吸收塔为绝 热填料塔或膜式吸收塔、大筛孔的穿流塔。但是考虑由于尾 气中含氯化氢量不多，因此一般采用绝热吸收塔，将氯化氢 气体进行吸收掉。
三、阻火器 阻火器是位于氢气进炉前管道上的，是氢气系统特有的 设备，其圆筒体底部分布板上的不是填料，而是鹅卵石或大 量的瓷片，作用在于一旦输氢故障供氢压力下降使正常的氯 氢配比失控，燃烧的火焰能从灯头倒回，若回火至缓冲器及 管道爆炸不可避免，阻火器有效的阻止火焰回入缓冲器，可 以使其熄灭于此，相当有效的保护输氢管道的安全。 四、氯、氢气缓冲罐： 氯氢缓冲罐位于进合成炉阻火器之前，是个圆筒体，有 人孔，排污口，防爆膜．其作用在于使原料气流缓冲减压， 有效的控制调节原料气压力，为合成炉安全生产，调节进炉 氯氢配比起重要平衡作用．
化工厂技术室 马宗仁 2014年7月
学习目标
能力目标
1.了解掌握氯化氢合成工 艺流程和设备设施 2.掌握合成炉点火操作、 合成系统的开车操作和停车 操作及正常操作 3.能对合成炉和合成系统 的常见异常情况进行分析处 理
知识目标
1.理解氯氢合成相关原 料和产品的性质、工业 卫生和安全技术、氯氢 合成的原理和氯氢合成 条件的选择及主要设备 的结构和工作原理 2.学会氯氢合成主要设 备和系统的操作方法。
HCl生产中的安全技术
主要是和氢气的易燃易爆性质分不开，氢气和氯气、氧气、空 气的混合气，都能形成爆炸混合物，它们在合成炉高温操作条件下， 很容易爆炸燃烧。虽然合成炉顶部设置有防爆膜，可以使危害和损 失降低到较低的水平，但在点火、紧急熄火或氯氢配比突然波动时， 仍应特别注意“氯内含氢”和“氢内含氯”，严格控制氯内氢 <0.4%，操作中防止氢中混入空气，具体举例说明如下： （1）合成炉点火时，点火人不可正对点火孔，以免火焰喷出灼 伤头部；点不着火时，必须等氢气切断后才可抽出点火棒。点火棒 取出后，须经鼓风机或水流泵抽10min以上方可重新点炉。否则若 剩余氢气没抽净，再点炉时容易引起炉子爆炸。 （2）正常停车时应逐渐调节进炉气量，氯气减少到最低流量并 关闭氢气阀，然后立即关闭氯气调节阀，最后再关闭氢气调节阀 （先断氢气后断氯气）。
（4）反应过程中，改变封闭系统中任何物质的浓度都可使链传 递终止,另外如果存在负催化剂的作用，也可以使链中断。 总之，每一次链的中断，都会减少反应继续发展的可能性，如 果存在不利条件时，还可能会使反应完全终止。 在氯碱企业的实际生产中，氯气与氢气在燃烧前并不混合（否则 会发生爆炸反应），而是通过一种特殊的设备“灯头”使氯与氢 达到均衡燃烧，生成的活化氢原子和活化氯原子的浓度相对来说 是极其微小的，所以不会出现链终止的现象。 五、影响合成的因素 1. 温度 通常氯气和氢气在常温、常压、无光的条件下反应进行很慢， 当温度达到440℃后会迅速化合。如果有触煤存在的条件下，在 150℃就能剧烈化合，甚至还可能发生爆炸。
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2. 水分 绝对干燥的氯气和氢气是很难起反应的。当有微量水分存在 时，就可以加快反应速率，水就成为促进氯与氢化合的媒介。据 有关资料显示，当氯和氢的水分含量超过0.005%时，水分的存 在对反应速率就没有多大影响。 3. 触媒 触媒一般起催化的作用，由于反应过程中离子偶极的相互作 用或由于生成氢键，质点可以极化，因而它的反应能力也起了变 化。如果有海棉状铂、木炭等多孔物质和石英、泥土等矿物质存 在时能起到接触的作用，从而提高反应速率。 4. 氯氢的分子比 根据氯化氢的合成原理，化合时氯和氢的比例为1:1的分子比。 但在实际的生产操作过程中都是控制氢过剩，一般过剩量在5% 以下，最多不超过10%，因为氢过量太多会引起爆炸等不安全因 素，并且氯过剩会影响成品氯化氢的质量。
盐酸是化学工业最基础的原料三酸两碱之一， 有着广泛的用途。盐酸又称为氢氯酸的水溶液， 也是氯碱企业中最基本的无机酸和化工原料之 一,同时还是平衡氯气产品生产能力的关键产品。 目前在中国的氯碱工业中生产的氯每年有三 分之一以上是通过合成氯化氢的方式来制成商 品盐酸或用以制造其它氯产品。以商品盐酸为 例，每年的产量均在100万吨以上，有效的给各 行各业的发展提供了支援。