氯化氢合成炉副产蒸汽回收利用

氯化氢合成炉副产蒸汽回收利用

摘要：在氯化氢合成反应过程中，氢气和氯气的化合反应是一个剧烈的放热反应，有效地利用氯化氢合成过程中的反应余热，变废为宝，在能源日益紧张的今天，特别是氯碱行业中具有重要的现实意义。在传统的副产热水氯化氢合成炉的

基础上该公司引进副产蒸汽的氯化氢合成炉，实现了资源的合理配置、有效利用、循环使用的可持续发展的理念和目标。

关键词：氯化氢；石墨合成炉；副产蒸汽

基于某市区的电石法生产线由于存在安全环保方面的问题而停产，而联合法 PVC 生产工艺的

主要原料二氯乙烷依赖进口，其价格起伏很大，给正常生产经营带来较大困难。该公司引进

的副产蒸汽氯化氢合成炉在热能利用方面克服了缺点，氯化氢合成反应产生的热量，通过热

水送至溴化锂热水型制冷机组制冷，采暖装置向全公司供应暖气。在氯化氢合成反应放出来

的热，溴化锂热水型制冷机组并不能完全吸收，造成氯化氢合成炉热水循环系统热量富余，

使循环热水系统温度升高，影响氯化氢合成炉的正常运行。该公司采用副产蒸汽石墨合成炉

蒸汽炉，成功解决了问题，并且将副产的蒸汽根据氯碱化工生产的特点进行利用，实现了富

裕热量的最大有效的利用，降低生产成本。

一、合成炉选型

对于氯化氢合成中的热能利用，国内最早使用钢制水夹套氯化氢合成炉副产热水，但在

生产过程中，炉的顶部及底部易受腐蚀而影响稳定生产，且副产的热水应用范围小。近年来，行业内普遍使用副产低压蒸汽的石墨合成炉，副产蒸汽压力一般在0.2-0.3 MPa，石墨筒体作

为产汽时的受压部件，由于其本身的非金属、脆性特点，受强度和使用温度的限制，副产蒸

汽压力不能太高，热能利用率低，只能达到40% 左右，同样存在低压蒸汽应用范围小的问题。随着技术不断进步，开发出了副产中压蒸汽氯化氢合成炉。该合成炉在高温区段参照锅炉原

理使用钢制水冷壁炉筒，由于高温段钢制件壁温在氯化氢的露点108.65 ℃以上，高热氯化氢气体对碳钢的腐蚀速度在允许范围；合成炉顶部用石墨换热器，底部采用水夹套石墨炉胆。

这样的设计，既克服了纯石墨炉筒强度低不能生产中高压蒸汽的缺点，又避免了钢制合成炉

顶部和底部容易受腐蚀的问题，热能利用率也大幅度提高至 70% 左右。因此，在项目中选择

了副产中压蒸汽的钢石墨混合体合成炉。

二、氯化氢合成炉存在问题

由于在设备、工艺的设计上存在诸多问题，开车后始终不能正常运行，不但不能生产中

压蒸汽，还影响后续 PVC 的生产，发现主要存在以下问题。

1、燃烧段的水夹套石墨炉胆经常出现爆皮、破裂和泄漏，分析认为：合成路灯头结构

设计不合理，该灯头采用两层顶部莲蓬状石英灯头，燃烧时火焰发散，氯气和氢气不能充分

混合，氯化氢纯度不稳定，导致燃烧段局部温度过高；合成炉燃烧段结构设计不合理，合成

炉高温区下移。

2、蒸发段为钢制水冷壁炉筒，经常出现腐蚀泄漏。分析后认为，主要存在两个方面的

原因。①该合成炉冷却段采用石墨列管换热器，来自蒸发段的高热氯化氢气体经冷却段冷却

降温后温度达到氯化氢露点（108.65 ℃）以下，有冷凝酸析出；而冷却段石墨列管换热器设

计中没有考虑冷凝酸排出口，冷却段析出的冷凝酸直接流到蒸发段的钢制水冷壁炉筒，产生

腐蚀尤其是开、停车时蒸发段的钢制水冷壁温度较低，产生的冷凝酸腐蚀炉壁并沿炉壁渗入

法兰密封面产生腐蚀。②该合成炉设计中，在冷却段之后，还通过石墨管在密闭的渡槽中用

循环水进一步降温。由于渡槽内循环水压力（0.4MPa）高于石墨管内氯化氢压力（70 kPa），加之石墨管内氯化氢温度相对较高，易使密封胶垫老化，循环水直接进入合成炉内，造成蒸

发段腐蚀。

3、蒸发段热水循环系统设计不合理。原设计中合成炉锅炉给水采用高压泵，在冷却段

预热后进入闪蒸罐，热水再进入循环罐，用离心热水泵为蒸发段强制循环该设计的目的是增

加热水的循环速度，提高换热效率。在实际运行中，由于整个热水系统压力偏高，达到 1 MPa 以上，设备极易损坏，同时由于热水温度高，热水泵经常产生气蚀，致使其叶轮和机械

密封频繁更换。

三、氯化氢合成炉系统改造

1、对燃烧段灯头进行了重新设计，将两层莲蓬状灯头改为三层石英管灯头；同时为使

反应热得到充分利用，将高温区上移至蒸发段。改造后，氯化氢纯度得到大幅提高，由 90%

左右提高到 94% 以上，也解决了莲蓬状灯头燃烧时火焰发散而造成局部温度过高的问题。另外，在厂家的配合下，对燃烧段进行了重新设计，适当降低了燃烧段高度。改造后，解决了

燃烧段温度过高引起的石墨炉胆爆皮、破裂、泄漏问题。

2、对冷却段进行了重新设计，将石墨列管换热器更换为块孔式石墨换热器，将氯化氢

流径由单程改为双程，并在冷却器的氯化氢出口设置冷凝酸收集口，彻底解决了冷凝酸直接

排至蒸发段而腐蚀钢制水冷壁炉筒的问题。在增大块孔石墨冷却器换热面积的基础上，金牛

化工对密封水冷渡槽也进行了设计改造，根据氯化氢气体出合成炉冷却段温度已大幅降低的

现状，选用衬氟钢管道作为空冷管替代水冷渡槽，因此，彻底解决了渡槽密封泄漏对蒸发段

的腐蚀问题。

3、将锅炉给水由先进入冷却段预热改为直接进入蒸汽包，闪蒸产生 0．6 MPa 蒸汽，经

缓冲罐自动阀调节后外送用户；底部热水进入蒸发段作为锅炉补水。冷却段用大流量循环水

冷却降温，取消热水泵、热水循环罐等，参照蒸汽锅炉的自循环系统，采用蒸汽自身热动力

循环；增加1台换热器用于开、停车时锅炉给水及炉体的加温预热。

四、氯化氢合成炉运行措施

1、副产蒸汽氯化氢合成炉运行一段时间后，锅炉段夹套内锅炉水的 pH 值逐渐降低，分

析原因是夹套内锅炉水长期沸腾蒸发，使水不断浓缩，水中的 H + 浓度不断升高导致 pH 值降低。水质发红发浑的原因是：夹套层材质是铁制壳体，在酸性条件下水中含铁。采取了以下

措施：①加强对夹套水 pH 值监测，每班测定一次，如发现 pH 值偏低，在夹套水中加少量

Na2CO3 进行调节；②在夹套水循环槽排放口小流量连续排放夹套水，排放的夹套水可回收

到循环水系统，并且根据水质的浑浊程度判断是否全部排放更换夹套水。

2、合成炉石墨炉体密封垫渗漏。副产蒸汽氯化氢合成炉在运行初期出现过几次石墨冷

却段密封垫渗漏事故。该合成炉的密封大部分是挤压式密封，密封点相对较多，密封面积大，采取了以下措施：设备安装检修时选择质量好、弹性大的聚四氟乙烯密封垫；设备运行期间

加强巡检，一旦发现合成炉炉体的冷凝水增多，则很可能发生密封垫渗漏，须及时处理；另外，对炉体上的视镜及防膜等处便于拆卸的密封点进行周期性检查，及时更换出现问题的密

封垫。

氯化氢合成系统改造后，设备运行稳定，开车率大幅提高，保证后续 PVC 正常生产的同时，运行费用也得到大幅降低。副产蒸汽回收经过运行，合成炉运行状态稳定，未出现合成

炉因蒸汽压力高造成设备内漏现象，除因管网压力波动造成蒸汽放空外，系统运行正常，溴

化锂机组运行正常。为了降低蒸汽压力上升对合成炉垫片寿命的影响，需要重新调整合成炉

循环检修的周期，确保生产系统的安全稳定。副产蒸汽氯化氢合成炉工艺先进，操作简单，