氯化氢合成工艺技术及装置的选择

氯化氢合成工艺技术及装置的选择

摘要：介绍了氯化氢合成工艺技术，就装置的选择对国产合成炉和国外合成炉进行了对比。

关键词：氯化氢合成国产合成炉国外合成炉

我公司1 00万t/a PVC项目，其中一期工程拟建30万t/a烧碱装置，24万t/a HC1（折lOO%HCl）装置，高纯盐酸4.5万t/a(折31%HCl)。

我公司在氯化氢合成工序，工艺技术采用热量回收副产蒸汽的正压二合一石墨合成炉，合成的氯化氢气经冷却后可直接送至VCM装置，不需设置加压系统，副产蒸汽供冷冻工序溴化锂机组生产烧碱装置和乙炔装置所需的+7℃冷冻水。氯化氢吸收系统按全负荷吸收设计，采用6套吸收系统，其中2套负压吸收系统，用于点火和生产烧碱装置自用盐酸，4套正压吸收系统，用于事故吸收。VCM装置所需氯化氢和离子膜烧碱装置自用盐酸所需的氯化氢的总量约为815t/d，结合国内目前已有成熟的正压合成炉生产能力，暂按选用国产的单台生产能力为135t/d的副产蒸汽的正压二合一石墨合成炉6+1套。故采用国产合成炉在合成工艺技术及装置配置上是可行的。

下面主要从以下几个方面就国产合成炉和国外合成炉进行比较。

1氯化氢合成炉的结构特点

国产合成炉由钢制外壳、热能利用器、气室、石墨炉盖、下酸盘、

石英灯头、固定件以及合成筒等组成。采用全自动补水，高、低水位控制及报警，压力和液位远传等装置，合成炉直径1. 6m。该HC1石墨蒸汽炉的所有石墨件均采用改性树脂浸渍，并通过时效不少于25d 的特殊高温碳化处理，以达到耐高温、高压，浸渍后的石墨设备不管从强度上、导热系数上、还是密度及耐温性能等方面都比酚醛树脂浸渍的产品高，其技术特性：

炉内设计压力：≤0. 12MPa

夹套设计压力：≤0. 45MPa

炉内设计温度：≤450℃

夹套设计温度：≤170℃

氯化氢纯度：≥94%

HC1经冷却器出口温度：≤45℃

炉内介质：Ho、Cl、HC1

氯、氢合成后的HC1中游离氯的含量为零（氧化还原分析）

夹套使用介质：脱盐水、蒸汽

氯化氢日产量：按设备型号可产5:-150t

输送方法：正压直送PVC

热能利用：可产0. 3MPa的蒸汽。

国外合成炉卡朋罗兰公司工艺的核心就是其合成装置（联为一体的燃烧室加冷却器），炉子直径Im以内，由于使用了浸渍石墨，氢气和氯气燃烧产生的热量可以回收，通过流向闪蒸器的加压水回路，热量在合成炉冷却器单元中得到回收利用，主要有浸渍石墨材料制成，卡拉飞罗3型石墨是全球最好的耐氯化氢腐蚀的材料。产品冷HC1气体的技术特性（氢气过量5%）：

界区压力：≥0. 6barclbar=l05Pa

温度：≤45℃

氯化氢纯度：≥94%

游离氯：≤50PPm cv/v

流量：3575Nm3／h

2氯化氢合成炉的自动点火、自动配比及自动连锁保护系统的问题

国产合成炉氯化氢合成系统副产蒸汽是利用HC1合成反应热量来副产蒸汽的，是一个自动化程度要求较高的节能装置，自动点火系统包括点火程控柜、高压发生装置、点火枪燃烧器、燃气控制装置、助燃气控制装置及其他监测装置等，并配合系统安全连锁装置。当连

锁条件满足时、立即执行停车保护程序或者转换到氯化氢吸收工序。氢气、氯气实现自动配比控制，可以根据生产控制中HC1的纯度分析来设定氢气、氯化氢适合的比值，在生产中若氢气、氯气的纯度在波动时，及时分析HC1纯度来调整比值实现两者的自动控制。

国外合成炉卡朋罗兰石墨合成炉采用上点火方式，同时采用全自动控制设计，氢气和氯气的流量是用安装在氯气线和氢气线上的孔板流量计进行测量的，自动化控制系统相对比较完善，自动点火运行时利用光电感应器对火焰的燃烧情况进行观察，并将信号传输到控制系统，合成装置可配有远程遥控自动点火系统，使用点火枪，系统可以设计成“单一按钮”启动整个装置或者是手动、半自动或全自动点火开车。在装置开始开车时，按顺序安全点燃导向氢气和导向燃烧空气实现安全初级燃烧，一旦初级燃烧发生后，通过通入低流量的氮气代替导向氢气和导向燃烧空气，导向火焰熄灭。余下的启动过程将按这顺序完成，初级的燃烧空气逐步被氯气取代，直到只有氢气和氯气在燃烧为止，燃烧空气被氯气的取代可以通过手动或自动过程控制来实现。

3氯化氢合成炉副产蒸汽供配套溴化锂机组制冷问题

我公司本装置采用7台副产蒸汽二合一氯化氢合成炉，单台生产能力为140t/d，6开1备，一期以30万t/a NaOH为基准，则氯气26. 63万t/a，去除4万t/a的液氯，则需氯化氢合成进行氯平衡的量为22. 63万t/a，每年按8000h有效时间计算，折合氯化氢为29. 08t。

3.1氯化氢合成反应热Q反

化学反应方程式为：H。+Cl。一2HC i+o

反应热常数为185kj／mol

则氯化氢合成反应每小时所产生的总热量为：

Q反二(29. 08×106×185)／(2×36.5)二7．37×lO´kJ

3.2氯化氢带出的热量QHC1

氯化氢气体出炉温度平均以500℃计，氯化氢气体在500℃的比热为Cp=0. 833kj/(kg．℃)

QHn=29. 08×10 3×o.833×500=1. 21*10´kJ

3.3氯化氢合成系统多余的热量Q余

氯气、氢气带入系统的热量忽略不计，炉体、管网及蒸汽散热按25%计，则每小时多余的反应热为：

Q余二（Q反-QHC1）×75%二4.62×lO´kJ

即每年多余的反应热为：

4. 62×107×8000=36. 96×lO´okJ

3.4溴化锂机组选型

蒸汽型溴化锂制冷机组是以蒸汽为动力，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在真空状态下低沸点汽化，吸收冷水的热量而达到制冷的目的。

根据双良所提供的H2型蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组技术参数，结合烧碱装置和乙炔装置所需冷量，并考虑一定的损耗和富裕能力，选用4台（三开一备）SX23334DH。MH。型蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组，生产+7℃冷水，制冷功率为3 340kW。机组的主要参数如下：

机组型号SX23-334DH2M

制冷量287万kcal／h (3340kW)

冷水量57 4rri3／1i，进出口水温12—7℃

蒸汽耗量4478kg/h

冷却水量903rri3／li，进出口水温32*38℃

H2型蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组年用热总量Q

Q=2307×4478×8000=8. 26×lO´okJ

则36. 96×lOiokj/8. 26×lO´okj=4. 47>4

（故至少4台H。型蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组）