宋媛媛，劉江飛

（內(nèi)蒙古烏海化工有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016034）

氯化氫合成過程關(guān)鍵技術(shù)點分析

宋媛媛，劉江飛

（內(nèi)蒙古烏?；び邢薰?，內(nèi)蒙古 烏海 016034）

根據(jù)氯化氫合成過程中的工藝特點，分析了氯氫純度、流量、冷卻水量及氯化氫純度等要素對氯化氫及鹽酸生產(chǎn)過程的影響，指出了其關(guān)鍵控制技術(shù)點，針對實際操作過程中容易發(fā)生的問題制定了相應(yīng)的措施。

氯化氫合成；過程控制；關(guān)鍵技術(shù)點

氯化氫作為PVC生產(chǎn)的重要原料，其生產(chǎn)過程存在以下特點：（1）氫氣和氯氣均屬易燃易爆氣體，生產(chǎn)控制的安全性高；（2）合成反應(yīng)過程中變量多，氯氫純度及流量受上一工序的影響，持續(xù)處于動態(tài)變化之中；（3）生產(chǎn)所需的冷卻水量及合成的氯化氫受反應(yīng)的影響也處于動態(tài)變化之中；（4）合成氣中游離氯的存在有可能造成氯乙烯合成中生成氯乙炔爆炸性氣體。這些問題的有效處置與否對整個工序的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。內(nèi)蒙古烏海化工有限公司（以下簡稱烏?；ぃ┰诼然群铣蛇^程中結(jié)合生產(chǎn)實際，設(shè)置了單回路自控系統(tǒng)，并根據(jù)企業(yè)工藝特點制定了相應(yīng)的異常情況應(yīng)對措施，從而確保了整個工序長周期安全運行。

1 氯化氫合成生產(chǎn)工藝

氯化氫合成工序包含氯氫處理、氯化氫合成、事故氯處理、外送氯化氫及鹽酸制取5個單元。

原料氫氣由氯氫處理工序輸送進入氫氣總管，經(jīng)流量計、截止閥、調(diào)節(jié)閥、切斷閥進入二合一石墨合成爐燈頭底部。氫氣壓力通過自動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，放空氫氣經(jīng)阻火器后放空。

原料氯氣由氯氫處理工序送入氯氣緩沖罐，與液氯工段送來的尾氯在氯氣緩沖罐內(nèi)混合，經(jīng)緩沖穩(wěn)壓后的氯氣進入氯氣管道，經(jīng)截止閥、調(diào)節(jié)閥、切斷閥進入合成爐燈頭。

在合成爐內(nèi)按 Cl2∶H2=1.00∶1.05～1.00∶1.10 的配比經(jīng)燈頭進入合成爐，在燈頭上合成燃燒。合成的氯化氫氣體經(jīng)冷卻器冷卻后導出，在40℃下進入氯化氫分配臺，供PVC或去降膜吸收塔制成鹽酸。

從合成爐出口冷凝下來的冷凝酸，與氯化氫緩沖罐冷凝下來的冷凝酸，流入冷凝酸儲槽，打入鹽酸調(diào)整罐用于調(diào)整成品酸濃度。純水自純水總管進入純水罐，經(jīng)純水泵加壓后，進入合成爐夾套，自下而上流入冷卻合成爐，合成爐汽包處產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽并網(wǎng)閥調(diào)節(jié)后進入蒸汽分配臺，送入低壓蒸汽管道用于廠區(qū)內(nèi)蒸汽用戶使用。

在特殊情況下（如生產(chǎn)出現(xiàn)異常等）短時間VCM工序停用氯化氫氣體，則將氯化氫氣倒吸收制取高純鹽酸。氯化氫經(jīng)蝶閥倒入氯化氫吸收系統(tǒng)經(jīng)一級降膜吸收器，吸收后的剩余氣體進入二級降膜吸收器再吸收后放空，成品酸從一級降膜吸收器底部自流進入鹽酸儲罐待售。

2 關(guān)鍵技術(shù)點分析

2.1 氯氫純度及流量

氯氣、氫氣的壓力與純度是影響氯化氫純度合格率的主要因素，氯氣、氫氣壓力影響因素占近50%，氯氣、氫氣純度約占25%，其他因素不足25%[1]。

（1）針對氯氣、氫氣壓力波動，實踐證明增加數(shù)字顯示器有利于生產(chǎn)操作。一般進合成爐氯氣壓力用自動控制閥控制在（130±10）kPa，當因系統(tǒng)原因氯氣壓力高于145 kPa時，去事故氯自動閥打開，輸送氯氣到事故氯裝置，保證氯氣系統(tǒng)壓力恒定，確保不過氯。氫氣壓力自控閥壓力高于設(shè)定值88 kPa時就會自動放空，氫氣壓力上下波動不足1%。

（2）氫氣中含水高是影響氯化氫純度合格率的主要因素。在氯氫處理工序通過增加氫氣冷卻器和除霧器，并保證冷卻效果，可以達到充分干燥氫氣的目的。

（3）合成爐燈頭腐蝕會導致合成爐運行時氯氣、氫氣混合不均勻，造成氯化氫純度不穩(wěn)定，是導致氯化氫純度合格率降低的主要原因。腐蝕的主要原因則是氫氣中含水量大，因此應(yīng)多放水、勤檢查或更換燈頭，經(jīng)常維護保養(yǎng)氯氣、氫氣自控閥。

2.2 氯氫配比

現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)對氯化氫配比有兩種控制方式，一種是通過自控閥人工調(diào)節(jié)控制的方式，另一種是采用DCS控制技術(shù)。DCS控制克服了傳統(tǒng)配比過程中存在的誤差較大，同時波動較大的缺陷?？傊浔瓤刂频淖罱K目的是達到 Cl2∶H2=1.00∶1.05～1.00∶1.10的最佳范圍。

傳統(tǒng)的控制手段是根據(jù)火焰的顏色，手動調(diào)節(jié)氯、氫流量來達到系統(tǒng)的控制。由于通常設(shè)備產(chǎn)能較大，一旦進合成爐的氯、氫流量、壓力或配比發(fā)生細微變化，都會造成過量氯氣在氯乙烯合成工序中與乙炔反應(yīng)生成氯乙炔，對安全造成重大影響。同時游離氯在制酸時若尾氣含氯高，會形成氫氯爆炸性混和氣體，嚴重的會造成尾氣系統(tǒng)爆炸。結(jié)合實際工藝進行安全分析，在氯化氫合成中采用單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)可克服這一缺陷[2]。

氯化氫合成全自動化控制系統(tǒng)通過氯氣、氫氣壓力和流量設(shè)定值對進爐氯氣、氫氣進行自動調(diào)節(jié)配比，設(shè)定進爐的氫氣和氯氣壓力、流量。雙重數(shù)據(jù)設(shè)定保證了進入合成爐內(nèi)參與合成氯化氫反應(yīng)的氯氣和氫氣的最佳量，所產(chǎn)的氯化氫純度高、不含游離氯，為氯乙烯合成工序安全生產(chǎn)提供了可靠保證。這些裝置的安全性具有以下幾方面的特點。

（1）氫氣進爐前的壓力聯(lián)鎖控制

在氫氣分配臺設(shè)置大小2個放空調(diào)節(jié)閥。當氫氣總管超壓時，自動打開小調(diào)節(jié)閥放空，當小調(diào)節(jié)閥全開，壓力仍較高時自動打開大調(diào)節(jié)閥放空。壓力下降時先關(guān)大閥再關(guān)小閥。當氫氣總管壓力達到低低值60 kPa時，聯(lián)鎖停所有合成爐，同時關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、氯氣切斷閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣切斷閥，打開去吸收調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥。

（2）氯氣進爐前的壓力聯(lián)鎖控制

在氯氣緩沖罐上設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)閥。當氯氣總管超壓時，緩沖罐上調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖自動打開去事故氯吸收。當氯氣總管壓力達到高高值170 kPa時，聯(lián)鎖停所有合成爐，同時關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、氯氣切斷閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣切斷閥，打開去吸收調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥。

（3）進爐氫氣、氯氣切斷閥、充氮閥聯(lián)鎖控制

DCS設(shè)置了合成爐一鍵停車按鈕，當按下停車按鈕后，氫氣、氯氣進口切斷閥、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，充氮閥聯(lián)鎖自動打開，HCl去吸收調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖自動打開，同時聯(lián)鎖關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥，以防止乙炔氣倒入。吸收水調(diào)節(jié)閥同時聯(lián)鎖打開，同時關(guān)閉乙炔進混合器閥門。當HCl總管壓力超過指標（設(shè)定值65 kPa），或混合器溫度高于指標時（設(shè)定大于等于45℃或增長速度大于等于3℃/2 s），聯(lián)鎖所有HCl合成爐自動打開HCl去吸收調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥以防止乙炔氣倒入，同時打開吸收水調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉乙炔進混合器閥門。

（4）電解停車時的聯(lián)鎖控制

當電解跳停，聯(lián)鎖所有運行合成爐氫氣、氯氣進口切斷閥關(guān)閉、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，充氮閥自動打開，自動打開HCl去吸收調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)閉VCM工段氯化氫切斷閥，以防止乙炔氣倒入，同時打開吸收水調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉乙炔進混合器閥門。

（5）配比聯(lián)鎖停車

當單臺或所有合成爐氫氣/氯氣配比達到低低值或高高值時，同時關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、氯氣切斷閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣切斷閥，充氮閥自動打開。

2.3 冷卻水

氯氣與氫氣在常溫常壓無光的條件下的反應(yīng)速度是非常緩慢的，但在440℃以上卻迅速化合，因此一般在溫度較高的情況下可以發(fā)生反應(yīng)，但溫度如果高于1 500℃時，就有顯著的熱分解現(xiàn)象。氯與氫的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，有大量的熱量產(chǎn)生，這種熱量使生成的氯化氫氣溫度升高。因此必須設(shè)法把合成過程中產(chǎn)生的熱量移出，反應(yīng)才能向有利于生成氯化氫的方向移動。

點爐前，關(guān)閉蒸汽排空閥；點著爐關(guān)閉爐門后，調(diào)節(jié)氯、氫氣總流量在600 m3/h（因氫氣彎管流量計在低流量下顯示不準確，原則上氯氣流量不超過300 m3/h）運行四五小時左右，當汽包壓力升至100 kPa時，將蒸汽排空閥打開，視壓力情況調(diào)節(jié)，保持壓力不低于100 kPa并穩(wěn)定。

當汽包蒸汽壓力升至150kPa，在不低于150kPa情況下，緩慢開啟蒸汽閥并網(wǎng)，將副產(chǎn)蒸汽并入低壓蒸汽分配臺，運行四五小時后開始提量，調(diào)節(jié)氯、氫總流量。保持汽包液位在60%～70%，視液位情況開啟純水調(diào)節(jié)閥。

根據(jù)酸的日產(chǎn)量及平衡HCl氣來決定吸收水流量的大小，特別在冬季停車時應(yīng)注意將爐外冷卻水放凈（或常流水）以防凍結(jié)。點火開車前需先打開合成爐冷卻水至規(guī)定液位，并打開石墨冷卻器、吸收器循環(huán)水。

2.4 鹽酸制取

最初點火時不合格鹽酸先進入調(diào)整罐，分析合格后改進高純酸罐。

2.5 外送氯化氫

將DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用在生產(chǎn)和輸送上，通常具有以下幾方面的優(yōu)點.

（1）將合成爐火焰控制信號引入DCS系統(tǒng)控制，使所有控制參數(shù)自動聯(lián)鎖控制。當有危險發(fā)生時，均能利用DCS系統(tǒng)進行控制，使其處于安全狀態(tài)。

（2）通過DCS可實現(xiàn)復雜控制系統(tǒng)和安全聯(lián)鎖報警系統(tǒng)，從而降低故障率，提高生產(chǎn)中的安全性，也降低了現(xiàn)場操作人員和儀表維護人員的勞動強度。

（3）通過DCS可將系統(tǒng)控制、連續(xù)控制、聯(lián)鎖控制有機結(jié)合，實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進的控制方式，并可以方便加入所需要的特殊控制模塊和控制算法。

3 控制中的注意事項

（1）應(yīng)將DCS與人工控制相結(jié)合

氯化氫合成過程中影響因素較多，DCS是近年來系統(tǒng)平穩(wěn)之后研發(fā)的一種控制方式，在氯氫純度、流量、壓力平穩(wěn)的狀態(tài)下其控制優(yōu)點明顯，但因受設(shè)備、操作水平、電器、儀表等因素的影響較大，盡管采取了許多應(yīng)急編程，但必須將其與人工控制很好的結(jié)合，同時要加強各儀表和控制系統(tǒng)的維護。

（2）加強對游離氯的控制

游離氯對氯乙烯合成及制酸都有很大的影響，因此在控制氯化氫純度與游離氯之間應(yīng)優(yōu)先以游離氯為前提。

（3）加強與氯乙烯合成的事故演練

通常氯化氫合成與氯乙烯合成之間設(shè)有應(yīng)急電話，主要是應(yīng)對緊急情況，由于游離氯出現(xiàn)時通常混合器溫度急劇升高，要求立即作出處理，因此應(yīng)加強這方面的事故演練，以增強對突發(fā)事故的應(yīng)變能力。

（4）控制過程中防止提氫控制的異常

精餾尾氣回收中的氫氣需回用至氯化氫合成，由于這部分氫氣控制通常波動較大，一般將其穩(wěn)壓處理后并入，實際控制中要密切注意其壓力變化。若回收運行波動過大還會造成回收氫氣純度的變化，這也是需要注意的。

（5）制得的蒸汽并網(wǎng)應(yīng)預(yù)防意外

經(jīng)二合一爐產(chǎn)生的蒸汽通常用作采暖或通往PVC聚合汽提使用，實際生產(chǎn)中采用與高壓蒸汽串用的方式，因此需要防止高壓蒸汽倒入合成爐影響生產(chǎn)。

4 結(jié)語

要使氯化氫合成過程既保證安全生產(chǎn)，又使合成氣的純度及工序生產(chǎn)平穩(wěn)運行必須結(jié)合自身工藝的實際情況不斷完善相應(yīng)的配置，在關(guān)鍵閥門的選型上加以比較，保證DCS控制系統(tǒng)的實施，同時也要切實提高操作人員的技術(shù)水平，加強其處理異常情況的能力，最終達到整個裝置高效化和最佳經(jīng)濟生產(chǎn)。

［1］曹 璐．提高氯化氫純度的措施．氯堿工業(yè)，2008（7）：31－32．

［2］吳 彬，庫爾班艾力，吉建紅，任愛江．DCS控制系統(tǒng)在氯化氫合成中的設(shè)計及應(yīng)效果．2008年全國燒堿行業(yè)技術(shù)年會論文集，136－138．

Analysis of the key technology points of hydrogen chloride synthesis process

SONG Yuan-yuan，LIU Jiang-fei

（ Inner Mongolia Wuhai Chemical Co.,Ltd.,Wuhai 016034，China）

According to process characteristics of hydrogen chloride synthesis process to analyze the influence of the main parameters of the chlorine and hydrogen purity and flow，rate of cooling water，the purity of hydrogen chloride and hydrochloric acid production process，and points out the key control technology，prone to problems in the process of formulating the corresponding measures.

hydrogen chloride synthesis；process control；key technical points

TQ124.4+2

B

1009-1785(2017)12-0003-03

2017-08-22