氯化氢合成过程关键技术点分析

宋媛媛，刘江飞

（内蒙古乌海化工有限公司，内蒙古 乌海 016034）

氯化氢合成过程关键技术点分析

宋媛媛，刘江飞

（内蒙古乌海化工有限公司，内蒙古 乌海 016034）

根据氯化氢合成过程中的工艺特点，分析了氯氢纯度、流量、冷却水量及氯化氢纯度等要素对氯化氢及盐酸生产过程的影响，指出了其关键控制技术点，针对实际操作过程中容易发生的问题制定了相应的措施。

氯化氢合成；过程控制；关键技术点

氯化氢作为PVC生产的重要原料，其生产过程存在以下特点：（1）氢气和氯气均属易燃易爆气体，生产控制的安全性高；（2）合成反应过程中变量多，氯氢纯度及流量受上一工序的影响，持续处于动态变化之中；（3）生产所需的冷却水量及合成的氯化氢受反应的影响也处于动态变化之中；（4）合成气中游离氯的存在有可能造成氯乙烯合成中生成氯乙炔爆炸性气体。这些问题的有效处置与否对整个工序的安全生产至关重要。内蒙古乌海化工有限公司（以下简称乌海化工）在氯化氯合成过程中结合生产实际，设置了单回路自控系统，并根据企业工艺特点制定了相应的异常情况应对措施，从而确保了整个工序长周期安全运行。

1 氯化氢合成生产工艺

氯化氢合成工序包含氯氢处理、氯化氢合成、事故氯处理、外送氯化氢及盐酸制取5个单元。

原料氢气由氯氢处理工序输送进入氢气总管，经流量计、截止阀、调节阀、切断阀进入二合一石墨合成炉灯头底部。氢气压力通过自动调节阀调节，放空氢气经阻火器后放空。

原料氯气由氯氢处理工序送入氯气缓冲罐，与液氯工段送来的尾氯在氯气缓冲罐内混合，经缓冲稳压后的氯气进入氯气管道，经截止阀、调节阀、切断阀进入合成炉灯头。

在合成炉内按 Cl2∶H2=1.00∶1.05～1.00∶1.10 的配比经灯头进入合成炉，在灯头上合成燃烧。合成的氯化氢气体经冷却器冷却后导出，在40℃下进入氯化氢分配台，供PVC或去降膜吸收塔制成盐酸。

从合成炉出口冷凝下来的冷凝酸，与氯化氢缓冲罐冷凝下来的冷凝酸，流入冷凝酸储槽，打入盐酸调整罐用于调整成品酸浓度。纯水自纯水总管进入纯水罐，经纯水泵加压后，进入合成炉夹套，自下而上流入冷却合成炉，合成炉汽包处产生的蒸汽经蒸汽并网阀调节后进入蒸汽分配台，送入低压蒸汽管道用于厂区内蒸汽用户使用。

在特殊情况下（如生产出现异常等）短时间VCM工序停用氯化氢气体，则将氯化氢气倒吸收制取高纯盐酸。氯化氢经蝶阀倒入氯化氢吸收系统经一级降膜吸收器，吸收后的剩余气体进入二级降膜吸收器再吸收后放空，成品酸从一级降膜吸收器底部自流进入盐酸储罐待售。

2 关键技术点分析

2.1 氯氢纯度及流量

氯气、氢气的压力与纯度是影响氯化氢纯度合格率的主要因素，氯气、氢气压力影响因素占近50%，氯气、氢气纯度约占25%，其他因素不足25%[1]。

（1）针对氯气、氢气压力波动，实践证明增加数字显示器有利于生产操作。一般进合成炉氯气压力用自动控制阀控制在（130±10）kPa，当因系统原因氯气压力高于145 kPa时，去事故氯自动阀打开，输送氯气到事故氯装置，保证氯气系统压力恒定，确保不过氯。氢气压力自控阀压力高于设定值88 kPa时就会自动放空，氢气压力上下波动不足1%。

（2）氢气中含水高是影响氯化氢纯度合格率的主要因素。在氯氢处理工序通过增加氢气冷却器和除雾器，并保证冷却效果，可以达到充分干燥氢气的目的。

（3）合成炉灯头腐蚀会导致合成炉运行时氯气、氢气混合不均匀，造成氯化氢纯度不稳定，是导致氯化氢纯度合格率降低的主要原因。腐蚀的主要原因则是氢气中含水量大，因此应多放水、勤检查或更换灯头，经常维护保养氯气、氢气自控阀。

2.2 氯氢配比

现在行业内对氯化氢配比有两种控制方式，一种是通过自控阀人工调节控制的方式，另一种是采用DCS控制技术。DCS控制克服了传统配比过程中存在的误差较大，同时波动较大的缺陷。总之，配比控制的最终目的是达到 Cl2∶H2=1.00∶1.05～1.00∶1.10的最佳范围。

传统的控制手段是根据火焰的颜色，手动调节氯、氢流量来达到系统的控制。由于通常设备产能较大，一旦进合成炉的氯、氢流量、压力或配比发生细微变化，都会造成过量氯气在氯乙烯合成工序中与乙炔反应生成氯乙炔，对安全造成重大影响。同时游离氯在制酸时若尾气含氯高，会形成氢氯爆炸性混和气体，严重的会造成尾气系统爆炸。结合实际工艺进行安全分析，在氯化氢合成中采用单闭环比值控制系统可克服这一缺陷[2]。

氯化氢合成全自动化控制系统通过氯气、氢气压力和流量设定值对进炉氯气、氢气进行自动调节配比，设定进炉的氢气和氯气压力、流量。双重数据设定保证了进入合成炉内参与合成氯化氢反应的氯气和氢气的最佳量，所产的氯化氢纯度高、不含游离氯，为氯乙烯合成工序安全生产提供了可靠保证。这些装置的安全性具有以下几方面的特点。

（1）氢气进炉前的压力联锁控制

在氢气分配台设置大小2个放空调节阀。当氢气总管超压时，自动打开小调节阀放空，当小调节阀全开，压力仍较高时自动打开大调节阀放空。压力下降时先关大阀再关小阀。当氢气总管压力达到低低值60 kPa时，联锁停所有合成炉，同时关闭氯气调节阀、氯气切断阀、氢气调节阀、氢气切断阀，打开去吸收调节阀，关闭VCM工段氯化氢切断阀。

（2）氯气进炉前的压力联锁控制

在氯气缓冲罐上设置了压力调节阀。当氯气总管超压时，缓冲罐上调节阀联锁自动打开去事故氯吸收。当氯气总管压力达到高高值170 kPa时，联锁停所有合成炉，同时关闭氯气调节阀、氯气切断阀、氢气调节阀、氢气切断阀，打开去吸收调节阀，关闭VCM工段氯化氢切断阀。

（3）进炉氢气、氯气切断阀、充氮阀联锁控制

DCS设置了合成炉一键停车按钮，当按下停车按钮后，氢气、氯气进口切断阀、调节阀关闭，充氮阀联锁自动打开，HCl去吸收调节阀联锁自动打开，同时联锁关闭VCM工段氯化氢切断阀，以防止乙炔气倒入。吸收水调节阀同时联锁打开，同时关闭乙炔进混合器阀门。当HCl总管压力超过指标（设定值65 kPa），或混合器温度高于指标时（设定大于等于45℃或增长速度大于等于3℃/2 s），联锁所有HCl合成炉自动打开HCl去吸收调节阀，同时关闭VCM工段氯化氢切断阀以防止乙炔气倒入，同时打开吸收水调节阀，关闭乙炔进混合器阀门。

（4）电解停车时的联锁控制

当电解跳停，联锁所有运行合成炉氢气、氯气进口切断阀关闭、调节阀关闭，充氮阀自动打开，自动打开HCl去吸收调节阀，同时关闭VCM工段氯化氢切断阀，以防止乙炔气倒入，同时打开吸收水调节阀，关闭乙炔进混合器阀门。

（5）配比联锁停车

当单台或所有合成炉氢气/氯气配比达到低低值或高高值时，同时关闭氯气调节阀、氯气切断阀、氢气调节阀、氢气切断阀，充氮阀自动打开。

2.3 冷却水

氯气与氢气在常温常压无光的条件下的反应速度是非常缓慢的，但在440℃以上却迅速化合，因此一般在温度较高的情况下可以发生反应，但温度如果高于1 500℃时，就有显著的热分解现象。氯与氢的反应是放热反应，有大量的热量产生，这种热量使生成的氯化氢气温度升高。因此必须设法把合成过程中产生的热量移出，反应才能向有利于生成氯化氢的方向移动。

点炉前，关闭蒸汽排空阀；点着炉关闭炉门后，调节氯、氢气总流量在600 m3/h（因氢气弯管流量计在低流量下显示不准确，原则上氯气流量不超过300 m3/h）运行四五小时左右，当汽包压力升至100 kPa时，将蒸汽排空阀打开，视压力情况调节，保持压力不低于100 kPa并稳定。

当汽包蒸汽压力升至150kPa，在不低于150kPa情况下，缓慢开启蒸汽阀并网，将副产蒸汽并入低压蒸汽分配台，运行四五小时后开始提量，调节氯、氢总流量。保持汽包液位在60%～70%，视液位情况开启纯水调节阀。

根据酸的日产量及平衡HCl气来决定吸收水流量的大小，特别在冬季停车时应注意将炉外冷却水放净（或常流水）以防冻结。点火开车前需先打开合成炉冷却水至规定液位，并打开石墨冷却器、吸收器循环水。

2.4 盐酸制取

最初点火时不合格盐酸先进入调整罐，分析合格后改进高纯酸罐。

2.5 外送氯化氢

将DCS控制系统应用在生产和输送上，通常具有以下几方面的优点.

（1）将合成炉火焰控制信号引入DCS系统控制，使所有控制参数自动联锁控制。当有危险发生时，均能利用DCS系统进行控制，使其处于安全状态。

（2）通过DCS可实现复杂控制系统和安全联锁报警系统，从而降低故障率，提高生产中的安全性，也降低了现场操作人员和仪表维护人员的劳动强度。

（3）通过DCS可将系统控制、连续控制、联锁控制有机结合，实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进的控制方式，并可以方便加入所需要的特殊控制模块和控制算法。

3 控制中的注意事项

（1）应将DCS与人工控制相结合

氯化氢合成过程中影响因素较多，DCS是近年来系统平稳之后研发的一种控制方式，在氯氢纯度、流量、压力平稳的状态下其控制优点明显，但因受设备、操作水平、电器、仪表等因素的影响较大，尽管采取了许多应急编程，但必须将其与人工控制很好的结合，同时要加强各仪表和控制系统的维护。

（2）加强对游离氯的控制

游离氯对氯乙烯合成及制酸都有很大的影响，因此在控制氯化氢纯度与游离氯之间应优先以游离氯为前提。

（3）加强与氯乙烯合成的事故演练

通常氯化氢合成与氯乙烯合成之间设有应急电话，主要是应对紧急情况，由于游离氯出现时通常混合器温度急剧升高，要求立即作出处理，因此应加强这方面的事故演练，以增强对突发事故的应变能力。

（4）控制过程中防止提氢控制的异常

精馏尾气回收中的氢气需回用至氯化氢合成，由于这部分氢气控制通常波动较大，一般将其稳压处理后并入，实际控制中要密切注意其压力变化。若回收运行波动过大还会造成回收氢气纯度的变化，这也是需要注意的。

（5）制得的蒸汽并网应预防意外

经二合一炉产生的蒸汽通常用作采暖或通往PVC聚合汽提使用，实际生产中采用与高压蒸汽串用的方式，因此需要防止高压蒸汽倒入合成炉影响生产。

4 结语

要使氯化氢合成过程既保证安全生产，又使合成气的纯度及工序生产平稳运行必须结合自身工艺的实际情况不断完善相应的配置，在关键阀门的选型上加以比较，保证DCS控制系统的实施，同时也要切实提高操作人员的技术水平，加强其处理异常情况的能力，最终达到整个装置高效化和最佳经济生产。

［1］曹 璐．提高氯化氢纯度的措施．氯碱工业，2008（7）：31－32．

［2］吴 彬，库尔班艾力，吉建红，任爱江．DCS控制系统在氯化氢合成中的设计及应效果．2008年全国烧碱行业技术年会论文集，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