节能、环保型全石墨四合一盐酸合成炉的开发与应用

张进尧，陈钧，夏斌，孙建军

（南通星球石墨设备有限公司，江苏南通226541）

节能、环保型全石墨四合一盐酸合成炉的开发与应用

张进尧，陈钧，夏斌，孙建军

（南通星球石墨设备有限公司，江苏南通226541）

介绍了全石墨四合一盐酸合成炉的特点、开发及应用情况。

四合一盐酸合成炉；专利产品；全自动；副产蒸汽

1 新型副产蒸汽全石墨四合一盐酸合成炉是多项新技术的结合体

1.1 四合一炉[1]

新型副产蒸汽全石墨四合一盐酸合成炉工艺简图见图1。

工作原理：合成+冷却+吸收+尾气洗涤。

氢气、氯气在自动阀调节阀控制下按一定的流量配比进入合成炉下部燃烧室，在合成段中合成氯化氢气体；高温氯化氢气体上升，进入冷却段，大部分燃烧热在合成段及冷却段通过内炉筒及石墨换热块传递给冷却换热纯水或循环水，进而将反应热转换为冷却水的热焓；提高了冷却水的温度，输出炉外后可直接作热水利用，或者闪发出饱和水蒸汽利用；降温后的氯化氢气体继续上升，进入冷却吸收段，在冷却吸收段上升的同时，被自上而下流动的吸收液吸收，吸收液酸浓度被提高；被提高了浓度的吸收液向下流动并由浓盐酸出口输出；另一部分气体继续上升，进入尾气处理段，经过吸收液的第二次吸收，经吸收氯化氢的吸收液继续向下流，进入冷却吸收段，从浓盐酸出口输出，二次吸收后的尾气进入尾气洗涤段，经清水多次洗涤后从炉顶的尾气出口排出。

1.2 合成炉专用石英灯头[2]

采用合成炉配套的专用灯头，氯气、氢气能充分燃烧反应，有效降低火焰长度、火焰中心温度，降低了高纯盐酸中游离氯的含量，游离氯全达到了低于国家现行标准20×10-6的要求。

图1 四合一盐酸合成炉工艺简图

1.3 四合一石墨合成炉石墨块间台阶密封结构[3]

炉内第一石墨块及与第一石墨块相邻的第二石墨块、第一石墨块及第二石墨块的连接面处分别设有相互配合的N（N≥1）级台阶面，第一石墨块及第二石墨块通过台阶面相互配合。其结构简单，密封效果好，有效防止液体乃至气体的泄漏。

1.4 合成炉尾气处理段泡罩结构

炉顶气体通道采用泡罩结构，最大化的增加了气相的通道面积，使气体与吸收液充分接触，提高了吸收率，大大降低了排放尾气中氯化氢浓度。

1.5 四合一石墨盐酸合成炉泡罩段下倒角结构[4]

炉顶泡罩段采用下倒角结构，包括套筒状泡罩段石墨外套，石墨外套下端外侧设有倒角，在保证泡罩段石墨外套强度的基础上较小石墨外套的壁厚，增加了物料通径，同时使法兰连接牢固。

1.6 石墨筒体碳纤维增强结构

合成段石墨筒体外采用碳纤维增强，因碳纤维热膨胀系数与石墨类似，其强度高、耐腐蚀，与石墨筒体紧密结合，增强效果好，大大提高了副产蒸汽压力。

1.7 高效视镜清洗装置

盐酸合成炉在使用过程中，由于燃烧过程中的放热反应及蒸汽冷凝，从而导致合成炉视镜在使用过程中出现模糊的现象，影响火焰检测的精度及人工观火的准确度。为了不影响使用，需要定期停车拆卸视镜口进行人工清洗，不仅增加了人员工作强度，同时经常开停车也影响设备的使用寿命。南通星球石墨设备有限开发出的视镜清洗视装置可在合成炉正常生产的过程中，对视镜进行清洗，极大方便了操作人员的使用。

1.8 合成炉配套的自动点火系统

点火启动为完全独立的单元系统，一键式启动，包括西门子PLC控制系统、低压高能点火装置、氢气控制装置、空气控制装置及保护装置，当点火成功后PLC发讯给DCS，由DCS自动控制氢气、氯气量的不断加大，点燃大火。点火未成功时，同样发讯给DCS，由DCS再次作开车前的准备。

点火系统为耐腐蚀、耐高温特殊材料设计，具有相对高的使用寿命。采用火焰温度、紫外、等离子等传导特有的3项复合技术手段来保证检测小火的有效性，给安全点燃大火提供了强有力的保证。

2 四合一炉结构

新型四合一炉结构紧凑，不需外置吸收系统，国内氯碱企业现有的盐酸老框架基本均能适合就地更新合成装置，不需增加框架基础投资，是高纯盐酸合成装置更新换代的理想选择。

新型四合一炉自带吸收尾气多层清水洗涤结构，排放尾气氯化氢含量为15 mg/m3左右，可以满足现行标准小于20 mg/m3的要求。

全石墨夹套换热热效率高，能充分利用氯化氢合成热，副产0.3～0.8 MPaG的蒸汽；一般每生产1 t 31%盐酸，能副产0.21～0.25 t蒸汽。副产效益高，基本1年内就可收回投资成本。

3 安全运行的保障措施

该公司根据多年工程经验及使用单位的实际生产，总结、完善、编制了盐酸合成装置的自动控制系统。

副产蒸汽四合一盐酸合成炉装置控制系统实现DCS集中控制，现场无人值守。主要的控制分为原料气自动稳压系统、自动点火系统、自控联锁保护系统、氢气和氯气自动配比、流量跟踪调节系统、蒸汽闪发罐液位及压力自动控制系统、酸浓度自动控制系统等，控制方式简便、安全可靠。

4 运行案例

副产蒸汽全石墨四合一盐酸合成炉自2013年推出市场以来，副产蒸汽压力适中，产汽量大，运行安全可靠。副产蒸汽可以并入用户低压蒸汽管网，广泛应用于制冷、盐酸解析、碱浓缩、伴热、物料加热等工艺用汽。目前，在运行的用户有山东莘县华翔、重庆映天辉、甘肃北方三泰、四川攀枝花欣宇化工等厂家，并已打入到国际市场，包括印尼纸业、乌兹别克斯坦化肥厂、俄罗斯、伊朗、越南等。

5 控制方案

节能、环保型全石墨四合一盐酸合成炉装置控制系统实现DCS集中控制，现场无人值守。主要控制系统包括原料气自动稳压系统、自动点火系统、自控联锁保护系统、氢气、氯气自动配比、流量跟踪调节系统、蒸汽闪发灌液位及压力自动控制系统、酸浓度自动控制系统等。

［1］朱小峰，刘仍礼，缪世阳．一种四合一石墨盐酸合成炉．ZL 2013 1 0588128．X 2015－06－17．

［2］张进尧，张艺，夏斌，等.一种氯化氢合成炉石英灯头．ZL2014 2 0812995．7 2015－05－13．

［3］冯亮，朱小峰，陆俊．四合一石墨合成炉石墨块间台阶密封结构．ZL2013 1 0588109．7 2015－09－16．

［4］何志峰，朱小峰，刘仍礼．四合一石墨盐酸合成炉泡罩段下倒角结构，ZL 2013 1 0587736．9 2015－06－17．

2032年中国将关停所有原生汞矿开采

近日从环境保护部了解到，《关于汞的水俣公约》将于2017年8月生效。根据公约要求，从2021年起，荧光灯、含汞电池将不再允许使用。到2032年，要关停所有原生汞矿的开采。

汞俗称水银，是常温下唯一呈液态的金属，大量应用于各种产品和工艺中。汞及其化合物的产生、使用和排放会造成环境污染，严重时引起人类和哺乳类动物神经、免疫、生殖系统的机能紊乱，尤其对胎儿和孕妇有较大影响。

2009年2月，联合国环境规划署决定达成一份在全球具有法律约束力的文书——《关于汞的水俣公约》，中国是最早的签署国之一。2016年，全国人大正式审议批准加入《水俣公约》。

根据公约要求，中国将在2020年淘汰公约要求的含汞电池、荧光灯产品的生产和使用；VCM（氯乙烯）生产行业实现单位产品使用量在2010年基础上降低50%；2032年关停所有原生汞矿的开采；针对燃煤电场的排放源，到2020年完成排放编制，明确重点管控来源，确定减排目标和措施。

环境保护部环境保护对外合作中心副主任余立风介绍，为了履行公约，环保部已环保部会同相关部门修订了多项涉汞排放标准，评估了目前十个主要的涉汞行业的状况，启动了战略行动计划编制工作。下一步将以控源、减量、发展替代技术共同推进用汞行业的减量化，有计划、有步骤的开展含汞废物以及污染场地的管理工作。

中国是汞的生产和使用大国。据悉，在正式履约之前，中国已经对部分行业开展了管控，把汞列入了五种优先管控的重金属之一。在履行公约的每一个环节中，都有一个配套实施方案，有一套中央相关部委到地方共同参与的协调机制。相关的履约规范被纳入到国内环境管理体系。

余立风认为，履约对中国这样的发展中国家来说是一个双赢的过程，履约的同时倒逼了淘汰落后产能，提升相关行业的技术水平。

Development and application of energy saving and environmental protection type full graphite four in one hydrochloric acid synthesis furnace

ZHANG Jin-yao，CHEN Jun，XIA Bin，SUN Jian-jun
（Nantong Xingqiu Graphite Equipment Co.,Ltd.,Nantong 226541，China）

Characterstic and development application of four in one hydrochloric acid synthesis furnace are introduced.

four in one hydrochloric acidsynthesis；patented technology；fully automatic；by-product steam

TQ124.2

B

1009－1785(2017)07-0026-03

2017-04-20