氯化氢合成的工艺优化控制措施

于双波

摘要：文章分析了原氯化氢合成工艺存在的不足，提出相关的优化措施，基于氯化氢合成控制理论，对氯化氢合成纯度、氯气冷却脱水以及副产蒸汽合成炉的优化控制进行探讨。结果显示，对工艺控制进行优化后，装置的安全性与利用率大大提高，产品质量明显改善。

关键词：氯化氢；合成工艺；优化控制；措施

氯化氢是重要的工业原料，在药物、香料、燃料生产中应用广泛。氯化氢合成工艺经多年发展，己较为成熟，但应用到昼夜温差较大的环境中仍会出现较多问题，一定程度上限制氯化氢合成工艺的推广，因此，有必要加强氯化氢合成工艺的研究，对合成工艺进一步优化控制，以促进其更好的应用。

1 氢处理及氯化氢合成工艺的优化

1.1 氢处理工艺及优化

1.1.1 氢处理工艺存在的不足及优化

在昼夜温差较大的环境中，氢气中水蒸汽结冰的概率大大增加，使得氢气流的测量值与真实值存在偏差，如氢气值较小，会导致氯气量过量，游离氯含量超标。游离氯一旦超标会造成严重影响。一方面，氯气和乙炔发生化学反应，产生大量的热，导致相关设备、管道等超温、超压，甚至发生爆炸。另一方面，氯化氢吸收期间，氢气与尾气段设备混合而容易发生爆炸。另外，氢气中水蒸气的结冰，会阻塞管道，导致系统失灵。

1.1.2 氢处理工艺的优化

为防止氢处理过程中不良隐患的发生，需对该工艺进行适当优化，即，将列管式氢气加热器安装在二段氢气冷却器及氢气分配台后，将氢气温度、压力分别提升至70～75℃，100 kPa，再将其输入合成工序之中。

1.2 氯化氢合成工艺及优化

1.2.1 氯化氢合成工艺存在的不足

原氯化氢合成工艺中，采用两套吸收系统，两套系统使用同一分配台，氯化氢气体分配完成后进入降膜吸收器制酸。但运行中发现，一台合成炉运行中，点燃另一台合成炉时的空气较为充足，容易在分配台及管道中形成混合气体而发生爆炸。而仅使用一台合成炉，会大大降低生产能力，因此需要对原工艺进行优化。

1.2.2 氯化氢合成工艺的优化

氯化氢合成工艺优化采取的措施为：将合成炉氯化氢分配台取消掉，两台合成炉同时运行的情况下，确保其与降膜吸收装置一一对应。同时，在降膜吸收器两个手动阀之前安装连通管线。同时，两个冷却器气体管线分别和降膜吸收器相连。并在两个连接的管线上分别安装一台压力调节阀。在与事故塔相连的两条管线上分别安装一台切断阀，保证两台合成炉正常点大，杜绝降膜吸收器与合成炉交叉应用问题。

2 氯化氢合成纯度的优化控制

氯化氢合成工艺中，多余的氯气去废处理后用于生产次氯酸钠，考虑到次氯酸钠的产品附加值较低，因此，应积极采取措施，降低次氯酸钠的生成量，而这需要在保证安全的基础上将氯化氢的纯度提高。

合成工序运行时，对比氯气、氢气量理论与合成炉中的实际数据得知，氢气流量计较为准确。而氯气的实际值则和理论值存在较大偏差，两者成比例线性关系，因此，实际生产中根据氯、氢流量计数值，加强对氯化氢纯度的控制尤为重要。同时，迅速将氯化氢调节至所需纯度，在提高工作效率的同时，还能降低生产负荷。

研究得知，使用自动系统实现对氯气、氢气的控制，其中氢气自控阀开度用于控制氢气流量，以确保氢气充分燃烧。控制氯气流量时需基于比例系数，自动生成氯气流量数值后，由氯气自控阀的开度进行控制。同时，为防止冬季受温度较低的影响，容易产生游离体氯，可手动控制氢气自控阀的开度，确保氢气燃烧完全后，对氯气自控阀开度进行调节，实现对氯气流量的控制，在对数值分析的基础上对氯化氢的纯度进行控制。

实际生产中基于氯化氢纯度理论：氯化氢纯度与比例系数间的关系为：K=R/C（2-C）

其中：K、R、C分别表示氢气流量计读数和氯气流量计读数的比例系数、氯气流量计读数和实际流量的矫正系数、合成炉气体中氯化氢的纯度。

氯化氢纯度与流量计间的关系为：

LCl2=CLH2/（2R - CR）

其中：Lcl2、LH2分别表示氯气流量计读数、氢气流量计读数。 比例系数己知时：K2=（2-C2）C1K1/（2-C1）C2式中，K1，C1、C2分别表示己知的比例系数、氯化氢纯度、要调整的氯化氢纯度。

手动调节流量时，L2=C2L1（2-C1）/C1（2-C2），式中：L1、C1，C2分别表示氯气流量计读数、氯化氢纯度、要调整的氯化氢的纯度。

对氯化氢浓度进行分析，而后根据理论进行计算，将氯化氢纯度调节至满足要求即可，不仅降低劳动强度，而且减少时间的投入。

3 氯气冷却脱水的优化控制

氯气冷却脱水流程为：电解产生的湿氯气经氯气洗涤塔处理后，氯气不仅温度由80℃降低至45℃，而且多数水分从氯气中去除。而后经冷却器冷却处理后温度降低至12-15℃，期间又会脱去一部分水，最后经水雾捕集器以及三级硫酸干燥处理后，便可将氯气中的水分降低到0.01%以下。最终通过氯气透平压缩机输送到氯化氢的合成工段。原生产工艺中冷却器冷却和硫酸温度的控制，通过使用5℃的水热交换实现，控制温度不高，容易发生安全事故。

研究发现，当将氯水冷却至10℃时便会析出Cl·nH2O晶体。通常情况下，工艺中将冷却器的出口压力调节至115.3 kPa，温度在10℃及以下温度时，便会产生CI·7.3H2O结晶，一旦阻塞管道会导致生产工作无法继续进行。另外，氯气化合物结晶吸收氯气中的水分后，使得氯气变干燥，会与钛管冷却器发生反应，造成氯气泄漏、发生火灾。因此，为防止上述情况的发生，要求夏季将冷却管的温度控制在12～13℃，春季将温度控制在13-15℃。不同质量分数硫酸结晶温度见表1。

另外，采用两填料塔+泡罩塔工艺技术，利用硫酸的吸水性干燥氯气，而后在酸雾捕集器作用下降氯气中的酸雾去除。干燥作业时，一、二、三级干燥塔硫酸浓度分别控制在75%、85%～90%、98%。对不同浓度的酸进行热换冷却，将温度均控制在12--15℃。同时，在明确不同质量分数硫酸结晶温度（表1）以及冬春温度变化的基础上，在硫酸储槽、管线中应用热拌热，防止硫酸管道结晶情况的发生，达到预期的运行效果。

4 副产蒸合成炉的优化控制

为保证工艺中各装置运行稳定性，实现节能、增产、增效目标，新建氯化氢横撑系统，以防止生产链过长，为提升负荷、稳定投料做好铺垫。

4.1 副产蒸汽的利用优化

考虑到工艺中在减温减压装置进口处并入蒸汽，而补充蒸汽的装置进口压力为0.68 MPa。新合成炉的副产蒸汽系统中的压力为0.45 MPa，给合成副产蒸汽的并网利用造成不良影响。如将合成炉中的蒸汽压力调节至0.68 MPa，实际运行过程中炉内的压力较高，影响生产安全性。

为防止上述不良问题的出现，可借助小修机会进行优化改造，即，将新合成炉副产蒸汽管线设置到减温减压装置出口位置。实践表明，改造完成后蒸汽不仅得到有效利用，而且运行良好，获得预期的经济效益。

4.2 副产蒸汽氯化氢合成炉的优化

通过分析副产蒸汽合成炉运行情况发现，蒸汽闪发罐会发生吸氧腐蚀，即，当金属处在中性或弱酸溶液中，金属表面水膜和空气中的氧发生的电化学腐蚀。分析蒸汽产生过程，纯水进入到合成炉的夹套中，被生产氯化氢放出的热加热，而后进入到闪发罐中，闪发罐减压形成水蒸气，而后再次回流到合成炉。期间受纯水罐液位变化的影响，部分空气进入到纯水中，在高温高湿条件下发生吸氧腐蚀。为防止吸氧腐蚀的发生，采取的优化措施为：在合成炉纯水管线上设置脱盐塔。

5 结语

氯化氢是一种重要的工业原料，为保证其合成作业安全、顺利进行，应根据所处环境，对工艺进行适当改进与优化。本文通過研究得出以下结论。

（1）将列管式氢气加热器安装在二段氢气冷却器及氢气分配台后，避免游离态氯含量超标，以及氢气中水蒸气的结冰，保证了系统运行的安全性。

（2）对氯化氢合成工艺进行优化，保证两台合成炉正常点火，有效地杜绝了降膜吸收器与合成炉交叉应用问题。

（3）夏季将冷却管的温度控制在12-13℃，春季将温度控制在13-15℃，以及在硫酸储槽、管线中应用热拌热，降低因控制温度不高安全事故发生概率，防止硫酸管道发生结晶情况。通过副产蒸汽氯化氢合成炉的优化，可有效防止吸氧腐蚀现象。