副产蒸汽盐酸生产装置运行情况及效益分析

李汉荣

(江西世龙实业股份有限公司，江西 景德镇 333332)

盐酸是化学工业重要原料之一，工业上制取盐酸的主要方法是:氯气和氢气在合成炉中进行反应制得的氯化氢气体经冷却后用水吸收制得盐酸。近年来工业上还发展了由生产含氯有机物的氯化氢制盐酸。江西世龙实业股份有限公司(以下简称“江西世龙”)原盐酸工段有3台60 t/d三合一石墨合成炉，但因水质不好，结垢严重，设备损坏率高，维护困难和维修成本高，不能满足生产所需；且氯化氢合成产生的热靠循环水移出，循环水用量大，运行费用高。因此，2017年以前，江西世龙ADC缩合生产须外购31%盐酸约400 t/d以上。因外购盐酸来源较为复杂,加上需要量大,很难做到100%合格，使用过程中经常出现设备内盘管腐蚀严重等问题。

为解决上述问题，并有效利用氯气和氢气资源，江西世龙新增2套副产蒸汽二合一氯化氢石墨合成炉及吸收系统。单台合成炉最大能力90 t/d(100%HCl)，满足20%～110%操作弹性。装置投产后，ADC用盐酸质量得到了保障，盘管腐蚀得到了改善，节能效果明显。

1 盐酸生产装置工艺情况

1.1 设备

本系统主要设备包括副产蒸汽石墨氯化氢合成炉、汽包(蒸汽发生罐)、炉水排污罐、预热器、吸收装置等。

1.2 工艺流程

1.2.1 氯化氢合成

来自氢气处理工序的氢气经氢气稳压阀、缓冲罐、孔板流量计计量自动阀控制后，与来自氯气处理工序的经氯气稳压阀、缓冲罐、孔板流量计计量自动阀控制的氯气以1.1∶1的摩尔比进入氯化氢合成炉，在灯头燃烧生成的氯化氢气体从石墨合成炉顶部经冷却器冷却后,送吸收系统生产高纯盐酸，成品酸从吸收塔底部进入盐酸储槽。

1.2.2 副产蒸汽

软水经过高压给水泵加压进入合成炉高温段，吸收氯化氢气体的反应热后产生过热水，通过管道(汽包与蒸汽发生段有一定的液位差)进入汽包，部分水汽化成蒸汽产出，大部分热水自循环回流。副产蒸汽进入氨回收车间。

1.2.3 循环软水

给水槽中软水通过循环软水泵加压，经循环软水冷却器冷却后(出冷却器温度控制在55 ℃以下)进入合成炉下部、合成段上段的夹套换热后，再回流至给水槽(出炉温度控制在93 ℃以下)。给水温度高，具有除氧作用。

1.2.4 制酸

由一级降膜吸收器、二级降膜吸收器和尾气处理塔组成的制酸系统。吸收水主要来自以下3个方面：①原水经过砂滤、沉淀，并进行澄清分离后的清水(可用于冷却或凉水塔等，浊度在4 NTU以下)，其吸收后生产的盐酸用于普通用酸；②纯水，吸收后生产的高纯盐酸用于离子膜电解工序；③来自制肼工序的冷凝水或ADC生产工序的稀酸，吸收后制得的浓盐酸再回用到ADC生产工序。尾气处理塔为特殊的复合塔，经该塔处理后的尾气达到国家排放标准，可以直接排空，节省了采用水力喷射泵所消耗的动力。

2 试车过程中出现的问题及运行注意事项

2.1 问题

2017年8月,合成炉装置安装完成，调试期间主要出现了以下问题。

(1)合成炉给水pH值偏低。

合成炉给水采用离子膜电解系统去离子水，其pH值在6.5左右。合成炉给水必须满足pH值为7.0～9.0、且电导率≤30 μS/cm的要求，因此该去离子水不符合合成炉给水要求。碱性太高会影响合成炉内的树脂，且易结垢；酸性高会影响钢制设备寿命。经过摸索，采用弱碱性介质(如磷酸钠)配制成质量分数为0.2%～0.5%的溶液，加入纯水槽调节给水pH值；合成炉中软化水要定期排污。

(2)停炉后漏水。

停炉后，合成炉中出现冷凝酸约50 kg/d。经查找原因，为合成炉观察孔处渗漏所致。因开停炉热胀冷缩，夹套软化水透过观察孔密封垫渗进合成炉内；多次旋紧螺栓，效果不明显。经过与制造厂家沟通，更换了耐压聚四氟乙烯垫，故障排除。

(3)一级吸收塔盐酸温度偏高。

一级吸收塔盐酸温度高,1#炉达到79 ℃，2#炉达到69 ℃(成品酸温度设计要求在50 ℃以下)，严重影响生产。经分析，因循环水冷却采用总管制，一级吸收塔冷却水出口至凉水塔进口位差不到3 m，而三级吸收塔冷却水出口位差近20 m，致一级吸收塔冷却水出水不畅，产生的热难以带出。增加了一级吸收塔进水压力，保证其进出水温差在5 ℃后，盐酸温度为48 ℃，恢复正常运行。

项目组经过几个月的努力，以上问题得到了解决。随着员工技术熟练，盐酸生产装置运行稳定。

2.2 运行注意事项

(1)调整生产负荷时，须小幅度提高吸收水、氢气、氯气流量，先提高氢气流量，再提高氯气流量；始终保持氢气过量，火焰应保持稳定的灰白色，不得变为黄色或红色。

(2)点火成功后，炉内液位不断升高，严格控制闪发罐液位在40%～60%。有蒸汽产出后，逐步设定蒸汽自动排空阀排空压力，每次设定提高0.1 MPa, 每次时间15 min以上, 严禁快速升压提量，达到并汽压力后才允许并入氨回收车间蒸汽系统。

(3)氯化氢出口温度、尾气排放温度要保持在45 ℃以下。

3 本装置的优势

(1)ADC生产中部分稀盐酸提浓。

自产盐酸质量稳定，可避免由盐酸问题引起的ADC发泡剂产品质量差、设备故障等问题，具体做法有以下几种。①用来自ADC缩合工序及过滤器等尾气经吸收塔吸收后产生的1%～2%的酸性水来吸收氯化氢提浓稀盐酸，达31%时用于ADC生产工序。②盐酸罐区10台盐酸槽尾气真空系统产生的废水来吸收氯化氢制得盐酸。③ADC生产装置离心洗涤稀酸水为回收工作的难点，采用的主要办法是三效除盐后，气相吸收生成的酸性水(氨氮质量分数在3×10-4以下)回收提浓，用于ADC生产。上述方法处理成本高，膜过滤技术在试验中。

(2)可减少约80 t/d酸性废水的排放。

据测算每天可减少1%～2%酸性废水约80 m3，减少了ADC缩合、其他洗涤酸性水排放，提高了稀盐酸回收率。

(3)改进高氨氮废水的成分结构，有利于缩合联二脲母液高氨氮废水处理，环保压力明显下降。

(4)余热蒸汽全部用于氨回收，ADC产品质量稳定性提高，离子膜用盐酸成本下降。

4 本合成装置的经济效益分析

4.1 采用氯化氢吸收制盐酸成本

液氯出厂价：260元/ t(2015—2019年平均出厂价)。氯气液化成本：180元/ t。氢气有较大富余。

生产1 t氯化氢消耗氯气972 kg、氢气 30 kg，副产蒸汽0.7 t。蒸汽价格115元/t，水电人工等其他消耗成本约24元/ t。

公司内氯气价格:

P1=260-180=80(元/t)。

氯化氢成本:

P2=P1×0.972+24=80×0.972+24=

101.76(元/t)。

吸收用水按2元/t计算，31%盐酸成本:

C1=P2×0.31+2=

101.76×0.31+2=33.5(元/t)。

合成1 t氯化氢副产蒸汽收益:

C2=0.7×115=80.5(元)。

折合成1 t 31%盐酸副产蒸汽收益:

C3=C2×0.31=80.5×0.31=25.0(元)。

4.2 外购酸与合成酸成本对比

外购31%盐酸平均价格为42元/t。

自产31%盐酸节省费用:

C4=外购酸-合成酸成本= 42-C1=

42-33.5=8.5 (元/t)。

4.3 每年节约成本分析

以31%盐酸400 t/d(其中80 t/d稀盐酸提浓，节约稀盐酸环保处理费约11元/ t ) ，每年以8 000 h计算，则节省费用：

C5=(C4+C3)×8 000×400÷24=33.5×8 000×400÷24=446.7万(元/a)。

节省稀酸处理费:

C6=8 000×11×80÷24=29.3万(元/a)。

因此，每年节约成本大约:

C7=C5+C6=446.7+29.3=476.0(万元/a)。

5 结语

(1)盐酸装置从2017年运行至今，盐酸质量稳定可靠。单套装置31%盐酸产能为290 t/d，可在30%～110%负荷范围内正常运行；氯化氢纯度(体积分数)≥95%；满负荷生产时单套副产0.6～0.8 MPa蒸汽≥3.5 t/h；排空尾气达到GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》的要求，尾气中氯化氢质量浓度≤100 mg/m3。

(2)盐酸装置投入运行后，大大减少了氯气的库存，减少氯气涨库风险，平衡了氯碱生产,为公司稳产高产提供了强有力的保障。

(3)吸收水为清水、制肼冷凝水或回收稀酸水，没有其他杂质，产出31%盐酸品质稳定， ADC缩合盘管损坏率很低， ADC产量、质量明显提高。

(4)用副产蒸汽合成炉产氯化氢工艺，稀盐酸提浓或用冷凝水吸收，盐酸质量稳定，稀酸废水总量减少。

(5)充分采取节能减排措施，做到合理利用能源，提高企业竟争力。通过几年的实践，实现ADC生产工序稀盐酸废水综合利用和无害化治理，具有显著的社会效益和经济效益，取得环保治理与经济收益并举的综合效果。