液态氯化氢钢瓶尾气吸收工艺研究

欧阳玉霞，王赛男，刘 平

（山东铝业有限公司氯碱厂，山东 淄博255052）

山东铝业有限公司氯碱厂2004年开工建设，总投资4.9 亿元。 一期生产装置为意大利伍德—迪诺拉公司的高电流密度自然循环复极式离子膜电解槽，于2005 年7 月建成投产。 二期生产装置为日本旭化成公司的高电流密度自然循环复极式离子膜电解槽，于2008 年8 月建成投产，主要产品有32%烧碱、液氯、31%盐酸等。氯产品品种单一，价格受市场制约严重。氯碱厂现有两台副产蒸汽氯化氢合成炉，氯化氢产能3 万t/a， 主要用于平衡液氯液化尾气生产盐酸和每年液氯淡季价格较低时调整产品结构增加盐酸产量， 提高经济效益。 利用现有合成炉的条件，将氯化氢气体加工成液态氯化氢产品，可提升氯化氢的产品附加值，实现产品多元化，并有效避免单一产品价格低迷时企业的被动局面， 提升企业竞争力。

1 氯化氢生产及充装工艺流程

利用副产蒸汽二合一氯化氢合成炉， 对一部分氯化氢气体进行冷却、除水、捕雾处理后，使氯化氢气体含水降到100×10-6以下后进入氯化氢压缩机加压， 压缩后的氯化氢气体经氯化氢缓冲罐进入列管预冷器，使氯化氢由45 ℃降到5 ℃以下。 冷却后的氯化氢经液化器与-10 ℃冷盐水溶液换热后冷却至0 ℃以下，经气液分离罐分离后，液体氯化氢进入氯化氢产品罐， 最后经氯化氢打料泵输送至充装车间进行充装。

氯化氢液体加压后通过充装管线进入液态氯化氢钢瓶充装平台，由自动切断系统程序控制，打开自动阀门，进行液态氯化氢钢瓶的充装，达到计量要求后， 自动切断系统控制自动阀门关闭， 钢瓶充装完毕。 液态氯化氢钢瓶充装完成后， 需要把充装管道中残存的氯化氢气体抽出， 保证管道中无氯化氢气体后拆卸充装阀门丝接， 从磅秤上卸下充装完成的钢瓶，再连接新的钢瓶进行充装。

1.1 关键控制点及特别说明

（1）氯化氢压力上限不超过8 MPa，坚决避免充装超压；

（2）气瓶内原介质必须化验分析合格方可允许充装；

（3）瓶内原有压力必须在0.1～0.3 MPa 范围内，过高过低均不宜充装；

（4）氯化氢纯度须≥99.6%，不足不允许充装；

（5）充装分配台阀门、管道、充装管等存在任何泄漏，均不得充装；

（6）充装管及其接头必须系紧、拴住，防止脱落后飞起伤人；

（7）充装管内的高压液态氯化氢未抽空，不允许直接拆卸；

（8）气瓶开始充装和结束充装，必须及时联系上游岗位，严禁出现任何形式的超压现象。

1.2 正常操作步骤及程序

（1）将液态氯化氢钢瓶移到磅称上，接上充装管（必须选用硬连接方式），打开瓶阀，开启抽空阀，抽空片刻后，关闭抽空阀，准备充装。注意：在连接充装管线时，要注意充装管线对钢瓶的受力情况，以减少充装误差；

（2）缓慢打开充装手动阀；

（3）自动充装程序控制下，自动充装阀门打开，进行液态氯化氢充装， 同时注意听瓶内有无异常声响；

（4）充装过程中，随时检查钢瓶各处的密封状况，瓶壁温度是否正常，发现异常应及时妥善处理（当充装出现压力升高或泄漏等异常情况， 充装岗位要及时联系氯化氢岗位调整回流或停泵， 保证充装压力在控制范围内，确保充装安全）；

（5）磅秤显示达到定量后，由自动切断程序控制，自动关闭充装阀门，再由操作人员关闭液态氯化氢充装手动阀门及钢瓶瓶阀，打开抽空阀，将管道内残余液态氯化氢抽空处理；

（6）卸掉充装管，关闭抽空阀，钢瓶充装完毕。同时按要求填写好液态氯化氢钢瓶合格证及相关原始记录；

（7）用棉纱将瓶阀接口螺纹、出气口擦拭干净；清洁瓶阀套帽的内外表面后，将其拧紧在瓶阀上；套上瓶圈，复磅后放入重瓶区待售。空瓶堆放高度不应该超过三层，重瓶堆放高度不应该超过两层；

（8）进行下一个合格空瓶的充装。

2 原设计的尾气抽空工艺状况

氯化氢钢瓶充装尾气经过吸收后直接进入除害系统，氯化氢气体和烧碱溶液接触吸收处理。设计主要考虑氯化氢钢瓶尾气气体量少， 同时距离除害尾气吸收塔距离近，附近有便利的废气管道可以利用。装置运行一段时间发现， 氯化氢气体直接进入除害塔吸收处理有3 个弊端，（1）氯化氢和烧碱反应生成氯化钠，固体氯化钠容易造成除害塔进口、内部填料环等处结盐堵塞，导致除害系统抽气压力降低，影响氯碱生产总体的尾气运行状况。 岗位员工不得不从除害塔氯气总管上开一个DN50 的口，连接阀门，每个轮班打开阀门，把竹棍探入管道中用于疏通、清除管道中堵塞的结盐，劳动强度增加；（2）氯化氢气体进入除害系统， 氯化氢和烧碱的反应速度要快于氯气和烧碱的反应速度，氯化氢气体的瞬间大量进入，阻碍了氯气和烧碱反应，除害塔中碱浓度降低快，而次氯酸钠的有效氯提升慢， 导致次氯酸钠产品质量波动；（3）夏季环境气温高，氯化氢气化严重，导致氯化氢充装速度慢，岗位员工为了提高充装效率，采取勤排压勤抽空的方式操作， 导致大量氯化氢气体进入瞬间废气管道， 严重影响除害塔顶部钛风机的运行，造成钛风机喘震，抽力下降，除害塔内部形成正压，直接影响了液氯槽车和液氯钢瓶的正常抽空使用。

工艺设计上氯化氢钢瓶充装区域和氯化氢生产车间距离较远，氯化氢充装过程气化量大，氯化氢尾气排放量大， 氯化氢充装尾气直接进入除害塔工艺弊端明显， 并且严重影响了正常的液氯槽车和钢瓶的充装，同时对尾气处理除害塔设备损伤较大，因此这个工艺不能满足生产需求，需要进行工艺优化、技术改造，从工艺流程、技术方案上重新梳理氯化氢钢瓶充装尾气的吸收和处理， 最终实现氯化氢钢瓶尾气系统安全、合理的吸收、处理和解决。

3 工艺优化方案讨论和确定

针对生产弊端，技术人员多次讨论和调研，形成以下几个改造方案。

3.1 利用盐酸生产装置吸收方案

将氯化氢钢瓶充装尾气， 连接管道并入盐酸合成炉的二级降膜吸收器， 和盐酸生产的氯化氢气体一起用水吸收冷却，实现充装尾气的合理消除。

存在问题：（1）盐酸合成炉控制炉压＜5 kPa，一级降膜吸收器入口压力2.0～3.0 kPa，二级降膜吸收器入口压力1.0～2.0 kPa。 氯化氢钢瓶充装尾气属于非连续、高压力状态，并入盐酸合成炉降膜吸收器后，存在气体侧压力突然升高， 从而影响盐酸合成炉正常炉压的控制，风险大。 （2）氯化氢钢瓶充装厂房距离盐酸合成炉厂房距离远，中间需要横跨多个管架，管道铺设费用高。 因此本方案不采纳。

3.2 利用液环泵吸收方案

借鉴氯气充装尾气处理工艺，增加液环泵，气液分离器、换热器等设备。氯化氢充装尾气进入液环泵中，和浓硫酸充分接触吸收，达到消除氯化氢尾气的目的。

存在问题：（1）设备较多，投资较大。 （2）用浓硫酸作为循环吸收介质，硫酸中会掺杂盐酸，稀硫酸销售困难。 另外氯化氢瓶口、分配台、一段管道均是碳钢管道，氯化氢卸瓶的时候会有空气混入，导致氯化氢污染，造成吸收系统液态呈微黄色。因此本方案不采纳。

3.3 水力喷射泵吸收方案

在氯化氢厂房东侧门口，硬化部分绿化带，增加尾气吸收装置（水利喷射泵、缓冲罐、循环罐、循环泵、氯化氢吸收器等），利用水力喷射泵的抽力，将氯化氢尾气抽入缓冲罐中， 气体从缓冲罐出来后，进入循环罐，氯化氢气体经过纯水吸收在循环罐中形成废酸 （建议酸浓度控制在10%以下），废酸通过循环泵打出，作为废酸外售（可用于净水剂生产）。 剩余微量的氯化氢气体进入废气系统，具体流程图见图1。

图1 微量剩余氯化氢处理流程图

通过讨论比较， 此方案不论从投资还是操作的安全性都比前两个方案优， 因此最终确定用此方案进行工艺优化。

（1）理论计算氯化氢用水吸收，导致水箱温度升高0.58 ℃。

（2）理论计算氯化氢用水吸收，导致水箱内水酸度升高0.09%。

4 改造过程

山铝氯碱厂对氯化氢充装尾气进行了改造，解决了氯化氢尾气直接进入除害废气系统的弊端。 装置改造后试运行数月，运行稳定，特别是消除了氯化氢充装尾气对除害塔的影响。 岗位操作工不再需要每班组用竹棍清理除害塔的结盐。但是，在一次尾气抽空过程中，由于抽空阀门开度大，环境气温高，大量氯化氢气体进入抽空系统，氯化氢管道压力突升，导致进入缓冲罐的氯化氢管道断裂。

吸取经验后， 经过反复讨论， 再次进行系统完善，形成工艺流程如下。

从充装来的氯化氢钢瓶尾气气体（DN80），经过管道防爆膜，通过变径（DN80/300）进入降膜吸收器上部，和吸收水接触顺流而下，在降膜吸收器内氯化氢和水混合吸收， 吸收后的氯化氢气体通过变径（DN100/40）进入喷射泵进口。 通过喷射泵（抽气量60 m3/h） 进入循环罐。 降膜吸收器底部酸水经过U型液封后进入到循环罐侧边开口处。 循环罐中液位利用磁力泵 （IMD50-40-150F；Q=15 m3/h；H=30 m，电机7.5 kW） 抽出一路去喷射泵用于形成负压，一路去降膜吸收器（2.0～3.0 m3/h）用于吸收氯化氢气体。 循环罐内盐酸浓度到18%～20%进行外售。 改造后工艺流程图见图2。

图2 改造后工艺流程图

4.1 本次改造的优点

（1）经过设计院详细设计核实目前液态氯化氢充装管道的抽空以及充装过程中降压操作， 氯化氢吸收量＜500 kg/d， 降膜吸收器吸收水流量2.0～3.0 m3/h 可以实现完全吸收。

（2）在进入降膜吸收器前增加防爆膜，防止操作失误导致氯化氢气体压力突升给设备带来损坏。

（3）利用目前仓库中闲置存放的原盐酸合成炉的一级降膜吸收器， 降膜吸收器型号YKX-70 m2T1001B，换热面积70 m2，充分利用闲置设备，降低改造投资。

（4）降膜吸收器底部酸水增加高度500 mm 的U型弯，一方面保证系统压力不超过5 kPa，另一方面防止喷射泵倒流进入降膜吸收器。

（5）降膜吸收器底部增加长度300 mm 的视镜，用于观察降膜吸收器的下酸情况。

4.2 施工作业及安全注意事项

（1）降膜吸收器安装。 在现有氯化氢吸收装置围堰内基础上焊接固定厚度14 mm 宽160 mm 长1 200 mm 底板二件，预制150 工字钢设备支架4条，长度5 100 mm，将支架用M16 mm×80 mm 高强螺栓固定在设备上，在支架2 500 mm 处焊接次梁， 下部用63×6 角铁做斜撑。 将设备及支架从拖车从预制现场到运至安装现场，用35 t 吊车一次将设备（带支架）安装就位。

（2）循环水管道铺设。从氯气处理厂房南侧管道架的循环水总管引出DN125 的循环水管道用于降膜吸收器的冷却。

（3）氯化氢气体及盐酸管道铺设。依照设计逐步安装氯化氢尾气进出口管道、 循环酸管道等同时增加下酸观察目镜。

（4）安全注意事项。 本项目施工涉及高空作业、吊装作业、动火作业、电气作业等危险作业，要编制编制施工方案、 办理相关作业票证并强化各项安全措施，保证施工过程安全顺利。

5 工艺优化后的操作要点

5.1 氯化氢吸收装置的开启

（1）电机测绝缘（停机超过24 h）后，检查循环槽液位在50%以上，确认泵进口阀门打开，出口阀门关闭、 回流阀关闭， 循环槽去废气总管阀门打开。

（2）启动电机，打开泵出口阀门，适当开回流阀（30%左右）， 调整泵出口去降膜吸收器、 水力喷射泵的阀门开度， 确保降膜吸收器视镜下液正常，氯化氢充装处抽空管为负压，查看出口压力小于-30 kPa。

（3）查看吸收装置管路、设备有无泄漏，正常后，准备氯化氢充装。

5.2 氯化氢吸收装置的停止

（1）确认氯化氢充装完毕且充装管中的氯化氢已完全抽空。

（2）关闭回流阀门、关闭泵出口阀门停泵。

（3）确认压力表归零，关小循环槽顶部去抽空总管阀门开度至15%左右，查看吸收装置管路、设备有无泄漏，关闭结束。

（4）氯化氢钢瓶充装尾气通过降膜吸收器吸收后进入盐酸循环罐中储存， 盐酸浓度到18%～20%，使用盐酸槽车出厂销售。

5.3 装置运行注意事项

（1）水力喷射泵、抽空泵、磁力循环泵等运行正常，电流、压力处于正常控制范围内。

（2）降膜吸收器下部下酸正常，无渗漏、无积液。

（3）氯化氢吸收罐加水液位1.4 m 以上。

（4）氯化氢缓冲罐压力控制指标-10～0 kPa，注意抽空阀门开度，严禁突然开启或者关闭，一定要根据管道压力缓慢开启阀门， 防止抽空瞬间压力突升导致管道破损。

（5）氯化氢吸收罐盐酸浓度控制指标小于等于10%。 指标合格后车间通知调度出厂外售。

（6）按照氯化氢充装计划，在计划执行期间，氯化氢吸收罐中盐酸浓度每班分析一次； 计划不执行则不分析。

（7）根据装置运行情况，在氯化氢连接废气管道的阀门处增加盲板，彻底阻断氯化氢气体进入除害塔。

6 结语

针对氯化氢钢瓶充装尾气的处理， 经过数次讨论方案以及试运行期间的不断摸索优化， 最终研发出既可以满足尾气抽空要求又不对除害塔正常运行造成影响的工艺流程。改造投入后，除害塔堵塞管道情况未再发生，次氯酸钠产品质量稳定，彻底解决了除害塔运行弊端，保证了除害塔的安全稳定运行，安全环保意义重大。

技术改造投入前，除害塔处理尾气量大，生产次氯酸钠300 t/月左右，损失经济效益9.9 万元/月，同时伴有次氯酸钠产品中有效氯不合格情况， 造成产品销售价格从350 元/t 降低到200 元/t。技术改造投入后，除害塔堵塞管道情况未有发生，次氯酸钠质量稳定，同时也降低了次氯酸钠的产量，生产次氯酸钠180 t/月，损失经济效益3.24 万元/月。技术改造增加企业效益6.66 万元/月。