盐酸及氯化氢工段

第八章盐酸及氯化氢工段第一节工艺流程及主要设备一、本工段任务盐酸又称氢氯酸,是氯化氢的水溶液。亦是氯碱企业中最基本的无机酸和化工原料之一,也是氯碱厂做好氯气产品生产能力平衡的关键产品和大宗的化学合成法产品。本工序除了生产一次成酸达到合格浓度作为商品盐酸外,尚提供高纯氯化氢气体以满足电石法生产聚氯乙烯树脂的镐要。但本章节未收录盐酸脱吸法制备氯化氨气体内容。而是叙述采用合成氯化氨脱水干燥法制备氯化氢气体。本工段任务是将来自氢处理，纯度大于98％、含氧小于2％的合格氢气,与来自氯处理,纯度大于95％、含氢小于0.4％(或液化尾气纯度大于75％，含氢小于3．5％)的氯气，在合成炉内燃烧合成为氯化氢，经冷却至常温后,用水吸收制成3l％的商品盐酸。另外将一部分冷却后的氯化氢冷冻脱水,使其含水量降至0.06％以下，用纳氏泵压送至聚氯乙烯车间，供乙炔合成氯乙烯之用。二、工艺流程简述氯气和氢气的合成反应在常温和散射光线下进行得很慢,但在直射阳光照射或高温下则化合、反应相当迅速剧烈，甚至发生爆炸式链锁反应。合成反应所释放的热量是相当大的。另外氰化氢气体极容易溶解在水中，在20℃，latin的情况下，1单位体积水几乎能溶解442单位体积的氯化氢，同时伴有溶解热释放出来。而氯化氯在水中的溶解度又与温度有关，温度越高，气体溶解度越小，因而溶解热不容忽视。为了生产出合格的盐酸产品，_在生产工艺流程上采用了移去热量的生产工艺过程。合成部分采用了空冷、水冷，及时移走合成热。选用了带有翅片散热的钢锥体炉、带有水冷却装置的水夹套炉、蒸汽炉、石墨炉等。冷却部分同样采用空气冷却导管，水冷却的石墨制圆块式冷凝器和列管式冷却器。吸收部分采用降膜式石墨吸收器。尾气部分则采用填料吸收塔、穿流式筛板塔等。工艺流程如下：原料氢气由电解阴极室出来后经冷却、洗涤，大大降低了气相温度，消除了气相中央带的碱雾杂质，由输氢压缩机送往气柜，其氢气纯度在98％以上，经气液分离及阻火装置进入合成炉燃烧器。原料氯气由电解阳极室出来后经冷却、干燥、净化，用氯气离心式压缩机送至本工序氯气缓冲器，并经节流稳压调节，氯气压力为0.IMPa·进入合成炉燃烧器，其氯气纯度95%以上，含氢0.4以下。也有使用液化尼气，送往本工序尾气缓冲器，经节流调节进入合成炉燃烧器，其氯气纯度70％以上，含氢3.5％以下。原料氯气和氢气经节流控制，以1.0︰1.05～1．10的比例在石英或铁制的套筒式燃烧器中混合燃烧。石英的传热较慢，套筒口移蓄的热量不易散失，能经常保持引发温度以使合成反应持续进行。合成后的氯化氢气体中心温度在1000以上。炉壁温度也可达400～500℃，经空气导管冷却至156以下进入圆块式石墨冷却器，用工业水冷却，把出冷却器的气相温度降至常温．然后一部分进降膜式吸收塔．与来自尾部吸收塔的稀盐酸经分液管并流而下，吸收成3l％盐酸去贮槽;未被吸收的氯化氢尾气与顶都加入的吸收水在尾气填料塔中逆流接触。被吸收成1l％左右的稀酸去降膜式吸收塔,合格的尾气由鼓风机抽送放空,另一部分氯化氢经冷冻干燥除雾．由纳氏泵压送至氯乙烯合成．详见图8-1．三、主要设备及作用1．氢气柜在工业化大生产流程中．为力求氢气供给持续、稳定往往将输氢罗丝鼓风机或水环泵送来的氢气贮存于气柜之中．其作用在于调节和平衡,即在供给氢气量多于正常合成炉使用所需的量时,可将多余部分暂贮存于气柜中;若发生氯化氢或盐酸流量增加时．气柜中的氢气会自动供给合成炉。一旦输氢发生临时故障．气柜内的氢气足以维持其最低流量的供给．防止突然停炉情况发生。气柜由简体、支架和钟罩三部分组成．详见图8-2所示。简体为圆形柱状，周围有压铁固定，侧而有放水或清理内部用的人孔；支架为围绕筒体的钢架结构，柱架上均安有滑轮与钟罩相连．每个柱架顶端均有槽钢或角钢对应连接固定;钟罩恰似圆锥接简体(倒简体)的盖状物，罩顶有人孔，罩内周围吊有压铁块，罩顶四周也设有压块以增重加压。2．汽液分离器气液分离器位于气柜的进出口，起气液分离作用。因为电解阴极出来的氢气夹带碱雾和大量饱和水蒸汽．经洗涤降温后仍夹带一定量的游离水，若不除去，将会带入合成炉中，一旦温度低于108.65℃的露点温度。就会有大量冷凝盐酸产生，使钢制炉使用寿命缩短，腐蚀加剧。经气液分离器可除去氢气中的一大部分水分。气液分离器由圆筒体接下锥体和上端盖组成，详见图8-3所示。圆简体底部有分布板，板上乱堆瓷环填料，下锥体底部有排液口。．3．阻火器阻火器位于氢气进炉前管道上，是氢气系统特有的设备。其构造与气液分离器相同，详见图8-4。圆筒体底部的分布板上放的不是填料，而是鹅卵石及少量的瓷环。其作用在于：一旦输氨故障，供氢压力下降．使正常氯氢配比失控，燃烧的火焰很可能从燃烧器中倒回，若回火至气柜，爆炸不可避免，阻火器能有效地阻挡火焰回入气柜，同时可以使其熄灭于此，相当有效地保护气柜和输氧管路的安全。4．氯气缓冲器氯气缓冲器位于氯气离心式压缩机出口，进合成炉阻火阀门之前。它是一个卧式的圆筒体，两端为椭圆形封头，详见图8-5。其上部有个较大的人孔便于清理，底部设有排净口，旁路设有稳压装置.其作用在于使氯气流缓冲减压,配上稳压自控。有效地控制、调节氯气压力．为稳定合成炉生产，调节进炉氯、氢配比起重要平衡作用.5．合成炉合成炉是本工序的重要设备。目前合成炉在国内外按其制作材质可分为三类，即钢制合成炉、非金届石英合成炉和石墨夹套合成炉．按其实际功能亦可分为三类，即钢制翅片空气冷却成合成炉，铜制带有废热回收的夹套、蒸汽炉，石墨制集合成、冷却、吸收于一体的三合一炉或二合一炉。图8-6所示是钢制翅片散热、空气冷却合成炉令的结构示基图．钢制合成炉其有容量大、生产能力大等特点，它充分利角量气对流、辐射散热，其炉身较高温度部位在中、上部，因此该移位装有散热翅片。在其炉体的底部装有石英玻璃或钢制的燃烧器(若氢气经低温冷却脱水和固碱干燥占的话，完全可以采用此类钢制合成炉)。其顶都装有防爆膜，以耐温、耐腐蚀的材料制作。燃烧器由内外二层套装而成。其构造见图8-7。内层是氯气套简．是个圆筒形套管，其上端封闭，筒身四周开有斜长方形孔l外层是氢气套管，是个两端开口的圆筒形套管。氯气自下端进入内套筒，因其上端封闭，气流只能从简身四周侧面斜孔沿切线方向盘旋而出，与由外套筒下端进入的氢气在内外套筒间的流道内均匀混合向上燃烧合成为氯化氢气体，燃烧火焰呈青自色。其中心火焰温度可达2500℃。正是由于石英燃烧器的蓄热．确保了合成反应得以持续下去。6.石墨冷却器石墨冷却器的主要作用是冷却合成气氯化氢至常温，以便制酸或冷冻脱水干燥。常见的石墨冷却器有三类，即石墨列管式冷却器、石墨圆块孔式冷却器以及石墨矩形块孔式冷却器。图8-8所示为圆块孔式石墨冷却器的结构示意。不管何种类型，石墨冷却器可以分成三个部分，即上封头、冷却殴、下封头。般说来上封头接触氯化氢气体，温度较高(气相进口)。块孔式管断裂，使冷却水涌入气相，若出水不畅还会使石墨冷却器气相出口封堵造成合成炉熄火；反过来，一旦发生冷却水来源中断，列管极容易烧坏。而圆块孔式可以承受短时间的断水。旦恢复供水，可照常正作。冷却器是整个砌块，它是用经过石掇化处理的不透性石墨制成,具有极好的耐腐蚀和耐高温性能,因此完全能够承受较高温度。石墨列管式冷却器则需用水箱冷却降温，以防顶部上管板与列管交接处的胶粘部分因材料热膨胀系数差异而胀裂损坏。冷却段主要是采取冷却水自下而上、气体自上而下进行逆流的管壁传热，将气相中所带的热量移走，以实现冷却的目的。对于块孔式冷却器来说，冷却水从径向管内通过．而气相则由纵向管内通过，因此冷却效果很好。对于列管式冷却器来说．冷却水走壳程，气相只能走管程，其冷却效果就不如块孔式。下封头由钢衬胶或玻璃钢制成，保证有极好的防腐蚀性能。圆块孔式石墨冷却器用酚醛树脂浸渍石墨制作。技术特性：许用温度–20℃～165℃：许用压力纵向为0.4MPa，径向压力为o.4～0.6MPa，与石墨列管式冷却器相比，圆块孔式石墨冷却器更能经受压力冲击(列管式许用压力仅0.2MPa)更能耐高温而不损坏。冷却水压力过高会使石墨列管断裂，使冷却水涌入气相，若出水不畅还会使石墨冷却器气相出口封堵造成合成炉熄火；反过来，一旦发生冷却水来源中断，列管极容易烧坏。而圆块孔式可以承受短时间的断水。旦恢复供水，可照常正作。7.降膜式吸收塔降膜式圾牧塔是由不透性石墨制作的，是取代绝热填料吸收塔的换代升级设备．其基结构与般浮头式列管冷却器相似，详见8-9.其作用在于将经过冷却至常温的氯化氢气体用水或稀盐酸吸收，成为一定浓度的台格的商品盐酸。膜式吸收塔之所以优于绝热式填料吸塔，是因为氯化氢气体溶于水所释放的溶解热可以经过石墨管壁传给冷却水带走，因而吸收温度较低，吸收效率较高，一般可以过到85～90％，甚至可达95％以上，而出酸浓度相应较高。而填料塔的吸收效率仅60～70％。膜式吸收塔结果同样可分成三部分。上封头是个圆枉形的衬胶简体，在上管板的每根管端设置有吸收液的分配器，在分配器内，由尾气吸收塔来的吸收液经过环形的分布环及分配管再分配。当进入处于同一水平面的分液管v形切口时，吸收液呈螺旋线状的自上而下的液膜(又称降膜)，分液管下端是螺纹丝扣．连接在石墨制的螺帽上。分液管构造详见图8-10所示。其下端螺纹丝口可以将每根分液管调整到同一水平高度，以保证各分配管逐根调整，使其吸收液流量均匀。上、下封头为钢衬胶，而中间简体为碳钢，本吸收塔安装要求是很高的，塔体必须垂直，误差小于千分之二。其技术特性：许用温度气体进口温度不得超过250℃许用压力壳程O.3MPa，管程0.1MPa8．尾气吸收塔尾气吸收塔的作用在于将膜式吸收塔未吸收的氯化氢气体再次吸收，使气相成为合格尾气。吸收液是一次水或脱吸后的稀酸。常见的尾气吸收塔为绝热填料塔或膜式吸收塔、大筛孔的穿流塔。考虑到尾气中含氯化氢量不多，采用绝热吸收是可以将这部分氯化氢气体吸收掉的。尾气填料塔结构详见图8-11所示。从结构看，尾气吸收塔也可分为三个部分。上部为吸收液分播段，采用同一水平面高的玻璃管插入橡皮塞子中，直通吸收段填料层上部；底部是带有挡液器的圆柱体；中部为圆柱形简体的吸收段，内填充有瓷环。9．陶瓷尾气鼓风机尾气鼓风机的作用在于将来自尾气吸收塔的合格尾气进行抽吸排空。水资源丰富的地区可采用水喷射泵来代替甩气鼓风机。陶瓷制的尾气鼓风机耐腐蚀、运行稳定，是较为可靠的鼓风抽吸设备。在其进口配有调节蝶阀或闸板以调节风量；另外还可以在进出口管间装上回流管。其结构详见图8-12所示。其外壳为钢制，内衬陶瓷，叶轮同过去的陶瓷改为玻璃钢。前端有塑料压盖，并有八颗压盖螺丝固定；机身置于支座上，用底脚螺栓固定住；叶轮用止动螺栓固定在悬臂梁上。10．石墨列管式冷冻塔石墨列管式冷冻塔位于圆块孔式冷却器及缓冲器之后，是由二组各三个石墨列管式冷冻塔组成的串联塔组。其作用是用零下25℃的冷冻氯化钙溶液将氯化氢气体进行冷冻脱水。使其成为含水量小于0.06％的干燥氯化氢气体，便于输送。石墨冷冻塔的结构详见图8-13所示。其基本构造与降膜吸收塔相同，所不同的是其顶部分布板上并没有分液管。11．酸雾捕集器酸雾捕集器的作用是以氟硅油浸渍处理的憎水性玻璃纤维把气流中的酸雾截留、捕集下来，从而净化气体。其结构详见图8-14所示。整个容器也可分为三个部分。上部为圆筒形锥体端盖；中间为圆筒体并带有夹套通冷冻盐水，内部是若干个玻璃纤维滤筒；下端提圆锥体。有个带有45°开口的气体导入管及底部出酸口。气流自下锥体进入，经滤筒成为气溶胶，夹带的酸雾被玻璃纤维捕集，截留下来，净化后气体由滤筒上部引出。整个容器可用钢衬胶及塑料制成。12．纳氏泵纳氏泵(Nashpllmp)是主要的压缩、输送气休的设备。其作用是将干燥脱水后的HCL气体进行压缩、输送至氯乙烯台成．排压为0.08MPa～0.1MPa。其构造详见囹8-15所示。纳氏泵分为三个部分：①内壁呈椭圆型的壳体；②带有时片的转子；③两端轴封的端盖。三部分全是浇铸件。纳氏泵运行时借助浓硫酸作液研、密封．利用运转时所产生的离心力使体受到压缩