二合一石墨合成爐技術改造

顧 濤，張天國，馬 林，熊 鵬

（新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 托克遜 833100）

二合一石墨合成爐技術改造

顧 濤，張天國，馬 林，熊 鵬

（新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 托克遜 833100）

介紹了氯化氫合成工藝流程及運行過程中的技術改造，并對合成爐改造效果進行了總結。

合成爐；技術改造

新疆圣雄氯堿有限公司一期的投運能力為年產20萬t離子膜燒堿裝置。氯化氫合成工序原設計采用5臺副產蒸汽爐，上部（冷卻器）和下部（燃燒段）為石墨段，中間部分（蒸發段）為環管式鋼制換熱器的二合一鋼制合成爐，自2015年9月隨著負荷提升，HCl合成爐蒸發段底部時常泄漏，2015年9月至2016年2月因蒸發段泄漏，累計大修合成爐26次，導致生產負荷不能長期穩定地運行，給環境也帶來了極大的危害，同時也是安全生產的重大隱患。改造成二合一石墨合成爐之后運行平穩，達到滿負荷的90%以上時，各項指標運行正常，所產高純鹽酸含鐵小于0.3 mg/L。

1 氯化氫合成工藝簡介

來自氫氣處理工序的氫氣（純度≥99.00%）進入水霧補集器后與精餾尾氣提氫氫氣和電石爐尾氣制氫氫氣在緩沖罐混合后將壓力控制為0.07～0.09MPa，經阻火器、流量計、調節閥進入合成爐。來自氯氣處理工序的氯氣（純度≥97%）與來自液化的尾氯（純度≥9O%）經緩沖罐將壓力控制為0.11～0.13 MPa。經流量計、調節閥進入合成爐。氯氫氣體的配比嚴格控制為 1.00∶1.05～1.00∶1.10，2 種氣體在爐體內充分燃燒后生成氯化氫氣體。合格的氯化氫氣體一部分通過緩沖罐供給PVC轉化工序使用，一部分經一、二級石墨吸收器、尾氣吸收塔，用純水吸收制備高純鹽酸。氯化氫合成工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氯化氫合成工藝流程示意圖

2 運行中存在的問題及改進措施

（1）氫氣、氯氣主管上增設點火旁路

二合一石墨合成爐點火原采用爐內點火方式，在點爐的過程中，采用氫氣、氯氣調節閥點火，在點爐過程中由于DN150閥門口徑大，存在控制死區，即使最小開度的通氣量也很難控制，正常負壓下流量約為150～200 h，導致點火操作難度增大，經常出現將氣動閥打開后爐火熄滅，在大流量狀態下（氫氣流量為200～300 h）點火成功后HCl外溢，關爐門也有重大安全隱患，經過現場觀察總結后在氫氣、氯氣主管上增設點火旁路，內置限流孔板，并安裝手動球閥，便于快速開關，使合成爐點火順利并方便操作。流程圖見圖2。

圖2 氫氣、氯氣增設點火旁路

（2）新增并實現氫氣、氯氣自動配比

原設計進爐氫氣、氯氣為手動調節，當高負荷運行時氯乙烯緊急降量或單臺合成爐跳停，合成爐緊急提量或降量時，由于1人調節5臺合成爐，如果手動調節很容易造成合成爐過氯，導致VCM裝置混合器的防爆膜破裂，改造后合成爐氯氣流量根據氫氣流量自動串級調節，根據合成爐純度來確定氫氣、氯氣的配比，合成爐增減負荷時只需根據純度確定合成爐氯氣氫氣配比，根據配比增減氫氣流量，氯氣流量根據配比自動跟蹤，見圖3。

（3）為使氫氣管內無凝水產生，避免因燈頭進水而破裂或燈頭堵塞現象，做了以下幾點改進。

a.變更氫氣前冷卻器換熱介質

由于原設計氫氣前冷卻器換熱介質為循環水，夏季環境溫度高達45℃，導致氫氣溫度達到25～28℃。為降低氫氣溫度，將氫氣前冷卻器換熱介質變更為7℃水，效果良好，夏季高溫天氣時，氫氣溫度不高于13℃。

圖3 氯氫氣自動配比圖

b.新增氫氣水霧捕集器

在氫氣進入氫氣緩沖罐之前增加水霧捕集器，以此來減少氫氣的含水量，降低了氫氣壓力波動的可能性。

（4）增加單爐壓力與HCl總管壓力壓差連鎖（單爐壓力低于總管壓力5.00 kPa）

防止因單臺合成爐防爆膜破裂或爐門拉桿斷裂導致總管HCl倒串至合成爐中，造成HCl外溢和環境污染。

（5）回收利用離子膜蒸汽冷凝液至合成爐中

離子膜的蒸汽冷凝液回收利用至合成爐蒸發段補水：離子膜工序陽極側升溫所用蒸汽生成的冷凝液在沒有利用前排至地溝廢水處，而同時合成爐進爐需用純水24 m3/h，經過一些列分析檢測后發現此蒸汽冷凝液水質完全符合合成爐所需純水，經過改造將蒸汽冷凝液回收利用到合成爐汽包補水。

3 合成爐改造的效果

（1）增加點火旁路（DN25）內置限流孔板，降低了崗位工點火難度，只要點火棒進爐，崗位工可不需任何經驗只需按指揮人員要求全開點火旁路閥門，負壓不需太大，就可保證HCl氣體不會外溢，成為傻瓜式點火[1]。

（2）氫氣管路增加蒸汽伴熱保溫，由于氫氣中含水汽，冬季環境溫度低時就會有凝液，當凝液隨著氫氣進入石英燈頭時極易造成燈頭破碎，將石墨底板燒壞；增加伴熱保溫后再無凝液產生也無燈頭破碎[2]。

（3）氯氣氫氣進氣在自動調節基礎上增加創新型串級調節，氫氣流量給定后，自動按原配比值調節氯氣流量，保證氯氫配比基本不變。極大程度上減小了DCS操作人員工作強度，減少人為干預，避免因人員未及時發現氫氣流量波動而造成氯化氫含氯或純度低，同時可減少現場看爐人員4名。

（4）增加一套聯鎖關系，若爐膛壓力低于氯化氫總管壓力5 kPa則單爐停車。由于有上述聯鎖關系，單爐及時停爐，未造成系統大的波動；反之合成爐沒停，會造成大量氯化氫泄漏、氯氫氣壓力波動造成電解聯鎖停車，甚至造成后續氯乙烯工序混合器乙炔氣過量發生爆炸。

（5）在相同負荷的前提下，合成爐出爐循環回水溫度、流量相同的情況下合成爐出口氯化氫溫度和燈頭溫度明顯降低分別見圖4、圖5。

圖4 改造前后合成爐出口氯化氫溫度

圖5 改造前后合成爐燈頭溫度

改造前和改造后由于合成爐出口氯化氫溫度明顯降低，成品氯化氫冷卻到25℃以下時，所需的冷量減少，真正做到了節能降耗。

4 合成爐改造的經濟效益

本次合成爐擴能改造自2015年11月開始實施，于2016年7月完成5臺合成爐改造，增加伴熱前（一個冬季）破碎燈頭6個，每個按10 000元計，節約6萬元/a；燒壞底板（嚴重）3塊，燈頭底座4個，底座每塊3萬元，燈頭底座每個按1.5萬元，合計節約18萬元；維修費用：大修（吊裝加人工）每次5萬元計，小修費用15萬元，合計39萬元。減少現場看爐工4名。每名看爐工每月工資按5000元計，每年節約工資24萬元。

在改造前合成爐制約了電解槽負荷的提升，平均每臺電解槽電流在8.00 kA，改造后電解槽電流可提升至13.50 kA，平均每天提高230 t/d堿。以年計算：年增產燒堿7.6萬t，PVC9.6萬t，燒堿按照2 800元/t，PVC按照7 000元/t，每年可為公司增加8 848萬元的銷售額。

5 結語

新疆圣雄氯堿有限公司在2015年11月之前采用鋼制合成爐，于2016年1月實現改造后一次性成功，檢修率降低，節能效果突出，經濟效益顯著，達到了合成爐安全穩定高效地運行[3]。

［1］熊潔羽，王國軍，汪 斌．石墨制氯化氫合成爐氣體出口溫度的確定．中國井礦鹽，206，37（2）：15－17．

［2］路利霞，谷中鳴．氯化氫合成爐余熱利用的可行性分析．河南化工，2008，25（8）：49－50．

［3］仇曉豐，吳春森．新型ZSH正壓式二合一石墨合成爐生產氯化氫和鹽酸．中國氯堿，201（12）：26．

Two-in-one graphite synthesis furnace technical modification

GU Tao，ZHANG Tian-guo，MA Lin， XIONG Peng

（Xinjiang SNXON Chlor Alkali Co.，Ltd.，Toksun 833100,China）

This paper introduces the process of hydrogen chloride synthesis process and the technological transformation in operation process，and summarizes the effect of synthetic furnace.

synthetic furnace；Technical renovation

TQ124.4+2

B

1009-1785(2017)11-0029-03

2017-06-12