盐酸合成炉工艺比较及常见问题
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摘 要：结合盐酸合成工艺，系统的比较了各种合成炉的优缺点，以及在使用过程中出现的一些常见问题，强调了系统的稳定性和安全性。
关键词：铁制炉；石墨炉；安全；稳定
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.029
0 引言
盐酸作为工业生产的一项基础性原料，以其工艺的成熟，在稀有金属湿法冶金、有机合成、漂染工业、食品加工、无机与有机药物生产等领域受到广泛运用。伴随着氯碱工业的不断壮大，配套的合成盐酸规模也在不断扩大，盐酸合成的装置从最初的铁合成炉发展到现在广泛运用的“三合一”石墨炉、“四合一”石墨炉。
1 合成盐酸的工艺流程
合成盐酸装置不断更新升级，但总的流程基本相同。合成过程包括氯化氢的合成、冷却、吸收三个过程。从电解槽出来的氢气经洗涤、冷却、压缩、干燥之后进入合成炉与从氯处理送过来的氯气按比例混合，在炉内燃烧，高温的氯化氢气体经过冷却器的冷却，通过降膜吸收器的吸收成为合格的盐酸。未被吸收的氯化氢气体上升到尾气吸收装置形成稀盐酸，作为降膜吸收器的吸收液使用。极少量的尾气通过喷射泵抽至水封排出。
2 合成盐酸的装置比较
合成炉从炉型来看分为两大类：铁制炉和石墨炉。现在合成盐酸最主要的设备是“三合一”石墨炉、“四合一”石墨炉，铁制炉已经逐渐淡出这个领域。
2.1 铁制炉的特点
铁制炉自身不带冷却水夹套，氯气和氢气在合成炉内反应生成氯化氢气体，由于上游过来的原料气体不是绝对干燥的，反应的原料和产品在反应过程中与铁制炉直接接触，对设备造成严重腐蚀。同时设备自身的铁元素被带入氯化氢气体中被吸收，使形成的盐酸受到污染颜色发黄，影响产品质量。运用此装置，合成炉灯头腐蚀严重，需要经常更换，使用的空气盘管冷却器长期处于腐蚀的条件下，增加系统阻力，影响换热效果。氯气和氢气燃烧生成氯化氢的过程，产生大量的反应热，造成热量损失的同时，使整个装置表面温度很高，形成较大的安全隐患。
2.2 石墨炉的特点
石墨炉出现后，从“二合一”石墨炉到现在的“四合一”合成炉。相对于铁制炉，它最大的特点，在于内衬石墨的使用，石墨与外壳中间形成夹套，通入冷却循环水对炉内氯化氢气体进行冷却，石墨优异的导热性能，使得换热效果有了很大的提升。氯气和氢气在合成炉内燃烧的温度能够达到2400℃，通过夹套和冷却器的冷却氯化氢气体的温度会大大降低。二合一、三合一以及四合一都只是针对盐酸合成工艺中各个构件的形式而言的，常说的二合一就是合成炉与冷却器在一起，三合一就是合成炉、冷却器、降膜吸收器三者在一起，四合一就是合成炉、冷却器、降膜吸收器和尾气吸收塔四个构件在一个装置上，很明显，合成炉自身的构件越多，装置占地就越少，设备需要的空间就越少。虽然合成炉本身构件越多，设备制造较复杂，一次性投资较大，但其具有工艺过程较简单、传热效率高、氯化氢气体出口温度较低、产品酸纯度高且无Fe3+污染、耐腐蚀性强，正常使用时维修量小等优点。湖北兴瑞化工氯碱分厂就通过技术改造，将冷却水引水其他工段，回收利用了传热回来的冷却水，充分利用了合成过程中的热能。国内普遍采用三合一合成炉，已有一些厂家开始用四合一合成炉，国外厂家用四合一合成炉已经普及。
3 盐酸合成系统常见问题探讨
盐酸合成需要的氯气属于剧毒气体，氢气属于易燃易爆品，极易形成爆炸气体。系统的安全事故隐患包括原料氯气或氢气压力、流量、纯度的突然波动，人为的错误操作；合成炉运行过程中，氯气流量控制不当，造成盐酸游离氯偏高，甚至大量跑氯；开车时炉内氢气置换不彻底，处在氢气的爆炸极限内，点火时发生爆炸；停车过程中操作不当，或者运行过程中吸收水断流，造成炉内气体压力超压，防爆膜爆裂；冷却水夹套长期结垢，换热不畅或者局部过热，造成设备温度过高甚至局部损坏。
3.1 原料分析
原料气的指标包括氢气纯度大于98%，氯气纯度大于75%。保证合成炉生产安全的关键是避免炉内、尾气系统产生爆炸性气体。停车后应该用氮气充分的置换炉内气体，对置换的氮气的含氧量控制在0.5%以内。点火前对炉内进行充分的负压抽吸，确保炉内气体合格，严格控制参与反应的氢气和氯气的控制指标，指标达标后方可点火。尤其在第一次点火失败后，要重复以上过程，保证置换抽吸的时间在半小时以上，再重新分析点火。
3.2 流量调节
生产过程中，氯氢比一般控制在1：1.05～1：1.10之间。由于过来的原料气压力是不断变化的，一般的孔板流量计均未进行精确的温压补偿，这个数据也只是理论的。实际操作过程中，要时刻关注灯头的火焰颜色，以青白色为最佳。火焰颜色偏红，反应氯气过量，造成氯气不完全燃烧，成品盐酸中游离氯偏高，容易造成跑氯。火焰颜色过白，炉压升高，氢气过量，会引起后面的吸收器下酸温度过高，造成设备损坏。如果短时间内火焰颜色极为不稳定，可能进炉的氢气管道积水，尤其在气温低的时候更易出现，要定期进行排水。压力和温度变化都会引起火焰颜色的迅速直观变化。整个系统的连续性和稳定性，对合成炉的运行至关重要。
3.3 点火和停炉操作
手动点火之前，要先打开吸收水和冷却水，炉内保持适度的负压，在氢气胶管塞入合成炉之前进行管道置换，外部点火，快速塞入炉内，再慢开氯气阀门进入氯气，火焰正常后快速关闭炉门，根据情况慢慢加大氢气和氯气流量。氢气调节过大造成火焰太长，操作人员心理压力；氯气调节过大，会造成氯气过量，可能扑灭火焰，造成跑氯。
停炉时操作相反，要避免氯气和氢气直接关闭，通常慢慢将氯气、氢气流量降低至约30%，再迅速同时关闭氯气、氢气阀门。直接关闭会造成系统压力变化剧烈，甚至出现防爆膜超压爆裂。停炉后对系统抽负压、充氮，分析合格之后再取下氢气软管，打开炉门。
4 结语
相比于铁制炉，石墨炉结构紧凑、传热效率高、拆装方便、寿命长、操作简单的特点。熟悉合成炉的结构工艺，正确操作使用合成炉，可以提高产品质量，还可以延长合成炉的使用寿命，减少甚至避免安全事故的发生。
参考文献：
[1]程殿彬.离子膜法制碱生产技术[J].北京：化学工业出版社，2004.
[2]陈彦峰.YKSL70型三合一盐酸合成炉安全生产的探讨[J].中国氯碱，2010（12）：12.
作者简介：胡瑜（1989-），男，湖南澧县人，本科，工程师，研究方向：氯碱化工盐酸合成。
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