新一代氯化氢合成炉节能减排安全高效

  化学工业的一个重要特点就是煤、石油、天然气既是能源，又是原料，占产品成本的25%～40%。这一特点使得节能工作在化学工业中有着很重要的意义。化工生产往往在较高的温度、压力下操作，需要大量的冷却水，故化学工业也是用水大户。

  用氯气和氢气反应生产氯化氢气就是一个典型。该反应会产生可观的反应热能，但长期以来一直难以高效回收利用，既造成热能大量流失，又带来热污染。与此同时，生产氯化氢的氯碱行业产能过剩，开工不足，企业经济效益滑坡，节能减排成为企业挖潜增效的必由之路。

  在此背景下，江苏苏宇化工设备有限公司应势研发成功第四代氯化氢合成炉——全自控副产中压蒸汽氯化氢合成炉，实现了氯化氢反应热能的高效回收，同时免去了用水降温工艺环节，节省了水资源和相应的水循环动力消耗。此外，以前的合成炉均为手动控制，难以平稳生产，安全风险隐患很高。新装置配备了自动点火系统，明显提高了合成炉的安全性。因此，全自控副产中压蒸汽氯化氢合成炉的工业化推广将成为行业发展大势所趋。

  在日前举办的全自控副产中压蒸汽氯化氢合成炉技术交流会上，氯碱行业专家、内蒙古伊东集团东兴化工有限公司总工程师张宇充分肯定了该合成装置的技术先进性。他说：“江苏苏宇的合成炉突破了沸腾盐酸对钢制部分的腐蚀，从而使合成盐酸中铁离子含量大幅度的降低，远远低于优级品的水平。这是可以在氯碱行业大力推广的节能产品。合成装置的比值控制是我多年来一直想要实现的目标。”原大沽化工股份公司总机械师王成浩认为：“钢制蒸发段耐压高，热效率高，蒸汽产量大，再加上合成装置的巧妙设计，使装置的维修量少，维修费用小，减少了停车次数和停车时间，给企业真正带来了实惠。”中机工程启源咨询设计有限公司董事长李伏提出：“江苏苏宇公司的合成装置产能大，每台氯化氢产能达到150吨/天，而且真正的完成了自动点火、自动控制、自动联锁，是行业中领先的节能减排的设备。”

  长期以来，对于氯化氢合成中的热能利用，国内主要有二种方法：一是使用钢制水夹套氯化氢合成炉副产热水。这种钢合成炉在炉顶部和底部容易被腐蚀，常规使用的寿命短，副产的热水应用场景范围有限,目前已经基本被淘汰；二是使用石墨制的氯化氢合成炉副产热水或0.2～0.3MPa压力的蒸汽，但由于石墨是非金属脆性材料，副产蒸汽时存在安全风险隐患，而且热能的利用率只能达到30％～40％。另外，为防止石墨炉筒受热升温过快导致爆裂，合成炉点火开车后，要小负荷运行约2个小时后才能提升负荷，给生产负荷调整带来不便。

  江苏苏宇设计制造的氯化氢合成炉克服了以上两种方法的缺点。它采用三段式结构：在合成炉的中间高温区段，使用钢制水冷壁炉筒；在合成段顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，采用石墨材料制作，这样既克服了石墨炉筒强度低和使用温度受限制的缺点，又克服了合成段的顶部和底部容易被腐蚀的缺点。由于产汽承压段采用钢制水冷壁炉筒，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70％，其承压能力也大幅度的提升，目前我们已做到产出蒸汽压力最高达到1.4MPa，从而使副产蒸汽压力可在0.2～1.4MPa间任意调节，可并入中、低压蒸汽管网使用，使热能得到充分利用。

  与此同时，合成炉在开车前用外来蒸汽预热到150℃以上，运行时炉内温度平均在2000℃以上，停车后首先用氮气吹扫后保压，并保温在150℃以上，即合成炉内温度始终高于盐酸的露点温度108.5℃，所以，合成炉钢制部分不存在盐酸腐蚀和合成气中铁离子超标的危险。

  一是蒸汽压力高，产汽量大。氯化氢合成的热能利用率达70％，每生产1吨氯化氢可产0.8MPa蒸汽０.６～０.７吨。

  二是设备维修量小，维修周期长。石墨冷却段的结构设计巧妙，通过采用中心腔的结构，使高温氯化氢气体不再直接冲击石墨换热块，避免了石墨块因长时间非间接接触高温气体易产生裂缝渗漏问题。同时，由于蒸汽发生段获取的热量多，到达冷却段的热量相对减少，由此可避免冷却段下部石墨的换热块局部过热而爆裂导致停产。这样蒸汽发生段和冷却段都能保持长时间稳定的运行，为企业节省了大量的检修费用，避免了非正常停车所造成的损失。

  三是完善的自动化控制。实现氯气、氢气的自动配比和氯化氢合成系统的自动控制一直是氯碱行业长期关注的课题。合成炉装置控制管理系统采用自动点火装置、自动联锁保护系统、氢气和氯气自动配比控制和汽包部分的自动控制，从而最大限度地保证氯化氢产品的质量，使生产装置安全运作。运用自控系统，生产基本能做到无人值守，非常大程度上减轻工人的劳动强度；避免了操作工误操作对氯化氢合成造成的危害；通过流量计及调节阀的精准计量及控制，能确保氢气与氯气的配比，能够尽可能的防止以往通过人工控制氯氢流量、观察火焰颜色会造成的控制和观察失误，提高了整个生产系统的安全性；系统一旦控制失灵，氯氢流量失常，生产装置会自动停车。

  根据运行装置可知，每合成1吨氯化氢气体可副产中压蒸汽0．6～0．7吨；以日产150吨氯化氢为例，氯化氢合成系统装置满负荷生产时日产蒸汽约91吨，蒸汽单价以100.00元／吨计，年开车330天，年创效益约３０３万元。

  同时，由于氯化氢合成放热大部分用来发生蒸汽，与石墨炉相比，循环冷却水用量大幅度减少，按一般循环水装置配置需约75千瓦动力电、电价按0.5元／千瓦时计，每年可节约动力电费约30万元。

  此外，氯化氢合成系统副产的中压蒸汽可直接并入中压蒸汽管网，由此能够节省建立单独低压蒸汽管网的投资。本装置热力系统采用自然循环方式，而非强制循环方式，不需要消耗动力，由此每年节约的动力电费用约4万元。

  综合来看，以日产150吨氯化氢为例，采用江苏苏宇副产中压蒸汽合成炉与石墨炉相比，每年可创造效益约327万元，比低压蒸汽合成炉多创效２００多万元。

  甘肃稀土集团是我国稀土行业大型冶炼骨干企业，也是我国稀土行业唯一的国家一级企业。烧碱厂为集团下属二级单位。

  甘肃稀土盐酸合成装置曾先后采用了钢制合成炉及配套设备、上点火式三合一石墨盐酸合成炉及配套设备生产盐酸，满足了不同时期发展需求，但是随着稀土深加工产品的开发及生产，高纯盐酸产量、质量已经不能够满足公司发展的需求。老合成系统的安全性得不到保障，而且与新建离子膜装置不能匹配，经济效益无法体现。其中的根本原因有四个方面。

  一是运行控制手段落后，氯氢配比不易控制，防爆膜、尾气管、尾气塔频繁爆炸和爆裂，生产的全部过程存在着极大的安全风险隐患，生产不能平稳运行，频繁升降电流，经济效益不能完全发挥。高纯盐酸中游离氯含量一直偏高，不能够满足离子膜电解系统需求；

  三是合成炉炉体及配套设施间距小、工艺管线交叉布置，通道狭窄，检修不便，岗位工巡视存在安全隐患；

  四是盐酸合成装置生产长期处在超负荷运行，与之配套的冷却系统结垢严重，冷却效果不好，须频繁倒停炉、洗炉，石墨寿命减少，并出现多处裂缝，虽经粘接，盐酸质量仍无法保证。

  为此，我公司通过考察了解，于2011年决定新建盐酸合成装置（2台下点火式四合一石墨盐酸合成炉，单台产量200吨/日）及其配套设施（DCS控制管理系统、合成配电系统、循环水泵房配电系统、软水循环系统、循环水加药冷却系统）。工程还包含土建基础及防腐、钢框架平台、管架、管网铺设、消防、防雷接地、除人体静电、上下水、照明、应急照明、对讲通讯及有毒有害化学气体检测等内容。

  江苏苏宇化工设备有限公司通过我公司的招标，对该项目进行EPC总承包（交钥匙工程），包括设计、采购、施工、安装、调试、试运行、人员培训、达产达标等全过程的承包。

  2012年7月17日，四合一盐酸合成装置及配套设施项目土建奠基动工，当年11月30日开车，截至目前已经运行半年多。运行初期，2台合成炉就相继通过了72小时性能考核，产品产量、质量均达产达标；装置、配套设施、设备正常运行平稳，生产系统运行平稳，主要经济技术指标达到技术协议要求。

  四合一盐酸合成装置项目的建成，使我们成为国内少数可以全自动点火及自动控制运行的企业。远程操作使岗位工安全得到了保障，消除了点炉及运行过程中存在的安全隐患。

  合成系统的开停车安全、可靠，生产高效、安全、平稳，产品的产量、质量均满足了稀土发展的需求，高纯盐酸质量远远优于原化工部标准，盐酸含游离氯小于5ppm。盐酸合成系统完全消耗了电解产生的所有氢气，高纯盐酸日产量较改造前增加60吨。

  合成炉冷却系统采用软水循环冷却，可避免频繁倒停炉、洗炉，避免了炉体外壳腐蚀；合成冷却系统冷却效果很好并且稳定，设备的检修频次降低，非常大程度上减轻了操作工的劳动强度，确保了整个生产系统的安全、高效、平稳及长周期运行。循环水冷却采用无电耗节能风机冷却塔，节电效果明显。

  四合一盐酸合成装置及配套设施项目实施后，公司实现了循环水、废水的零排放，合成系统尾气达标排放；年多产高纯盐酸12000吨，仅增产盐酸一项就可为公司年增加经济效益660万元；四合一盐酸合成冷却水系统改造及氯氢冷却系统优化，改造前运行电机总功率172千瓦，改造后为134千瓦，年可节电30万千瓦时，年节约资金15万元；冷却水系统的水温降低，实现了盐酸合成装置、氯氢处理、冷冻岗位对循环水的较好利用和指标优化，年节水250000吨，年节约费用200万元。项目的总体经济效益与安全效益非常明显。

  河南神马氯碱化工股份有限公司是中国平煤神马集团盐化工板块的有突出贡献的公司，是河南省氯碱骨干企业。

  氯碱行业发展迅速，企业规模逐步扩大，技术进步日新月异，市场之间的竞争日趋激烈。神马氯碱坚持走科学技术进步之路，持续进行新技术的开发及应用，逐步的提升企业的核心竞争力。副产中压蒸汽氯化氢合成炉的引进投用是我公司节能降耗的一项重要举措。

  众所周知，在氯化氢合成过程中，氯气与氢气反应生成氯化氢时伴随释放出大量反应热，这些热量相当可观，但如何对其加以合理规划利用是行业亟待解决的问题。2012年8月份，我公司通过节能投资的方式使用江苏苏宇化工设备有限公司生产制造的副产中压蒸汽氯化氢合成炉，替代原有的钢制合成炉，充分的利用了氯化氢合成炉的副产热量。该副产中压蒸汽氯化氢合成炉经过近一年的使用，运行稳定，节约能源的效果明显。

  江苏苏宇化工设备有限公司副产蒸汽氯化氢合成炉自动化程度高，合成炉点火、氯气和氢气的配比、蒸汽系统的控制调节、氯化氢含量和游离氯的分析、联锁保护等实现全自动化操作，运行安全稳定。该合成炉在高温区段使用钢制水冷壁炉筒；在合成炉顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，使用石墨制炉顶炉底。采用这种方法，既克服了合成炉的炉顶和底部容易被腐蚀的缺点，又克服了石墨炉筒强度和使用温度受限制的缺点，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，副产蒸汽压力可达0.8～1.4MPa，可与中压蒸汽网并网使用，使热能得到充分利用。

  该副产蒸汽氯化氢合成炉与石墨合成炉相比，炉筒部分采用钢制水冷壁炉筒吸热发生蒸汽，替代原来石墨炉筒循环水冷却的结构，水冷壁管内热水吸收炉内高温氯化氢气体的热量后上升到汽包内，部分水气化成蒸汽产出，热利用效率高，热辐射小。

  我公司对副产蒸汽氯化氢合成炉运作情况的统计显示，该装置平均每小时产蒸汽量为2.89吨。以我公司现在蒸汽价格为280元/吨计，一年的经济效益可达416万元，经济效益相当可观。

  该合成炉自动化程度高，最重要的包含自动点火单元、自动联锁保护单元、氢气氯气自动配比控制单元、汽包部分自动控制单元组成。系统实现DCS集中控制，现场无人值守。

  其自动点火单元由在线火焰检测、自动切断阀、高压点火装置和程序控制组成。操作人能根据生产负荷的需要逐步提升负荷，既安全又便捷，操作简便。

  自动联锁保护单元设有氢气压力、氯气压力、冷却水流量、汽包压力、汽包液位、氢气流量与氯气流量比值联锁，在线火焰联锁保护，当出现危及生产的不正常的情况时，能立即执行停车保护程序，进行自动充氮气保护。

  氢气、氯气自动配比控制单元可实现精确的自动流量控制，根据相关生产控制中氯化氢的纯度分析来设定氢气、氯气适当的比值，在生产中若氢气、氯气的纯度在波动时，及时分析氯化氢纯度调整比值实现两者的自动控制。

  汽包蒸汽部分自动控制单元包括汽包液位的自动控制，蒸汽压力自动控制、汽包液位低和蒸汽压力高的联锁保护。

  该合成炉虽然使用了钢制水冷壁炉筒吸热发生蒸汽，但在操作程序上保证了设备温度和气体温度远高于盐酸的露点温度，从而解决了对钢的腐蚀问题，自开车以来没再次出现高纯盐酸质量不合格现象，可完全消除盐酸中铁离子超标的顾虑。

  该合成炉自投运以来运行安全可靠，自动化程度高，简单易操作，不但提高了产品质量，同时也解决了钢制合成炉热污染的问题，提高了热利用效率，取得了较好的经济效益，为公司技术装备水平的逐步提升、为氯化氢合成的余热利用开辟了一条很好的路径，对氯碱企业很有借鉴意义。

  新疆圣雄能源股份有限公司是一家以发展煤电盐化为一体的循环经济产业、生产高的附加价值化工产品为目标的现代化煤化工企业。

  公司于2008年3月在托克逊县鱼尔沟开始建设煤电盐化循环经济项目，现已累计完成投资30亿元。在项目建设中，我公司共采购江苏苏宇化工有限公司副产蒸汽氯化氢合成装置5套，该装置在我公司氯氢工序开车过程中发挥了巨大的作用。其优势体现在4个方面。

  第一，自动点火系统是安全高效的保证。我公司处于偏远的西北部，员工绝大部分是新招来的，技术水平低，安全意识差。该装置采取了自动点火，实现了DCS标准化的操作，减少了人工点火方式对操作人员经验的依赖，提高了操作安全性。

  第二，自动控制稳定生产的全部过程。该装置采用自动控制系统，能轻松实现氯气系统、氢气系统的自动调节，从而使安全生产得到有力的保证。

  第三，该装置采用了钢制段取热，管壁薄，传热效果好，副产蒸汽量大，节约能源的效果显著，符合国家“十二五”发展规划的产业政策，是节能减排的优质产品。

  第四，该装置生产出的高纯盐酸能完全满足离子膜用酸的要求。由于装置在开车前、开车过程中和停车过程中保证了设备内部和蒸汽系统的温度远高于盐酸的露点温度，所以高纯酸中铁离子含量能够完全满足优级纯的要求。

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