鹽酸生產(chǎn)工藝技術(shù)-鹽酸生產(chǎn)技術(shù)

任務(wù)六：鹽酸生產(chǎn)工藝技術(shù)（出鏡部分）大家好！

接下來(lái)我們來(lái)學(xué)習(xí)第六個(gè)生產(chǎn)任務(wù)：鹽酸生產(chǎn)工藝技術(shù)。鹽酸的生產(chǎn)方法有2種，一種是直接合成法，另一種是無(wú)機(jī)或有機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)的副產(chǎn)品。

直接合成法生產(chǎn)的鹽酸濃度高，質(zhì)量好，尤其是離子膜電解法的氯氣和氫氣合成的鹽酸，可以滿足全部市場(chǎng)需求；而副產(chǎn)鹽酸工藝差別很大，而且成分組成復(fù)雜，只能應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量要求不高的工業(yè)生產(chǎn)，還要考慮其中的雜質(zhì)對(duì)生產(chǎn)的影響，工業(yè)應(yīng)用意義不大。

（出鏡部分）我們的課程只學(xué)習(xí)直接合成法鹽酸的生產(chǎn)。直接合成法的生產(chǎn)分兩步進(jìn)行，第一步：氯化氫氣體的合成；第二步：鹽酸的生產(chǎn)。這節(jié)課我們先學(xué)習(xí)子任務(wù)一：生產(chǎn)目的和原理。在學(xué)習(xí)原理之前，我們先來(lái)了解一下氯化氫和產(chǎn)品鹽酸的基礎(chǔ)知識(shí)。氯化氫：氯化氫（HCl）在常溫下為無(wú)色、有刺激性嗅味的氣體，熔點(diǎn)-114.6℃，沸點(diǎn)-84.1℃，比重1.3。極易溶于水，并強(qiáng)烈地放熱，其水溶液就是鹽酸，是常用的無(wú)機(jī)強(qiáng)酸之一。純的鹽酸是無(wú)色液體，工業(yè)鹽酸由于有鐵、氯或有機(jī)雜質(zhì)存在而呈黃色。20℃時(shí)，濃度31%的鹽酸比重為1.1543，濃度為36%的鹽酸比重為1.1789。飽和的或濃的鹽酸在空氣中能揮發(fā)出氯化氫氣體。氯化氫極易與潮濕空氣中的水分生成白色的煙霧。

氯化氫在干燥的狀態(tài)下幾乎不與金屬反應(yīng)，但在含水或溶于水時(shí)，其表現(xiàn)為鹽酸的性能，腐蝕性很強(qiáng)，能與大多數(shù)金屬反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽類。氯化氫是制造合成材料的主要原料，可用來(lái)制造聚氯乙烯和氯丁橡膠等。鹽酸的用途也十分廣泛，如化學(xué)工業(yè)中用來(lái)制取鋇和鋅的氯化物、苯胺、染料和皂化油脂；冶金工業(yè)中濕法冶金、清洗鋼板鐵銹；輕工業(yè)紡織品染色、用于淀粉制造水解酒精與葡萄糖；食品工業(yè)制醬油和味精等。氯化氫和鹽酸的性質(zhì)和用途，我們了解這些，接下來(lái)學(xué)習(xí)他們的生產(chǎn)技術(shù)。本單元生產(chǎn)的目的和任務(wù)有：1、將氯氫處理工序送來(lái)的合格的氯氣、氫氣在石墨合成爐內(nèi)燃燒，生成氯化氫氣體。2、氯化氫氣體經(jīng)水吸收，制得合格的鹽酸。3、平衡系統(tǒng)富裕的氯氣。

子任務(wù)1：生產(chǎn)目的及原理

1.氯化氫合成生產(chǎn)原理氯氣與氫氣在適宜的條件（如光，燃燒或觸媒）下，迅速化合，合成氯化氫。其反應(yīng)式如下：

Cl2＋H2HCl+184.7kJ

此反應(yīng)若在低溫、常壓和沒(méi)有光照的條件下進(jìn)行，其反應(yīng)速率非常緩慢，但在高溫和光照的條件或者催化劑作用下，反應(yīng)會(huì)非常迅速，放出大量熱。具體反應(yīng)歷程如下：

1.鏈的生成：在氯氣和氫氣化合生成氯化氫的過(guò)程中，一個(gè)氯分子吸收光量子后，被離解成兩個(gè)游離的氯原子即活性氯原子。

2.鏈的傳遞：每個(gè)活性氯原子會(huì)和一個(gè)氫分子進(jìn)行作用，生成一個(gè)氯化氫分子和一個(gè)游離氫原子即活性氫原子,這個(gè)活性的氫原子接著又與一個(gè)氯分子發(fā)生作用，生成一個(gè)氯化氫分子和一個(gè)游離的氯原子，如此循環(huán)進(jìn)行就構(gòu)成一個(gè)鏈鎖性反應(yīng)。循環(huán)反應(yīng)式如下：

3.鏈的終止：在鏈鎖反應(yīng)過(guò)程中，如果有外來(lái)因素與CL·和H·化合，反應(yīng)即被破壞，活性消失，鏈鎖反應(yīng)停止，使鏈傳遞終止，反應(yīng)結(jié)束。

如：原料氯氣中含有O2，就會(huì)和H·反應(yīng)，生成H2O。反應(yīng)過(guò)程活性氫原子和活性氯原子與設(shè)備內(nèi)壁碰撞也會(huì)使反應(yīng)終止。如此下去，則一個(gè)光量子會(huì)使大量分子迅速化合。氯化氫的合成反應(yīng)也可以看成是氫氣在氯氣中的燃燒，燃燒時(shí)的火焰溫度高達(dá)2000℃以上，所以工藝上必須及時(shí)移走燃燒熱。這里有兩個(gè)問(wèn)題需要大家思考：1、化學(xué)反應(yīng)式中氯氣和氫氣摩爾比例的是1:1，而在生產(chǎn)中氯氣和氫氣卻不能按照1:1比例投入。2、生產(chǎn)中氯氣和氫氣投入時(shí)，不是同時(shí)投入，而是先通氫氣，再通氯氣。氫氣的燃爆性告誡我們，氫氣在氯氣中極易爆炸，且爆炸范圍非常大，如果同時(shí)投入氫氣和氯氣，會(huì)有混合爆炸的可能性。因?yàn)槁葰庥卸?，為了保證氯氣能被充分反應(yīng)，所以通入氫氣的量要比氯氣多，也就是說(shuō)氫氣是過(guò)量的。要解答這兩個(gè)問(wèn)題，還需要再次回顧復(fù)習(xí)氯氣和氫氣的物化特性。

用水將氯氣和氫氣合成的氯化氫氣體進(jìn)行吸收溶解。根據(jù)合成爐的不同有“二合一”和“三合一”流程。特別是由于三合一合成爐的廣泛使用，生產(chǎn)效率大幅度提高，也使得氯化氫及鹽酸的合成工藝達(dá)到了一個(gè)新的高度?！岸弦弧绷鞒蹋侵负铣?、冷卻在一個(gè)爐體內(nèi)完成,吸收在爐體外進(jìn)行,既可以生產(chǎn)氯化氫氣體,又可以部分吸收生產(chǎn)鹽酸,可以滿足不同的需要，比較實(shí)用?！叭弦弧绷鞒淌荋CL合成、冷卻和吸收制酸在一個(gè)石墨爐內(nèi)完成，只用于生產(chǎn)鹽酸。2、鹽酸的生產(chǎn)原理前面講過(guò)，合成爐內(nèi)氯化氫氣體溫度很高，因此，在用水吸收之前必須冷卻。當(dāng)用水吸收氯化氫時(shí)，也有很多熱量放出，放出的熱量使鹽酸溫度升高，不利于氯化氫氣體的吸收，因?yàn)槿芤簻囟仍礁?，氯化氫氣體的溶解度就越低，因此，生產(chǎn)鹽酸必須要有移熱措施。氯化氫的吸收過(guò)程是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，遵循物質(zhì)傳遞原理。子任務(wù)2、生產(chǎn)工藝流程（以二合一流程為例）先來(lái)看一下典型的工藝流程簡(jiǎn)圖，并嘗試解讀生產(chǎn)工藝流程需要說(shuō)明的是：1、如果吸收水用的是工業(yè)水，生產(chǎn)的鹽酸為工業(yè)鹽酸。2、吸收水如果用無(wú)離子水，得到的是高純鹽酸。3、在“二合一”合成爐的冷卻段如果冷卻劑使用無(wú)離子水，反應(yīng)熱足以使部分無(wú)離子水汽化，副產(chǎn)部分蒸汽，供其他工藝使用，這就是所說(shuō)的余熱鍋爐技術(shù)。國(guó)內(nèi)許多許多氯堿企業(yè)都采用這種技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)施節(jié)能降耗。1、溫度氯氣和氫氣在常溫、常壓、無(wú)光的條件下反應(yīng)進(jìn)行的很慢，一般控制合成爐出口溫度400-450℃。子任務(wù)3、生產(chǎn)控制指標(biāo)2、水分絕對(duì)干燥的氯氣和氫氣是很難反映的，而微量水分存在時(shí)可以加快反應(yīng)速度，水分是促進(jìn)氯與氫反應(yīng)的媒。3、氯氫配比一般控制在氫氣過(guò)量5%-10%。1、原材料指標(biāo)名稱規(guī)格（v%）備注原料氯氣Cl2≥98.5%H2≤0.4%O2≤1.0%來(lái)自氯處理工序尾氯Cl280～99%H2≤3.60%來(lái)自液氯工序原料氫氣H2≥99%來(lái)自氫處理工序純水Ca2+≤0.0%Mg2+≤0.0%Fe含量≤0.001%（wt）來(lái)自純水工序2、氯化氫氣體指標(biāo)氯化氫純度90%-94%氯化氫壓力（爐壓）≤50Kpa游離氯≤0.04%氯化氫溫度≤45℃出酸溫度≤45℃點(diǎn)火前爐內(nèi)含氫≤0.05%系統(tǒng)開(kāi)車爐前氫氣純度≥99%3、高純鹽酸質(zhì)量要求—依據(jù)HG/T2778-2009項(xiàng)目?jī)?yōu)等品一等品合格品總酸度（以HCl計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31.0鐵（以Fe計(jì)）的質(zhì)量分≤0.0020.0080.01灼燒殘?jiān)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.050.100.15游離氯（以Cl計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.0040.0080.01砷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.0001硫酸鹽（以SO42-計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.0050.03注：砷指標(biāo)強(qiáng)制4.1外觀：為無(wú)色或淺黃色透明液體。4.2各項(xiàng)指標(biāo)要求如下表：4、

工業(yè)用合成鹽酸標(biāo)準(zhǔn)子任務(wù)4：主要設(shè)備認(rèn)知目前，國(guó)內(nèi)外合成法生產(chǎn)鹽酸的合成爐，爐型主要分為兩大類：鐵制爐和石墨爐。

鐵合成爐已被多數(shù)企業(yè)淘汰，取而代之的是各類石墨合成爐。1、合成爐石墨爐特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品酸純度高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、易于控制、具有較高的合成、吸收、冷卻的綜合容積效率和較高的吸收強(qiáng)度，并可大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程。石墨合成爐又有兩種典型的類型，即“二合一”合成爐和“三合一”合成爐，目前鹽酸生產(chǎn)企業(yè)兩種合成爐都有應(yīng)用。（1）“二合一”合成爐，是在爐體內(nèi)完成合成、冷卻工藝，

吸收在爐體外（另一個(gè)設(shè)備）進(jìn)行。（2）石墨“三合一”爐是在一個(gè)石墨爐內(nèi)完成HCL的合成、冷卻和吸收制酸。不論哪種石墨合成爐，均由殼體、石墨爐膽、石墨爐頂管、防爆膜、燈頭、視鏡等主要部件組成組成。所不同的是“二合一”合成爐氯氣和氫氣從底部通入，火焰向上，在上升過(guò)程完成氯化氫氣體的合成，合成段在下部，冷卻段在上部。左圖:帶余熱鍋爐的“二合一”合成爐結(jié)構(gòu)圖而三合一石墨鹽酸合成爐，氯氣和氫氣由頂部進(jìn)入燃燒器進(jìn)行燃燒合成，火焰方向朝下，合成段位于上部，吸收段位于下部。吸收段是由若干個(gè)吸收單元塊組成，吸收液與氯化氫氣體從中并流通過(guò)，吸收塊的徑向孔道是冷卻水的通道。吸收段下面，裝設(shè)有氣液分離器，成品酸與未被吸收的氣體在此分開(kāi)，分別經(jīng)液封至成品酸貯槽和尾氣吸收塔。

三合一石墨爐結(jié)構(gòu)圖2、石墨降膜吸收器（二合一爐配置）如下圖所示：子任務(wù)5:生產(chǎn)異?，F(xiàn)象和處理方法生產(chǎn)操作嚴(yán)格是保證生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的重要因素。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不可能一直都是正常生產(chǎn)的，總會(huì)受一些外在因素導(dǎo)致生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況，所以一旦發(fā)生異常情況，操作人員應(yīng)立即處理，否則后果不堪設(shè)想。序號(hào)異?，F(xiàn)象原

因處

理

方

法1火焰發(fā)紅發(fā)暗1.氯氣或氫氣純度低2.有雜質(zhì)落在燈頭上1.立即對(duì)原料氣體進(jìn)行純度分析并通知氯氫處理工段提高氯氣、氫氣壓力2.嚴(yán)重時(shí)，要停車清理2火焰發(fā)黃有點(diǎn)煙霧氯氣過(guò)量減少氯氣量，提高氯氣純度3火焰發(fā)白有煙霧1.氫氣過(guò)量2.氯氣純度低1.減少氫氣量或提高氯氣量；2.提高氯氣純度4爐內(nèi)有爆炸聲氯氣和氫氣的純度低立即停車，待純度提高后才能開(kāi)車，否則會(huì)出現(xiàn)回火現(xiàn)象，影響安全生產(chǎn)5氯化氫含氯量高1.氯氣過(guò)量2.燈頭損壞3.原料氣體壓力波動(dòng)1.調(diào)節(jié)氯氣流量，提高氯氣純度2.停爐換燈頭3.調(diào)節(jié)壓力，達(dá)到平穩(wěn)6防爆膜炸破1.氫氣純度不好，含氫氣量高2.防爆膜使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)1.停車2.更新7成品鹽酸不合格1.含氯化氫量太低2.含游離氯高3.重金屬含量和砷含量高4.灼燒殘?jiān)?.關(guān)小吸收水閥2.落實(shí)火焰顏色，必要時(shí)換合成爐燈頭3.分析吸收水成分4.換合成爐燈頭8爐火突然熄滅1.進(jìn)爐氫氣突然中斷2.爐頂防爆膜破裂脫落覆蓋燈頭3.系統(tǒng)壓力太高，氫氣無(wú)法進(jìn)入爐內(nèi)1.聯(lián)系氯氫處理工段，檢查氫氣系統(tǒng)有無(wú)積水2.停爐，取出覆蓋物并更換防爆膜3.檢查后道工序管