盐酸生产工艺技术-盐酸生产技术

任务六：盐酸生产工艺技术（出镜部分）大家好！

接下来我们来学习第六个生产任务：盐酸生产工艺技术。盐酸的生产方法有2种，一种是直接合成法，另一种是无机或有机产品生产的副产品。

直接合成法生产的盐酸浓度高，质量好，尤其是离子膜电解法的氯气和氢气合成的盐酸，可以满足全部市场需求；而副产盐酸工艺差别很大，而且成分组成复杂，只能应用于产品质量要求不高的工业生产，还要考虑其中的杂质对生产的影响，工业应用意义不大。

（出镜部分）我们的课程只学习直接合成法盐酸的生产。直接合成法的生产分两步进行，第一步：氯化氢气体的合成；第二步：盐酸的生产。这节课我们先学习子任务一：生产目的和原理。在学习原理之前，我们先来了解一下氯化氢和产品盐酸的基础知识。氯化氢：氯化氢（HCl）在常温下为无色、有刺激性嗅味的气体，熔点-114.6℃，沸点-84.1℃，比重1.3。极易溶于水，并强烈地放热，其水溶液就是盐酸，是常用的无机强酸之一。纯的盐酸是无色液体，工业盐酸由于有铁、氯或有机杂质存在而呈黄色。20℃时，浓度31%的盐酸比重为1.1543，浓度为36%的盐酸比重为1.1789。饱和的或浓的盐酸在空气中能挥发出氯化氢气体。氯化氢极易与潮湿空气中的水分生成白色的烟雾。

氯化氢在干燥的状态下几乎不与金属反应，但在含水或溶于水时，其表现为盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应，生成相应的盐类。氯化氢是制造合成材料的主要原料，可用来制造聚氯乙烯和氯丁橡胶等。盐酸的用途也十分广泛，如化学工业中用来制取钡和锌的氯化物、苯胺、染料和皂化油脂；冶金工业中湿法冶金、清洗钢板铁锈；轻工业纺织品染色、用于淀粉制造水解酒精与葡萄糖；食品工业制酱油和味精等。氯化氢和盐酸的性质和用途，我们了解这些，接下来学习他们的生产技术。本单元生产的目的和任务有：1、将氯氢处理工序送来的合格的氯气、氢气在石墨合成炉内燃烧，生成氯化氢气体。2、氯化氢气体经水吸收，制得合格的盐酸。3、平衡系统富裕的氯气。

子任务1：生产目的及原理

1.氯化氢合成生产原理氯气与氢气在适宜的条件（如光，燃烧或触媒）下，迅速化合，合成氯化氢。其反应式如下：

Cl2＋H2HCl+184.7kJ

此反应若在低温、常压和没有光照的条件下进行，其反应速率非常缓慢，但在高温和光照的条件或者催化剂作用下，反应会非常迅速，放出大量热。具体反应历程如下：

1.链的生成：在氯气和氢气化合生成氯化氢的过程中，一个氯分子吸收光量子后，被离解成两个游离的氯原子即活性氯原子。

2.链的传递：每个活性氯原子会和一个氢分子进行作用，生成一个氯化氢分子和一个游离氢原子即活性氢原子,这个活性的氢原子接着又与一个氯分子发生作用，生成一个氯化氢分子和一个游离的氯原子，如此循环进行就构成一个链锁性反应。循环反应式如下：

3.链的终止：在链锁反应过程中，如果有外来因素与CL·和H·化合，反应即被破坏，活性消失，链锁反应停止，使链传递终止，反应结束。

如：原料氯气中含有O2，就会和H·反应，生成H2O。反应过程活性氢原子和活性氯原子与设备内壁碰撞也会使反应终止。如此下去，则一个光量子会使大量分子迅速化合。氯化氢的合成反应也可以看成是氢气在氯气中的燃烧，燃烧时的火焰温度高达2000℃以上，所以工艺上必须及时移走燃烧热。这里有两个问题需要大家思考：1、化学反应式中氯气和氢气摩尔比例的是1:1，而在生产中氯气和氢气却不能按照1:1比例投入。2、生产中氯气和氢气投入时，不是同时投入，而是先通氢气，再通氯气。氢气的燃爆性告诫我们，氢气在氯气中极易爆炸，且爆炸范围非常大，如果同时投入氢气和氯气，会有混合爆炸的可能性。因为氯气有毒，为了保证氯气能被充分反应，所以通入氢气的量要比氯气多，也就是说氢气是过量的。要解答这两个问题，还需要再次回顾复习氯气和氢气的物化特性。

用水将氯气和氢气合成的氯化氢气体进行吸收溶解。根据合成炉的不同有“二合一”和“三合一”流程。特别是由于三合一合成炉的广泛使用，生产效率大幅度提高，也使得氯化氢及盐酸的合成工艺达到了一个新的高度。“二合一”流程，是指合成、冷却在一个炉体内完成,吸收在炉体外进行,既可以生产氯化氢气体,又可以部分吸收生产盐酸,可以满足不同的需要，比较实用。“三合一”流程是HCL合成、冷却和吸收制酸在一个石墨炉内完成，只用于生产盐酸。2、盐酸的生产原理前面讲过，合成炉内氯化氢气体温度很高，因此，在用水吸收之前必须冷却。当用水吸收氯化氢时，也有很多热量放出，放出的热量使盐酸温度升高，不利于氯化氢气体的吸收，因为溶液温度越高，氯化氢气体的溶解度就越低，因此，生产盐酸必须要有移热措施。氯化氢的吸收过程是一个传质过程，遵循物质传递原理。子任务2、生产工艺流程（以二合一流程为例）先来看一下典型的工艺流程简图，并尝试解读生产工艺流程需要说明的是：1、如果吸收水用的是工业水，生产的盐酸为工业盐酸。2、吸收水如果用无离子水，得到的是高纯盐酸。3、在“二合一”合成炉的冷却段如果冷却剂使用无离子水，反应热足以使部分无离子水汽化，副产部分蒸汽，供其他工艺使用，这就是所说的余热锅炉技术。国内许多许多氯碱企业都采用这种技术，进一步实施节能降耗。1、温度氯气和氢气在常温、常压、无光的条件下反应进行的很慢，一般控制合成炉出口温度400-450℃。子任务3、生产控制指标2、水分绝对干燥的氯气和氢气是很难反映的，而微量水分存在时可以加快反应速度，水分是促进氯与氢反应的媒。3、氯氢配比一般控制在氢气过量5%-10%。1、原材料指标名称规格（v%）备注原料氯气Cl2≥98.5%H2≤0.4%O2≤1.0%来自氯处理工序尾氯Cl280～99%H2≤3.60%来自液氯工序原料氢气H2≥99%来自氢处理工序纯水Ca2+≤0.0%Mg2+≤0.0%Fe含量≤0.001%（wt）来自纯水工序2、氯化氢气体指标氯化氢纯度90%-94%氯化氢压力（炉压）≤50Kpa游离氯≤0.04%氯化氢温度≤45℃出酸温度≤45℃点火前炉内含氢≤0.05%系统开车炉前氢气纯度≥99%3、高纯盐酸质量要求—依据HG/T2778-2009项目优等品一等品合格品总酸度（以HCl计）的质量分数≥31.0铁（以Fe计）的质量分≤0.0020.0080.01灼烧残渣的质量分数≤0.050.100.15游离氯（以Cl计）的质量分数≤0.0040.0080.01砷的质量分数≤0.0001硫酸盐（以SO42-计）的质量分数≤0.0050.03注：砷指标强制4.1外观：为无色或浅黄色透明液体。4.2各项指标要求如下表：4、

工业用合成盐酸标准子任务4：主要设备认知目前，国内外合成法生产盐酸的合成炉，炉型主要分为两大类：铁制炉和石墨炉。

铁合成炉已被多数企业淘汰，取而代之的是各类石墨合成炉。1、合成炉石墨炉特点：结构紧凑、体积小、生产效率高、产品酸纯度高、结构强度大、易于控制、具有较高的合成、吸收、冷却的综合容积效率和较高的吸收强度，并可大大简化生产流程。石墨合成炉又有两种典型的类型，即“二合一”合成炉和“三合一”合成炉，目前盐酸生产企业两种合成炉都有应用。（1）“二合一”合成炉，是在炉体内完成合成、冷却工艺，

吸收在炉体外（另一个设备）进行。（2）石墨“三合一”炉是在一个石墨炉内完成HCL的合成、冷却和吸收制酸。不论哪种石墨合成炉，均由壳体、石墨炉胆、石墨炉顶管、防爆膜、灯头、视镜等主要部件组成组成。所不同的是“二合一”合成炉氯气和氢气从底部通入，火焰向上，在上升过程完成氯化氢气体的合成，合成段在下部，冷却段在上部。左图:带余热锅炉的“二合一”合成炉结构图而三合一石墨盐酸合成炉，氯气和氢气由顶部进入燃烧器进行燃烧合成，火焰方向朝下，合成段位于上部，吸收段位于下部。吸收段是由若干个吸收单元块组成，吸收液与氯化氢气体从中并流通过，吸收块的径向孔道是冷却水的通道。吸收段下面，装设有气液分离器，成品酸与未被吸收的气体在此分开，分别经液封至成品酸贮槽和尾气吸收塔。

三合一石墨炉结构图2、石墨降膜吸收器（二合一炉配置）如下图所示：子任务5:生产异常现象和处理方法生产操作严格是保证生产出合格产品的重要因素。而在实际生产过程中，不可能一直都是正常生产的，总会受一些外在因素导致生产出现异常情况，所以一旦发生异常情况，操作人员应立即处理，否则后果不堪设想。序号异常现象原

因处

理

方

法1火焰发红发暗1.氯气或氢气纯度低2.有杂质落在灯头上1.立即对原料气体进行纯度分析并通知氯氢处理工段提高氯气、氢气压力2.严重时，要停车清理2火焰发黄有点烟雾氯气过量减少氯气量，提高氯气纯度3火焰发白有烟雾1.氢气过量2.氯气纯度低1.减少氢气量或提高氯气量；2.提高氯气纯度4炉内有爆炸声氯气和氢气的纯度低立即停车，待纯度提高后才能开车，否则会出现回火现象，影响安全生产5氯化氢含氯量高1.氯气过量2.灯头损坏3.原料气体压力波动1.调节氯气流量，提高氯气纯度2.停炉换灯头3.调节压力，达到平稳6防爆膜炸破1.氢气纯度不好，含氢气量高2.防爆膜使用时间过长1.停车2.更新7成品盐酸不合格1.含氯化氢量太低2.含游离氯高3.重金属含量和砷含量高4.灼烧残渣多1.关小吸收水阀2.落实火焰颜色，必要时换合成炉灯头3.分析吸收水成分4.换合成炉灯头8炉火突然熄灭1.进炉氢气突然中断2.炉顶防爆膜破裂脱落覆盖灯头3.系统压力太高，氢气无法进入炉内1.联系氯氢处理工段，检查氢气系统有无积水2.停炉，取出覆盖物并更换防爆膜3.检查后道工序管