氯化氢合成炉工作原理

专业资料山东东营拓宇化工技术有限公司副产蒸汽HCL合成炉系统方案设计江苏苏宇化工设备有限公司2014-2-16目录一、项目要求及报价二、副产蒸汽氯化氢合成炉行业发展情况1、氯化氢合成系统副产中低压蒸汽基本原理2、国内氯化氢合成炉副产蒸汽现状及特点3、新型副产蒸汽氯化氢合成炉的特点三、副产蒸汽氯化氢合成炉主要设备及工艺流程Ⅰ、合成炉主要设备1、副产蒸汽氯化氢合成炉主体2、汽包3、预热器Ⅲ、副产蒸汽氯化氢合成炉系统工艺流程：1、氯化氢合成及冷却流程。

2、副产蒸汽流程。

3、循环水流程。

四、自动控制系统1、自动点火系统2、自动联锁保护系统3、氢气、氯气自动配比控制4、汽包部分的自动控制五、节能减排及经济效益以及安全分析六、主要性能指标七、副产蒸汽HCL合成炉主要设备。

1、副产蒸汽HCL合成炉系统主要设备一览表2、提供的备品备件及易耗品包括灯头、防爆膜、四氟密封材料等一、项目要求及报价根据贵公司的要求：按合成炉每天产60吨HCl的采购条件，要求设计副产蒸汽的HCL合成炉，其副产蒸汽压力达到0.4-1.4MPa。

装置操作操作弹性为：50%~110%；装置操作时间：8000小时/年。

副产蒸汽氯化氢合成炉系统单套含税价228万元（详见副产蒸汽HCL合成炉系统主要设备一览表）。

二、副产蒸汽氯化氢合成炉行业发展情况1、氯化氢合成系统副产中低压蒸汽基本原理氯气与氢气反应生成氯化氢时伴随释放出大量反应热：0.5H2十0.5Cl2=HCL+22.063Kca1／mol，即每合成1千克气态氯化氢放出605.11 Kcal热量。

氯气与氢气在合成炉内以燃烧形式反应生成氯化氢，火焰中心区温度达到2500℃以上，生成的氯化氢气体温度在2000℃以上，这些热量相当可观，完全可以用来副产蒸汽。

2、国内氯化氢合成炉副产蒸汽现状及特点对于氯化氢合成中的热能利用，国内经历了以下阶段。

第一代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受腐蚀，使用寿命短，副产的热水应用范围有限,目前已经基本被淘汰。

一、原料及产品的识别 1、氯化氢的性质及标准氯化氢，英文名为hydrogen choride ，分子式为HCl ，相对分子质量为36.46。

（1）基本物理性质①氯化氢在常温常压下是一种无色有刺激性气味的气体。

②主要物理常数：密度为1.6392kg/m 3（0℃，101.325kPa ），相对密度为1.268（空气=1），沸点为-83.1℃,熔点为-111℃，临界温度为51.28℃，临界压力为81.6atm 。

③氯化氢易溶于水，也溶于乙醇和乙醚等。

氯化氢溶于水中形成的溶液称为盐酸，在潮湿空气中则成白色烟雾，当氯化氢分压和水蒸气分压之和为101.325kPa 时，在水中的溶解度见表2.1.1。

当气体中氯化氢分压为760mmHg （101.325kPa ）时，1m 3水在0℃能溶解525.2m3氯化氢，在18℃时能溶解451.2m 3氯化氢。

表2.1.1 氯化氢在水中的溶解度温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 溶解度/（m 3/m 3水）506.5474442.0411.5385.7361.6338.7（2）主要化学性质①氯化氢在干燥状态下，性质不活泼，几乎不与锌、铁等金属作用。

但在含水或溶解在水中时，其腐蚀性很强，与大多数的金属化合生成该金属的氯化物。

如：222222Fe HCl FeCl H Zn HCl ZnCl H +→+↑+→+↑所以，如果用铁制设备与管路输送潮湿的氯化氢气体时，则管路及阀门容易被所生成氯化亚铁堵塞，而设备、管道本身则被腐蚀损坏。

因此，在氯化氢生产中，一般都选用陶瓷、玻璃、石英、橡胶、硬聚氯乙烯、不透性石墨等耐酸材料制造管道、设备及衬里。

②氯化氢被碱液吸收而中和成盐类。

如：2H C l N aO H N aC l H O+→+③氯化氢能与多种有机化合物生成有机氯化物。

如：2223H C l C H C H C l +→（3）产品标准（某厂标准） ①纯度93.5%~95.5%（体积分数）。

第一章产品及原料概述一原料氯气1、分子式：Cl22、分子量：35.53、物理性质：氯气在常温、常压下为黄绿色气体，具有强烈的刺激性气味，对肺和呼吸道粘膜有损害作用。

略重于空气，微溶于水，氯气的水溶液叫氯水，氯水具有氧化性，氯气与水在低于9.6℃时形成黄色水合物（Cl·8H2O）。

4、化学性质：氯气化学性质活泼，具有较强的氧化性，能与许多单质及化合物起反应，因此，具有强烈的腐蚀性。

二、原料氢气1、分子式：H22、分子量：23、性质：氢气是一种无色、无味、易燃的气体，具有还原性，在水中及其它溶液中溶解度极小。

液态氢具有超导性质。

氢是最轻的物质，在空气中体积含量为4—74%时，即形成爆炸性混合气体。

三、产品氯化氢：1、分子式：HCl2、分子量：36.463、物理性质：密度：气态氯化氢在标准状况下的密度为1.63Kg/m3，相对密度（与空气密度之比）为1.2679。

溶解度：气态氯化氢极易溶解于水，在20℃，101.325Kpa下，1体积水能溶解442体积的氯化氢气体，但氯化氢在水中的溶解度随温度的升高而逐渐下降。

表1—1 在不同的温度和压力下（101.325KP）下氯化氢在水中的溶解度4、化学性质：（1）、氯化氢为共价极性分子，化学性质活泼，具有强烈的腐蚀性，但在较高温度特别是在最高露点108.65℃以上时，几乎对碳钢无显著腐蚀作用，若温度保持在108.65—250℃之间，氯化氢对碳钢的腐蚀速度可保持在适度的范围之内。

另外，石英、石棉、酚醛树脂、耐酸陶瓷、耐酸人造树脂、塑料以及一些金属合金比较耐氯化氢气体的腐蚀。

（2）、加聚反应氯化氢气体再有机合成中的一类主要反应为加成反应═CHCL→ CH—CHCL nCH≡CH+HCL→nCH2此反应为工业制PVC的基本反应，氯化氢工段合成氯化氢的目的也在于此。

四、产品盐酸氯化氢的水溶液，即盐酸，是一种重要的工业原料和化学试剂，用于制造各种氯化物，常用的浓盐酸的质量百分数为37% ，密度1.1g.cm-1，浓度12mol.l-1.工业上生产的盐酸质量浓度为31% ，可广泛用于冶金工业中金属清洗，电力工业中锅炉除垢。

年产10万吨氯碱车间氯化氢合成⼯段的初步设计_毕业论⽂设计(此⽂档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)摘要本设计是以氯化氢为产品，年产10万吨氯碱车间氯化氢合成⼯段的初步设计。

说明书⾸先阐述了合成氯化氢的意义与作⽤，国内外氯化氢合成的研究现状以及发展前景。

其次介绍了本设计的设计依据，⼚址选择，原材料及产品规格。

确定⼯艺路线，⼯艺流程的简述，以及整个⽣产过程的物料和热量衡算。

对氯化氢合成炉、吸收器以及解析塔等主要设备进⾏了计算以及相应的选型，并综合各⽅⾯因素对车间布置，⾃动控制，安全和环境保护⼯程以及公⽤⼯程进⾏了合理的设计。

完成了20000字的设计说明书，同时对⽣产流程图，车间平⽴⾯布置图以及主体设备图进⾏了绘制。

关键词：氯化氢；氯碱；合成；⼯艺路线AbstractHydrogen chloride is the product of the the design, the preliminary design of an annual output of 100,000 tons of chlor-alkali workshop chloride Section. Manual first expounded the significance and role of the synthesis of chloride, chloride synthesis of current research and development prospects at basis of the design, site selection, raw material and product specifications. Determine the process route, a brief description of the process, as well as material and process. Hydrogen chloride synthesis furnace, the main equipment of the absorber, as well as analytical tower were calculated and the corresponding selection, and integration of various factors on the plant layout, automatic control, safety and environmental protection engineering and public works for a reasonable design. Completed a 20,000-word design specification, flow chart of production workshop and facade layout and the main equipment Figure drawing.Keywords: Hydrogen chloride; Chlor-alkali; Synthesis;Process route⽬录摘要 (I)ABSTRACT............................................................................................................................................... I I 第1章总论 (1)1.1概述 (1)1.1.1⽣产的意义与作⽤ (1)1.1.2国内外的现状及发展前景 (1)1.1.3产品的性质与特点 (2)1.1.4产品的⽣产⽅法概述 (3)1.2设计依据 (4)1.3⼚址选择 (4)1.4设计规模与⽣产制度 (4)1.4.1设计规模 (4)1.4.2 ⽣产制度 (5)1.5 原料与产品规格 (5)1.5.1 主要原料规格及技术指标 (5)1.5.2 产品规格 (6)1.6 经济核算 (6)第2章⼯艺设计和计算 (7)2.1 ⼯艺原理 (7)2.2 ⼯艺路线的选择 (8)2.3 ⼯艺流程简述 (9)2.3.1 ⼯艺流程⽰意图 (9)2.3.2 ⼯艺流程简述 (9)2.4 物料衡算 (10)2.4.1 ⽣产能⼒及原料氯⽓与氢⽓量的计算 (10) 2.4.2 合成炉的物料衡算 (10)2.4.3 降膜吸收器的物料衡算 (13)2.4.4 解吸塔的物料衡算 (14)2.4.5 尾⽓吸收塔的物料衡算 (15)2.5 热量衡算 (16)2.5.1 合成炉的热量衡算 (16)2.5.2 ⽯墨冷却器的热量衡算 (22)2.5.3降膜吸收器的热量衡算 (24)2.5.4解吸塔的热量衡算 (26)2.5.5 尾⽓吸收塔的热量衡算 (27)2.5.6⽯墨换热器的热量衡算 (29)2.5.7盐⽔⽯墨冷却器的热量衡算 (30)2.6 Aspen模拟 (31)2.6.1全流程的Aspen模拟图 (31)2.6.2氯化氢合成炉的Aspen模拟图 (31)2.6.3降膜吸收器的Aspen模拟图 (32)第3章设备选型 (35)3.1 关键设备的计算 (35)3.1.1合成炉炉体直径的计算 (35)3.1.2合成炉换热⾯积的计算 (35)3.1.3合成炉炉⾼的计算 (39)3.1.4合成炉灯头尺⼨的计算 (39)3.1.5爆破膜尺⼨的计算 (42)3.1.6 厚度的计算 (43)3.1.7 封头的选择及计算 (44)3.2 其他设备的计算及选型 (45)3.2.1⽯墨冷却器的计算及选型 (45)3.2.2降膜吸收器的计算及选型 (46)3.2.3 尾⽓吸收塔的计算及选型 (47)3.2.4解吸塔的计算及选型 (48)3.2.5⽯墨换热器的计算及选型 (49)3.2.6盐⽔⽯墨冷却器的计算及选型 (52)第4章设备⼀览表 (53)第5章车间设备布置 (54)第6章⾃动控制 (55)第7章安全和环境保护 (57)7.1 安全 (57)7.2 三废产⽣情况 (58)7.3 三废处理情况 (58)第8章公⽤⼯程 (58)8.1 供⽔ (58)8.2 供电 (59)8.3 供暖 (59)8.4 通风 (60)参考⽂献 (60)致谢 (61)第1章总论1.1概述1.1.1⽣产的意义与作⽤⼯业上⽤电解饱和⾷盐⽔的⽅法来制取NaOH、Cl2、H2，并以它们为原料⽣产⼀系列化⼯产品，称之为氯碱⼯业。

HCl合成氯化氢合成条件氯化氢的合成是在特制的合成炉中进行的。

未了确保产品中不含有游离氯，氢气要较氯气过量15%~20%。

实际生产的炉中火焰温度在200℃左右。

由于反应是一个放热反应，为了不使反应温度过高，工业生产通过控制氯气和氢气的流量和在壁炉外夹套间通冷却水的办法控制氯化氢出炉温度小于350℃。

在生产中为确保安全生产，要求氢气纯度不小于98%和含氧不大于0.4%；氯气纯度不小于65%和含氢不大于3%。

1.3 氯化氢合成工艺氯化氢合成方程式：Cl2+H2→2HCl氯气经涡轮流量计计量氯气(氯气含量97%，压力为0.5MPa)含量进入氯气缓冲罐。

氢气经涡轮流量计计量氢气(含量98%，压力为0.09MPa)含量经分水罐脱水与循环氢经涡轮流量计进入氢气缓冲。

经过计量的氯气和氢气进行流量调节，调节氯气和氢气的比值为1：1.04~1.10(体积比)，送入二合一氯化氢石墨合成炉进行反应，反应生成的热量通过合成炉夹套中的循环水带走，反应生成氯化氢气体，通过3.6米长的石墨套管冷却器，氯化氢气体温度降到165℃以下，送入石墨冷却器用循环水冷却，冷却后氯化氢气体温度降至45℃左右，通入机前深冷气经冷冻水进一步冷却到-20℃ ~-30℃脱水。

冷冻后的氯化氢气体经除雾器脱除氯化氢气体中的雾滴后，经机前加热器加热到15~25℃后，进入氯化氢压缩机使氯化氢气体加压到0.3~0.4MPa，后经缓冲罐(V-103)缓冲进入氯化氢深冷器，氯化氢气体冷却到-15~-25℃,脱除氯化氢气体中的酸水，在进入V-105缓冲脱除氯化氢气体夹带的雾滴，氯化氢气体经加热的(E-106)加热后进入流化床供流化床反应使用。

氯化氢合成工艺流程来自氯氢处理岗位干燥后合格的氯气、氢气由缓冲罐上放空调节阀稳压并经流量计计量后，氯气经支管调节阀、点火阀、切断阀，氢气经支管调节阀、点火阀、逆止阀、切断阀及阻火器与氯气按C12:H =1.00:1.05～1.00:1.10的配比经灯头进入合成炉(多余的氢气放空处理)，在灯头上合成燃烧。

第二章氯化氢合成一、氯化氢的性质氯化氢（HCl）分子量36.5，密度1.63g/L，是无色具有刺激性臭味的气体，极易溶于水，在标准条件下1体积水中可溶解500体积的HCl气体。

干燥的HCl 腐蚀性较小，而HCl溶液（盐酸）却有强腐蚀性，原因是在水分子的作用下HCl 发生了电离，产生大量的CL+，CL+可与多种物质发生反应，特别是和金属发生化学反应。

因此，为了使设备不受盐酸腐蚀，具有更长的使用寿命，生产HCl 时应该用干燥的氢气和氯气进行反应。

二、氯化氢合成对氢气、氯气的要求（依据工艺包的定）名称品种规格消耗量吨/年备注氯气1、氯气≥99.8%2、水和其它含氧杂质（质量）≤3、NCL3（质量）≤4、不挥发的残余物%（质量）≤氢气1、H2（质量）≥99.9997%2、O2（质量）≤3、露点 -60℃三、氯化氢合成原理HCL合成是采用氢气在氯气中不爆炸的条件下进行的方法来制备。

反应式：H2 + CL2--HCL该反应的发生需要一定的前提条件，即提供一定的能量，在光照或加热的情况下，二者能迅速反应，并释放出大量的热。

四、氯化氢合成工艺流程及设备 1、氯化氢合成工艺流程图防爆膜排放 去尾气淋洗塔 CDI 回收氢电解氢回收自用或处理去三氯氢硅合成炉氯气氢气缓冲罐 HCL 贮罐 水冷器 氯气缓冲罐HCL 合成炉 阻火器 空冷器 HCL 空冷器 废HCL 缓冲罐 盐酸槽氯化氢合成是由两套相同的合成炉系统，H2、CL2缓冲罐，事故排放接收设备组成（其中H2、CL2缓冲罐及事故排放装置为两套合成炉系统共用）。

来自氯碱装置的氢气及从三氯氢硅合成工序返回的循环氢气输送入氢气缓冲罐。

出氢气缓冲罐的氢气分别去两条生产线的氯化氢合成炉01R0301a。

来自液氯汽化工序的氯气穿过01V0302氯气缓冲罐，分别去两条生产线的氯化氢合成炉01R0301a。

经缓冲罐后的氯气和氢气分别经过氯气阻火器和氢气阻火器，然后按一定的流量比进入氯化氢合成炉01R0301，在炉内进行燃烧，生成氯化氢气体，生成的HCL经管道冷却和水冷却器（01E0301a\b），进入HCL缓冲罐（01V0303a\b），然后送到三氯氢硅合成工序。