合成鹽酸的生產技術

摘要……………………………………………………………………………………..3

1  生產原料的來源……………………………………………………………………4

1.1 氯氣的來源及性質………………………………………………………………...4

1.1.1 氯氣的來源…………………………………………………………………..4

1.1.2 氯氣的性質………………………….……………………………………….4

1.2氫氣的來源及性質…………………………………………………………………4

1.2.1氫氣的來源…………………………………………………………………...4

1.2.2氫氣的性質…………………………………………………………………...4

1.3原料及中間體規格…………………………………………………………………5

2  合成鹽酸的生產技術………………………………..……………………………..5

2.1 鹽酸的概要……………………………………………………………...................5

2.1.1鹽酸的性質………………………………………………………………….5

2.2.2鹽酸的用途…… …………………………………………………………....5

2.2.3鹽酸的生產方法…………………………………………………………….6

2.2鹽酸的生產原理及特點   ………………………………………………………….6

2.3合成工藝條件…………………………………………………………....................6

2.4工藝流程簡述………………………………………………………………………6

3  合成爐及工藝控制條件……………………………………………………………7

3.1合成爐的結構………………………………………………………........................7

3.2生產工藝控制條件…………………………………………………………………8

4 異常現象產生原因和處理方法……………………………………………………..8

4.1異常現象產生原因及處理方法…………………………........................................9

結論………………………………………………………….........................................11

參考文獻……………………………………………………….....................................12

致謝……………………………………………………………….................................13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

摘要

氯堿工業是基本化學工業之一。氯堿工業的主要產品是燒堿、鹽酸和液氯。鹽酸的生產主要有兩種方式，一種是直接合成法，另一種是無機或有機產品生產的副產品。而我們氯化氫工段采用的是電解產品氯氣和氫氣直接合成鹽酸的。在國民經濟各部門中，鹽酸的用途很廣，它是重要的無機化工原料，廣泛用于染料、醫藥、食品、印染、皮革、冶金等行業。　　

 

 

 

關鍵詞：鹽酸，氫氣，氯氣，生產工藝

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 氯氣的來源及性質

1.1.1氯氣的來源：合成鹽酸所用的氯氣是由離子膜工段電解食鹽水制得的，再經氯氣總管送至氯干燥工序處理后，送到氯化氫工序來生產鹽酸的。

1.1.2 氯氣的性質

(1)物理性質：

①顏色，氣味，狀態：通常情況下為有刺激性氣味的黃綠色的氣體

　　②密度：比空氣密度大

　　③易液化，熔沸點較低，壓強為101kPa、溫度為-34.6℃時易液化。液態氯為金黃色。如果將溫度繼續冷卻到-101℃時，液氯變成固態氯。

　　④溶解性：易溶于有機溶劑，難溶于飽和食鹽水。1體積水在常溫下可溶解2體積氯氣，形成氯水，產生的次氯酸具有漂白性，且可使蛋白質變質，且易見光分解。

(2)化學性質：

①毒性

　　氯氣是一種有毒氣體，它主要通過呼吸道侵入人體并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和鹽酸，對上呼吸道黏膜造成有害的影響：次氯酸使組織受到強烈的氧化；鹽酸刺激黏膜發生炎性腫脹，使呼吸道黏膜浮腫，大量分泌黏液，造成呼吸困難，所以氯氣中毒的明顯癥狀是發生劇烈的咳嗽。1L空氣中最多可允許含氯氣0.001毫克，超過這個量就會引起人體中毒。

②助燃性

　 在一些反應中，氯氣可以支持燃燒，如，鐵在氯氣中燃燒生成氯化鐵

化學方程式：2Fe＋3Cl₂＝2FeCl₃（條件：點燃）

③與金屬反應

　 鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉

化學方程式：2Na＋Cl₂＝2NaCl（條件：點燃）

④與非金屬反應

　 氫氣在氯氣中燃燒或受到光照生成氯化氫氣體

化學方程式：H2+Cl₂=2HCl（條件：點燃或光照）

1.2氫氣的來源及性質

1.2.1氫氣的來源： 同氯氣一樣，合成鹽酸所用的氫氣是由離子膜工段電解食鹽水制得的，再經氫氣總管送至氫處理工序處理后，送到氯化氫工序來生產鹽酸的。

1.2.2氫氣的性質：

(1)分子量： 4.032

　　 (2)三相點： -254.4℃

　　 (3)液體密度(平衡狀態，-252.8℃)： 169kg/m3

　　 (4)氣體密度(101.325kPa，0℃)：0.180kg/m3

　　 (5)比容(101.325kPa，21.2℃)： 5.987m3/kg

(6)氣液容積比(15℃，100kPa)： 974L/L

1.3原料及中間體規格

(1)氫氣：H₂≥98%，O₂/H₂≤0.5%

(2)氯氣：Cl₂ Cl₂95%， H₂O/ Cl₂≤0.06%， O₂/ Cl₂≤2.5%， H₂/Cl₂≤0.4%

(3)液氯尾氯：Cl₂≥65%， H₂/Cl₂≤4%

(4)鹽酸：HCL≥31wt%，Fe<50ppm，Av-Cl₂50ppm

 

2.1鹽酸的概要

2.2.1鹽酸的性質

(1)物理性質：

外觀與性狀： 無色或微黃色易揮發性液體，有刺鼻的氣味。

　　    pH：<7 （呈酸性）

　　    熔點(℃)： -114.8(純)

　　    沸點(℃)： 108.6(20%)

　　    相對密度(水)=1：1.20

　　    相對蒸氣密度(空氣)=1：1.26

　 (2)化學性質：

　    ①強酸性，和堿反應生成氯化物和水

　　       HCl + NaOH = NaCl + H₂ O

　　  ②能與碳酸鹽反應，生成二氧化碳，水

　　     K₂ CO₃ + 2HCl = 2KCl+ CO₂↑ + H₂ O

　    ③能與活潑金屬單質反應，生成氫氣

　　　　　　

④鹽酸能與硝酸銀反應，生成不溶于稀硝酸的氯化銀，氯化銀不能溶于水。

　　             HCl+AgNO₃===HNO₃+AgCl↓

　2.2.2鹽酸的用途

鹽酸是重要的無機化工原料，廣泛用于染料、醫藥、食品、印染、皮革、冶金等行業。鹽酸能用于制造氯化鋅等氯化物（氯化鋅是一種焊藥），也能用于從礦石中提取鐳、釩、鎢、錳等金屬，制成氯化物。

　　隨著有機合成工業的發展，鹽酸（包括氯化氫）的用途更廣泛。如用于水解淀粉制葡萄糖，用于制造鹽酸奎寧（治療瘧疾病）等多種有機藥劑的鹽酸鹽等。

　　2.2.3鹽酸的生產方法

鹽酸的生產主要有兩種方式，一種是直接合成法，另一種是無機或有機產品生產的副產品。而我們氯化氫工段采用的是電解產品氯氣和氫氣直接合成鹽酸的。

2.2鹽酸的生產原理及特點 

合成鹽酸分兩步：氯氣與氫氣作用生成氯化氫，再用水吸收氯化氫生產鹽酸。合成氯化氫的反應如下：

Cl₂  + H₂  → 2HCl   （條件：點燃）

此反應若在低溫、常壓和沒有光照的條件下進行，其反應速率非常緩慢，但在高溫和光照的條件下，反應會非常迅速，放出大量熱。氯氣與氫氣的合成反應，必須很好的控制，否則會發生爆炸。由于反應后的氣體溫度很高，因此，在用水吸收之前必須冷卻。當用水吸收氯化氫時，也有很多熱量放出，放出熱量使鹽酸溫度升高，不利于氯化氫氣體的吸收，因為溶液溫度越高，氯化氫氣體的溶解度就降低，因此，生產鹽酸必須具有移熱措施。

工業上吸收有兩種方法，即冷卻吸收法和絕熱吸收法。當被吸收氣體氯化氫濃度高時，采用絕熱吸收法，而氯化氫濃度低時則采用冷卻吸收法。以合成法制取氯化氫，氣體中氯化氫含量較高，因此多采用絕熱吸收法。

2.3合成工藝條件

（1）溫度

氯氣和氫氣在常溫、常壓、無光的條件下反應進行的很慢，當溫度升至440℃以上時，即迅速化合，在有催化劑的條件下，150℃時就能劇烈化合，甚至達到爆炸。所以，在溫度高的情況下可以完全反應。如果溫度高于500℃，有顯著的熱分解現象。一般控制合成爐出口溫度400~450℃。

(2) 水分

絕對干燥的氯氣和氫氣是很難反應的，而有微量水分存在時可以加快反應速率，水分是促進氯與氫反應的媒介。一般認為，如果水含量超過0.005%，則對反應速率沒有多大的影響。

（3）氯氫的分子比

氯化氫合成，氯和氫按1：1的分子比化合，實際生產中是氫氣過量，一般控制在5%左右，不超過10%，否則，原料成分或操作條件稍有波動，會造成氯氣供應過量，這對防止設備腐蝕、提高產品質量、防止環境污染都是不利的，但氫過量太多，則有爆炸的危險。

2.4工藝流程簡述

    由氯氫處理工序輸送來的氫氣，經過氫氣緩沖器，氫氣阻火器進入合成爐。由氯氫處理工序輸送來的氯氣經過氯氣緩沖器，然后進入合成爐。進入合成爐內的氯、氫按一定的配比，在合成爐的燃燒臺上燃燒，生產白色的氯化氫氣體。氯化氫氣體自爐頂排除，經冷排管被空氣冷卻，然后進入石墨冷卻器，被水冷卻，氯化氫氣體溫度下降50℃左右，冷卻后的氯化氫氣體進入一級降膜吸收塔和由二級降膜吸收塔流下來的稀鹽酸并流而下，生產31%的合成鹽酸，流入鹽酸儲槽。在一級降膜吸收塔里未被吸收的氯化氫氣體進入二級降膜吸收塔和由填料吸收塔留下來的濃度約為2%左右的稀鹽酸并流而下，生成稀酸流入一級降膜吸收塔。在二級降膜吸收塔內有極少部分未被吸收的氯化氫氣體和其他的氫氣、二氧化碳氣體和氮氣等廢氣進入填料吸收塔底部，來自循環水槽的吸收水用循環泵送入填料吸收塔，吸收水和第二極吸收塔來的氣體，在塔內進行氣液交換，吸收氯化氫氣體，生成濃度為2%左右的稀由流入第二降膜吸收塔，未被吸收的氣體由水噴射泵抽出排放至大氣中，水噴射泵的下水流至循環槽中，一部分作為吸收水，另一部分作為噴射泵用水循環使用。

    31%鹽酸自上而下進入樹脂塔，經樹脂處理吸附后的鹽酸進入鹽酸中間槽，一部分經泵再送高純酸樹脂吸附塔處理，達到高純酸標準后進入高純酸儲槽，另一部分經泵送鹽酸發貨區。

在石墨冷卻器中，氯化氫氣體中的水分大部分被冷凝析出，并同時吸收氯化氫氣體，生成含鐵量較高的鹽酸流入紅酸貯槽。來自離子膜陽床處理的軟水（或蒸發一效回水）送入循環吸收水槽，作為吸收水的補充來源。

             （合成鹽酸工藝流程圖是自己用圖紙繪的）

3.1合成爐的結構

目前，國內外的爐型主要分為兩大類：鐵制爐和石墨爐。鐵制爐耐腐蝕性能差，使用壽命短，合成反應難以利用，操作環境較差，目前采用較少。我所在的氯化氫工段前段時間還在使用鐵制爐的，不過現在已經停止使用了，因為鐵質爐反應太不靈敏了，而且都是手動閥來調節的，生產的量也比較小，我們工段現是在用石墨合成爐在生產鹽酸的。

石墨爐分而合一石墨爐和三合一石墨爐。二合一石墨爐是將合成和冷卻集為一體，三合一石墨爐是將合成、冷卻、吸收集為一體的爐子。

石墨合成爐一般是立式圓筒型石墨設備，由爐體、冷卻裝置、燃燒反應裝制、安全防爆裝置、吸收裝置、視鏡等附件組成。

三合一石墨爐，石英燃燒器安裝在爐的頂部，噴出的火焰方向朝下。合成段為一圓筒狀，由酚醛浸漬的不透性石墨制成，設有冷卻水夾套，爐頂有一環型的稀酸分配槽，內徑與合成段筒體相同。從分配槽溢出的稀酸沿內壁向下流，一方面冷卻爐壁，另一方面與氯化氫接觸形成濃度稍高的稀鹽酸作吸收段的吸收劑。與合成段相連的吸收段由六塊相同的圓塊孔式石墨元件組成，其軸孔為吸收通道，徑向孔為冷卻水通道。為強化吸收效果，增加流體的擾動，每個塊體的軸向孔首末端加工成喇叭口狀，并在塊體上表面加工有徑向和環形溝槽，經過上一段吸收的物料在此重新分配進入下一塊體，直至最下面的塊體。未經吸收的氯化氫，經下封頭汽液分離后去尾氣塔，成品鹽酸經液封送入儲槽。

                   

                       圖3.1三合一石墨爐結構圖

3.2生產工藝控制條件

  在實際生產過程中，為保證所生產的鹽酸合格，所以各個生產參數都必須有一定的工    藝控制指標，各個參數控制條件如下所示：

原料氣體合成比H2：Cl=1.10：1(摩爾比)

鹽酸總酸度：HCl>31%

廢水中含氯化氫HCl<0.1g/L

合成爐溫度≤600℃

氯化氫純度≥85%

食品添加劑鹽酸質量要求符合（GB875-95）下表要求

純化操作溫度：<70℃

純化鹽酸貯槽液位：40~80%

鹽酸質量要求符合（HG/T2778-1996）下表要求

           表3.2鹽酸質量數據要求表

 

                       

 

 

 

 

 

生產操作嚴格是保證生產出合格產品的重要因素。若生產操作失誤，輕則導致產品不合格，嚴重時會引發重大事故。所以，操作人員必須嚴格遵循所在崗位的操作規程，嚴格操作，才能確保高產、優質的生產。而且，在實際生產過程中，不可能一直都是正常生產的，總會受一些外在因素導致生產出現異常情況，所以一旦發生異常情況操作人員應立即處理，否則后果不堪設想，不但會給企業造成嚴重的影響，也有可能造成人身傷害。這就需要操作人員平時在工作中不斷積累經驗，遇到異常情況時能夠及時做出正確的處理，這樣才能保證安全生產。

4.1異常現象產生原因及處理方法

    我在氯化氫工序實習將近九個月了，我一直都在不斷的學習，不斷摸索，向師傅們請教自己不懂或者不能處理的問題，經驗是慢慢的積累下來的，這幾個月以來，我也親身經歷了生產操作中一些大大小小的事情，操作中出現各種異常情況該如何處理。以下是在操作中會發生的異常現象產生原因及處理方法，我以表格的形式列出：

 

 

 

 

 

 

 

 

合成鹽酸一般有兩種生產方式，一種是直接合成法，另一種是無機或有機產品生產的副產品。實際生產中一般都采用前一種方式，我們氯化氫工段也是用直接合成法來生產鹽酸的。鹽酸的生產原料是氫氣和氯氣，它來自于離子膜的電解產品。離子膜工段電解食鹽水，得主產品燒堿，副產品氯氣和氫氣，副產品氯氣和氫氣經氯氣總管、氫氣總管輸送到氯氫處理工序經處理后用于氯化氫氣體的合成。氯化氫氣體用水吸收后生產鹽酸。鹽酸為無色或微黃色易揮發性液體，有刺鼻的氣味，對皮膚和呼吸道粘膜有強烈的刺激作用，急性中毒時，出現頭昏、惡心、眼痛、呼吸困難、胸悶等現象。有強烈的腐蝕性。所以在生產中要嚴格操作，在確保產品質量的同時也要做好個人的安全措施。

在國民經濟各部門中，鹽酸的用途很廣，它是重要的無機化工原料，廣泛用于染料、醫藥、食品、印染、皮革、冶金等行業。 鹽酸能用于用于稀有金屬的濕法冶金 ，用于有機合成 ；用于漂染工業用于金屬加工；用于食品工業，例如，制化學醬；用于無機藥品及有機藥物的生產。以上列舉的只是在工業生產上應用鹽酸的一些例子。實際上，鹽酸的用途還很多。在日常生活上，我們有時也用到它例如缺乏胃酸，消化不良，醫生就給我們一定量的稀鹽酸以補胃酸的不足。在化學實驗和科學研究上，用到鹽酸的地方就更多了。