CN105259940A - 一种氯化氢合成纯度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氯化氢合成纯度控制系统，涉及氯碱工业的技术领域，为解决现有的氯化氢生产过程中由于无法有效控制输出的氯化氢纯度及根据氯化氢纯度调节氯气和氢气的进料量从而影响后续产品品质，并对环境造成较大污染的问题。所述氯化氢合成纯度控制系统包括氯化氢浓度自动控制装置，该控制装置包括用于接收氯气流量计信号、氢气流量计信号以及输入信号的接收电路以及DCS总控器，DCS总控器的一侧与接收电路相连并用于获取接收电路输出的信号，其另一侧输出信号给氯气调节阀或氢气调节阀。通过本发明的氯化氢合成系统能达到对输出的氯化氢纯度调节的目的，使用方便，自动化程度高，且大大减少了副产物次氯酸钠或液氯、废酸等的产生。

Description

一种氯化氢合成纯度控制系统

技术领域

本发明涉及氯碱工业的技术领域，具体涉及一种氯化氢合成纯度控制系统。

背景技术

HCl广泛应用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业，尤其作为生产聚氯乙烯的主要原料之一，其消耗量非常大。世界上消耗的聚氯乙烯达到3000万吨/年以上，在聚氯乙烯的生产过程中，氯化氢的纯度直接影响到聚氯乙烯的品质和成本。传统工业上控制氯化氢的纯度在94％以上，会造成1％～6％的氯气剩余，这部分剩余的氯气在我国东南部化工较为发达的地区可作为液氯外销，但在我国西部地区，往往液氯的运输成本大于其销售价格，对企业会造成困扰。这部分液氯处理有两种方法，一种是将剩余的液氯转换为次氯酸钠消耗，但是采用这种方法会造成环保处理设施处理费用较高；另一种是将剩余的液氯利用园区工业充足的原料氢气来平衡掉多余部分的氯气，操作繁琐且氢气消耗量较大，成本较高。

综上，在传统氯化氢的生产过程中，由于无法对氯化氢的纯度实现良好的管理，会导致产生大量的副产物次氯酸钠或液氯、废酸等，不仅影响后续的产品品质，而且这些副产物还会对环境造成较大的污染，同时会大大增加环保处理的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氯化氢合成纯度控制系统，用于解决现有的氯化氢生产过程中，由于无法有效控制输出的氯化氢纯度及根据氯化氢纯度调节氯气和氢气的进料量，会导致产生大量的副产物次氯酸钠、液氯和废酸等，不仅影响后续产品品质，而且对环境会造成较大的污染，从而大大增加后期成本的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氯化氢合成纯度控制系统，包括氢气进料机构和氯气进料机构，所述氢气进料机构包括氢气调节阀和氢气流量计，所述氢气流量计用于监测并显示通过所述氢气调节阀的氢气流量大小，所述氯气进料机构包括氯气调节阀和氯气流量计，所述氯气流量计用于监测并显示通过所述氯气调节阀的氯气流量大小，所述氯化氢合成纯度控制系统还包括氯化氢浓度自动控制装置，所述氯化氢浓度自动控制装置包括用于接收所述氯气流量计信号、所述氢气流量计信号以及输入信号的接收电路以及DCS总控器，所述DCS总控器的一侧与所述接收电路相连并用于获取所述接收电路输出的信号，所述DCS总控器的另一侧输出信号给氯气调节阀或氢气调节阀。

相比于现有技术，本发明所述的氯化氢合成纯度控制系统具有以下优势：本发明在传统的氯化氢合成系统中增设有氯化氢浓度自动控制装置，该氯化氢浓度自动控制装置能根据输入的信号对氯气调节阀和氢气调节阀的开度进行调节，从而达到对输出的氯化氢的纯度调节的目的，使用方便，自动化程度高。同时，上述控制系统还能根据需调节后的氯化氢纯度来控制氯气调节阀的开度，从而使氯气在氯化氢合成系统中的反应率提高。采用本系统输出的氯化氢为原料制作后续产品，特别是制作聚氯乙烯的过程中，由于不含余氯，从而更可靠地保证后续产品特别在制备氯乙烯单体工艺中的安全稳定，同时合成气纯度的提高，减少了前序氯气工序余氯的副产物的产生，减少了对环境的污染和治理环境成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例所述的氯化氢合成纯度控制系统的结构示意图。

附图标记：

1-氢气调节阀，2-氢气流量计，

3-氯气调节阀，4-氯气流量计，

5-氯化氢浓度自动控制装置，51-接收电路，

511-就地仪表，512-信号变送器，

513-信号输入器，52-DCS总控器，

521-逻辑运算模块，6-执行机构，

7-氢气切断阀，8-氯气切断阀。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

本实施例提供一种氯化氢合成纯度控制系统，包括氢气进料机构和氯气进料机构，氢气进料机构包括氢气调节阀1和氢气流量计2，氢气流量计2用于监测并显示通过氢气调节阀1的氢气流量大小，氯气进料机构包括氯气调节阀3和氯气流量计4，氯气流量计4用于监测并显示通过氯气调节阀3的氯气流量大小。在该控制系统中采用氯化氢浓度自动控制装置5可分别来控制氯气进料机构和氢气进料机构中的进料量。氯化氢浓度自动控制装置5包括接收氢气流量计2信号、氯气流量计4信号和输入信号的接收电路51以及DCS总控器52。DCS总控器52的一侧用于获取接收电路51中的传输信号，DCS总控器52的另一侧用于将从DCS总控器52输出的信号传递给氯气调节阀3或氢气调节阀1。

具体地，接收电路51从氢气流量计2接收的信号为氢气流量计2读数从氯气流量计4接收的信号为氯气流量计4读数所接收的输入信号为调整前氯化氢纯度C₁以及调整后需达到的氯化氢纯度C₂。数据C₁以及C₂以电信号的方式输入DCS总控器52中，并在DCS总控器52中进行运算，运算结果再以电信号的方式输出并用于控制氯气调节阀3或氢气调节阀1的开度大小。

在对原氯化氢合成系统进行改进时，使其能达到自动调节氯气调节阀3或氢气调节阀1的目的时，只需在原系统中装有本实施例所述的氯化氢浓度自动控制装置5便可，改动小，投资省，且能达到对氯化氢纯度控制简便、高效的特点。

作为本实施例的一个优选方式，接收电路51中包括分别用于接收氢气流量计2信号和氯气流量计4信号的两套就地仪表511及信号变送器512，以及用于接收调整前的氯化氢浓度C₁和需调整的氯化氢纯度C₂的信号输入器513。就地仪表511是指安装在对象和被控对象附近的仪表。本实施例中两个就地仪表511分别安装在氢气流量计2附近和氯气流量计4附件，用于监测氢气流量计2和氯气流量计4中的数值并在其内部形成数字信号，该数字信号传输给与就地仪表511连接的变送器。变送器是指把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号的转换器。在本实施例中变送器将就地仪表511中数字信号转变为可被DCS总控器52识别的电信号。信号输入器513为人机对话界面，可在该界面上直接输入调整后需达到的氯化氢浓度C₂，调整前的氯化氢浓度C₁可通过氯化氢浓度检测仪将检测数据传输到该信号输入器513中，当然，调整前的氯化氢浓度C₁也可直接传输到DCS总控器52中。其中，为了检测方便，氯化氢浓度检测仪采用固定式检测仪，具体为本领域技术人员所熟知，故在此不再阐述。

当然，接收电路51也可采用一个信号输入器513，通过人工读取氯气流量计4读数氢气流量计2读数以及调整前氯化氢纯度C₁，并和调整后需达到的氯化氢纯度C₂采用人工一并输入信号输入器513中，再由信号输入器513传输到DCS总控器52的逻辑运算模块521中，但这种方式自动化程度低，调整不方便，灵敏度低，效率较差。

需要说明的是，上述DCS总控器52中设置有逻辑运算模块521，可根据接收的信号进行运算，并将运算结果以电信号的方式输出到调节阀并用于控制调节阀的开度大小。该逻辑运算模块521的内部计算主要采用两种方式，在下文中分别给予阐述。

方式一：

已知调节前氢气流量计2读数与氯气流量计4读数的比例系数K₁，氯化氢纯度C₁以及需要调整氯化氢的纯度C₂。

在氯化氢的反应系统中，反应方程式为：Cl₂+H₂+H'₂→2HCl+H'₂

反应方程式中：Cl₂指反应系统中参与反应的氯气；

H₂指反应系统中参与反应的氢气；

H'₂是指反应系统中过量的氢气；

HCl是指反应系统中生成的氯化氢。

反应系统中，在氯气的进料流量不变、氢气的进料流量不变的情况下，生成的氯化氢纯度也不变，反应在反应系统中恒速定量地进行，根据反应方程式，可知： $F_{{\mathrm{Cl}}_2}=F_{H_2}^{\′}=\frac{1}{2}{F}_{HCl}$ 即 $F_{HCl}=F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2}^{\′}=2F_{{\mathrm{Cl}}_2}$

$F_{H_2}^{\′}=F_{H_2}-F_{{H_2}^{\′}}$

$F_{HCl}+F_{{H_2}^{\′}}=F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2}^{\′}+F_{{H_2}^{\′}}=F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2}$

则： $C=F_{HCl}/(F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2})=2F_{{\mathrm{Cl}}_2}/(F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2})$ 记为等式S1-1。

式中，是指反应系统中参与反应的氯气的流量；

是指反应系统中参与反应的氢气的流量；

是指反应系统中过量的氢气流量；

F_HCl是指反应系统中生成的氯化氢的流量；

指进入反应系统中氢气的总流量；

C是指反应系统中氯化氢的纯度。

此处氯气和氢气的纯度均视为100％，其他杂质忽略。

在控制系统中，氢气流量计2用于监测并显示进入反应系统中氢气的总流量，则

$F_{H_2}=L_{H_2}$

式中：为氢气流量计2的读数。

在此反应系统中，氯气的反应率为100％，即参与反应的氯气与进入反应系统中的氯气流量相等，但若本实施例中的氯气流量计4不标准，其读数存在偏大或偏小的情况，则该氯气流量计4显示出的读数与实际参与反应的氯气流量存在一个矫正系数，为R，则不同氯气流量计的矫正系数R值不同，且为定值，当该氯气流量计为标准流量计时，R＝1。

式中：为氯气流量计4的读数。

假设氢气流量计2读数与参与反应的氯气流量的比例系数为K，则 $L_{H_2}={\mathrm{KF}}_{{\mathrm{Cl}}_2}={\mathrm{KRL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}.$

氯化氢纯度C与比例系数K和矫正系数R之间的关系。

由等式S1-1可得，

$\begin{array}{c}C=2F_{{\mathrm{Cl}}_2}/(F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2})\\ =2{\mathrm{RL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}/({\mathrm{RL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}+{\mathrm{KRL}}_{{\mathrm{Cl}}_2})\\ =2/(1+K)\end{array}$

则 $K=\frac{2}{C}-1$

调节前氢气流量计2读数与参与反应的氯气流量的比例系数记为K₁，氯化氢纯度记为C₁，需要调整后的氢气流量计2读数与参与反应的氯气流量的比例系数记为K₂，氯化氢的纯度记为C₂，则

$\frac{K_1}{K_2}=\frac{\frac{1}{C_1}(2-C_1)}{\frac{1}{C_2}(2-C_2)}=\frac{(2-C_1)C_2}{(2-C_2)C_1}$

故K₂＝(2-C₂)C₁K₁/[(2-C₁)C₂]。

根据公式则在调节前，已知和R，就能得出K₁值，又根据公式K₂＝(2-C₂)C₁K₁/[(2-C₁)C₂]，已知K₁、C₁和C₂，就能得出K₂值。在调节后，可通过调节氯气调节阀3和氢气调节阀1的开度大小，从而控制氢气流量计2的读数与氯气流量计4的读数的比例系数为K₂和R的乘积值，便可使输出的氯化氢的浓度为C₂。当然，若在不需改变氯化氢总产量的前提下，则氢气流量计2的读数不改变，已知K₂和R，则可根据公式进一步计算出需调节后的根据计算所得的需调节后的值，微调氯气调节阀3的开度大小，便能起到调整氯化氢纯度的作用。即在本方式中对氢气调节阀1的开度大小不调节，将的计算结果以电信号的方式输出并输送到氯气调节阀3中，对氯气调节阀3的开度大小起到控制作用，从而使得输出的氯化氢的浓度为C₂。

例如，已知调节前氢气流量计2读数与氯气流量计4读数的比例系数K₁为1.2，氯化氢纯度C₁为0.9以及需要调整氯化氢的纯度C₂为0.97，则根据公式

K₂＝(2-C₂)C₁K₁/[(2-C₁)C₂]

计算可得，K₂为1.04，根据K₂的值，又已知R值，则可将K₂与R的乘积值以电信号的方式输送给氯气调节阀3和氢气调节阀1，使得氢气流量计2的读数与氯气流量计4的读数的比例系数为K₂和R的乘积值。或在不需改变氯化氢总产量的前提下，DCS总控器52中可进一步计算出值，将此值以电信号的方式输送给氯气调节阀3，由于上述计算可得K₂<K₁，若只调节氯气调节阀3，则应将氯气调节阀3的开度增大。

方式二：

已知调节前氯气流量计4读数为L₁，氯化氢纯度为C₁，需调整后的氯化氢纯度为C₂。

等式S1-1的推导过程同方式一中。则由等式S1-1可得出氯化氢纯度C与氢气流量计2读数氯气流量计4读数以及矫正系数R之间的关系。

$\begin{array}{c}C=2F_{{\mathrm{Cl}}_2}/(F_{{\mathrm{Cl}}_2}+F_{H_2})\\ =2{\mathrm{RL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}/({\mathrm{RL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}+L_{H_2})\end{array}$

故 ${\mathrm{CRL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}+{\mathrm{CL}}_{H_2}=2{\mathrm{RL}}_{{\mathrm{Cl}}_2}$

则 $L_{{\mathrm{Cl}}_2}={\mathrm{CL}}_{H_2}/(2R-CR)$

调节前氯气流量计4读数记为L₁，氯化氢纯度记为C₁，需要调节后的氯气流量计4读数记为L₂，氯化氢的纯度记为C₂，则

$\begin{array}{c}\frac{L_1}{L_2}=\frac{C_1{L}_{H_2}/(2R-C_{1}R)}{C_2{L}_{H_2}/(2R-C_{2}R)}\\ =\frac{C_1/(2-C_1)}{C_2/(2-C_2)}\\ =\frac{C_1(2-C_2)}{C_2(2-C_1)}\end{array}$

故L₂＝C₂L₁(2-C₁)/[C₁(2-C₂)]。

需要注意的是，本方式只能应用于保持氢气调节阀1的开度不变，即氢气流量计2的读数不变，且无需改变氯化氢产量的情况下。通过微调氯气调节阀3的开度大小，便能起到调整氯化氢纯度的作用。从而更可靠地保证后续产品特别在制备氯乙烯单体工艺中的安全稳定，同时合成气纯度的提高，减少了前序氯气工序余氯的副产物的产生。

例如，已知调节前氢气流量计2读数L₁为2200，氯化氢纯度C₁为0.9以及需要调整氯化氢的纯度C₂为0.96，则根据公式

L₂＝C₂L₁(2-C₁)/[C₁(2-C₂)]

计算可得，L₂为2482.05，DCS总控器52将此数值以电信号的方式输送给氯气调节阀3，由于L₂>L₁，应将氯气调节阀3的开度增大。

当然，方式二若应用在还需调节氯化氢产量的情况下，则可根据需调节的氯化氢产量先手动调节氢气调节阀1的开度使得氢气流量计2的读数为所需值，然后再通过方式二在DCS总控器52内部计算出需调节的氯气流量计4读数，并输出信号给氯气调节阀3进行调节。上述手动调节氢气调节阀1后氢气流量计2读数值需大于根据氯化氢产量计算出的氢气消耗量。方式二相对于方式一的优点在于方式二可在DCS总控器52无法读取到氢气流量计2信号时使用。

上述两种方式均能根据氯化氢纯度的需要而自动对氯气调节阀3单调或对氯气调节阀3和氢气调节阀1共同调节，从而达到最终输出的氯化氢满足所需要的纯度。且在上述系统中，氯气的利用率较高，为100％，因此不仅不会影响后续工业中使用氯化氢为原料制作的产品的品质和成本，而且由于采用本实施例的控制系统制作出的氯化氢产品中氯气无剩余量，所以企业不用对这部分的余氯进行处理，简化了工业程序，同时由于无需处理余氯形成的次氯酸钠或液氯、废酸等，也大大减少了环境污染及环保处理的成本。

值得一提的是，上述调节阀根据DCS总控器52输出的信号进行调节，DCS总控器52将计算所得信号输送给调节阀只能判断此时调节阀应该增大开度或减小开度，在调节阀不断增大或减小开度的过程中，流量计的读数不断变化并将数值信号经过接收电路51输入DCS总控器52中，直至氯气流量计4的读数变为L₂或在DCS总控器52的逻辑运算模块521的不断运算中氢气流量计2读数与氯气流量计4读数的比例系数为K₂与R的乘积值。

此外，氢气调节阀1和氯气调节阀3可采用气动调节阀或电磁调节阀，且在氢气调节阀1和氯气调节阀3上还分别设置有执行机构6，该执行机构6能接收DCS总控器52输出的电信号大小并对氢气调节阀1和氯气调节阀3的开度进行调节。例如若氯气调节阀3采用气动调节阀，则执行机构6根据接收到的电信号可调整气源压力，从而达到调整氯气调节阀3开度的目的。

另外，在本实施例的氢气进料机构和氯气进料机构中还可分别设置有氯气切断阀8和氢气切断阀7，以使在系统出现故障的情况下及时切断氢气进料和氯气进料，保障本系统的安全性和稳定性。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。

Claims (7)

1.一种氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，包括氢气进料机构和氯气进料机构，所述氢气进料机构包括氢气调节阀(1)和氢气流量计(2)，所述氢气流量计(2)用于监测并显示通过所述氢气调节阀(1)的氢气流量大小，所述氯气进料机构包括氯气调节阀(3)和氯气流量计(4)，所述氯气流量计(4)用于监测并显示通过所述氯气调节阀(3)的氯气流量大小，

所述氯化氢合成纯度控制系统还包括氯化氢浓度自动控制装置(5)，所述氯化氢浓度自动控制装置(5)包括用于接收所述氯气流量计(4)信号、所述氢气流量计(2)信号和输入信号的接收电路(51)以及DCS总控器(52)，所述DCS总控器(52)的一侧与所述接收电路(51)相连并用于获取所述接收电路(51)输出的信号，所述DCS总控器(52)的另一侧用于输出信号给氯气调节阀(3)或氢气调节阀(1)。

2.根据权利要求1所述的氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，所述DCS总控器(52)中设置有逻辑运算模块(521)，根据所获取的接收电路(51)中的信号在逻辑运算模块(521)中进行运算，并将运算结果输出用于控制所述氯气调节阀(3)或所述氢气调节阀(1)的开度大小。

3.根据权利要求2所述的氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，所述接收电路(51)接收的所述氯气流量计(4)信号为所述氯气流量计(4)读数所述接收电路(51)接收的所述氢气流量计(2)信号为所述氢气流量计(2)读数所述接收电路(51)接收的输入信号为调整前氯化氢纯度C₁以及调整后需达到的氯化氢纯度C₂；

所述接收电路(51)向所述DCS总控器(52)中输出的信号为氯气流量计(4)读数氢气流量计(2)读数调整前氯化氢的纯度C₁、需调整后的氯化氢的纯度C₂以及氯气流量计的矫正系数R，在DCS总控器(52)中计算可得氢气流量计(2)读数与氯气流量的比例系数为K，即调节前比例系数记为K₁，调节后比例系数记为K₂，根据上述已知数在DCS总控器(52)中根据公式

K₂＝(2-C₂)C₁K₁/[(2-C₁)C₂]

可计算出需调节后的比例系数K₂，则K₂和R的乘积值即为氢气流量计2的读数与氯气流量计4的读数的比例系数，DCS总控器(52)将计算所得的乘积值以电信号的方式发送给氯气调节阀(3)或氢气调节阀(1)并控制氢气调节阀1和氯气调节阀3的开度。

4.根据权利要求2所述的氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，所述接收电路(51)接收的所述氯气流量计(4)信号为所述氯气流量计(4)读数所述接收电路(51)接收的输入信号为调节前氯化氢纯度C₁以及调节后需达到的氯化氢纯度C₂，

所述接收电路(51)向所述DCS总控器(52)中输出的信号为氯气流量计(4)读数现有的氯化氢纯度C₁以及需调整后的氯化氢纯度C₂，调节前氯气流量计(4)读数记为L₁，调节后氯气流量计(4)读数记为L₂，根据上述数据在DCS总控器(52)中根据公式

L₂＝C₂L₁(2-C₁)/[C₁(2-C₂)]

可计算出需调节后的氯气流量计(4)的读数L₂，则DCS总控器(52)将计算所得的结果以电信号的方式发送给氯气调节阀(3)并控制氯气调节阀(3)的开度。

5.根据权利要求1所述的氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，所述接收电路(51)中包括分别用于接收氢气流量计(2)信号和氯气流量计(4)信号的两套就地仪表(511)及信号变送器(512)，以及用于接收调节前的氯化氢纯度C₁和需调节后的氯化氢纯度C₂的信号输入器(513)。

6.根据权利要求1所述的氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，所述氢气调节阀(1)和所述氯气调节阀(3)可采用气动调节阀或电磁调节阀，且所述氢气调节阀(1)和所述氯气调节阀(3)上还分别设置有执行机构(6)，所述执行机构(6)接收所述DCS总控器(52)输出的电信号并对所述氢气调节阀(1)和所述氯气调节阀(3)的开度大小进行调节。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的氯化氢合成纯度控制系统，其特征在于，所述氢气进料机构和所述氯气进料机构中还分别设置有氢气切断阀(7)和氯气切断阀(8)。