一种氯化氢合成纯度控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 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：
[0008] 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。
[0009] 附图标记：
[0010] 1-氢气调节阀， 2-氢气流量计，
[0011] 3-氯气调节阀， 4-氯气流量计，
[0012] 5-氯化氢浓度自动控制装置， 51-接收电路，
[0013] 511-就地仪表， 512-信号变送器，
[0014] 513-信号输入器， 52-DCS总控器，
[0015] 521-逻辑运算模块， 6-执行机构，
[0016] 7-氢气切断阀， 8-氯气切断阀。
【具体实施方式】
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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C 1W 及调整后需达到的氯化氢纯度(：2。数据；2.、￡%、（；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。
[0021] 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。
[0022] 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C 1和需调整的氯化氢纯度C 2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C 2，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(^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。
[0023] 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4?、氢气流量计2读数4,以及调整前氯化氢纯度C 1，并和调整后需达到的氯化氢纯度C2 米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。
[0024] 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。
[0025] 方式一：
[0026] 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C 1 以及需要调整氯化氢的纯度C2。
[0027] 在氯化氢的反应系统中，反应方程式为：Cl2+H2+H' 2-2HC1+H' 2
[0028] 反应方程式中：C12指反应系统中参与反应的氯气；
[0029] H2指反应系统中参与反应的氢气；
[0030] 庄2是指反应系统中过量的氢气；
[0031] HCl是指反应系统中生成的氯化氢。
[0032] 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：
[0036] 式中，/??是指反应系统中参与反应的氯气的流量；
[0037] 是指反应系统中参与反应的氢气的流量；
[0038] 是指反应系统中过量的氢气流量；
[0039] FHa是指反应系统中生成的氯化氢的流量；
[0040] 巧2指进入反应系统中氢气的总流量；
[0041] C是指反应系统中氯化氢的纯度。
[0042] 此处氯气和氢气的纯度均视为100%，其他杂质忽略。
[0043] 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 [0044] Fh^ -Lfli
[0045] 式中：4?为氢气流量计2的读数。
[0046] 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。
[0047] 式中：4?为氯气流量计4的读数。
[0048] 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
[0049] 氯化氢纯度C与比例系数K和矫正系数R之间的关系。
[0050] 由等式Sl-I可得，
[0053]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C 2，则
[0056] 根据公式1?.二=_ .，:则在调节前，已知2?、.?.和R，就能得出K1 值，又根据公式K2= (2-C 2) C1K1/ [ (2-Q) C2]，已知VCjP C 2，就能得出1(2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，