鹽酸合成爐余熱回收利用

尹金林

摘 要： 鹽酸的合成過程中放出大量反應(yīng)熱，公司原有鹽酸合成爐裝置是全部用冷卻水將這些熱量移走，不但使熱量白白浪費(fèi)，還耗費(fèi)了大量的冷卻水。對(duì)原有的鹽酸合成爐進(jìn)行技術(shù)改造，改造為組合式副產(chǎn)蒸汽的三合一鹽酸合成裝置，實(shí)行運(yùn)行自動(dòng)控制，并回收其中的熱能產(chǎn)生蒸汽，生產(chǎn)蒸汽供生產(chǎn)使用，減少能源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞： 鹽酸合成爐；自動(dòng)控制；余熱回收；蒸汽

1鹽酸合成爐運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 原鹽酸生產(chǎn)主要工藝流程

江蘇奧喜埃化工有限公司原鹽酸生產(chǎn)使用工藝設(shè)備是普通石墨合成爐，其工藝流程為：在石墨合成爐內(nèi)，合成得到的氯化氫氣體，經(jīng)過夾套式的爐體、水冷管冷卻后，進(jìn)入氯化氫氣體冷卻器，再進(jìn)入降膜吸收塔被尾氣吸收塔來的稀酸吸收，生成31%成品酸從塔底經(jīng)酸封分別進(jìn)入工業(yè)鹽酸貯槽和高純鹽酸貯槽。在降膜吸收塔內(nèi)未被吸收的氯化氫氣體進(jìn)入尾氣吸收塔頂部，被由吸收水循環(huán)泵送來的吸收水繼續(xù)吸收。不凝性氣體及少部分未完全吸收的氯化氫氣體再被水噴射泵的水吸收進(jìn)入吸收水循環(huán)槽，吸收水循環(huán)槽的水，經(jīng)吸收水循環(huán)泵送至尾氣塔作為吸收水，從而避免了廢水的產(chǎn)生。還有微量未被吸收的尾氣，經(jīng)過下水分離器，進(jìn)入2#尾氣堿洗塔吸收后排空；堿液也來自次氯酸鈉裝置的18%NaOH循環(huán)槽，該部分吸收后的堿液最終返回次鈉生產(chǎn)系統(tǒng)。

1.2 原鹽酸合成工藝存在的問題

公司原鹽酸生產(chǎn)使用工藝設(shè)備是石墨合成爐，氫氣和氯氣在合成爐的高純石英燈中充分混合燃燒，合成HCl過程中要釋放大量熱，鹽酸合成爐的燃燒段溫度在1000℃以上，產(chǎn)生的熱量由密閉系統(tǒng)夾套的循環(huán)冷卻水吸收，由于原設(shè)計(jì)缺乏熱量回收方面的考慮，直接使用200t/h循環(huán)水裝置的循環(huán)冷卻水，不僅浪費(fèi)了反應(yīng)的熱能，而且須消耗大量循環(huán)冷卻水資源。

2 鹽酸合成爐改造

2.1鹽酸合成爐改造方案

江蘇奧喜?；び邢薰局鳟a(chǎn)品為氫氧化鉀，主要生產(chǎn)工藝是氯化鉀電解工藝。在氯化鉀電解生產(chǎn)氫氧化鉀過程中，主要消耗的能源資源：電力、蒸汽、純水、工業(yè)水等。

本方案改造規(guī)模為1臺(tái)三合一鹽酸合成爐及其輔助設(shè)施。年生產(chǎn)31%鹽酸3萬噸，年可副產(chǎn)蒸汽6727噸。根據(jù)公司低壓蒸汽的要求，合成爐選型為設(shè)計(jì)生產(chǎn)0.8Mpa飽和蒸汽，供江蘇奧喜?；び邢薰緩S區(qū)使用。

三合一鹽酸合成爐主要由混合燃燒器、HCL合成段、副產(chǎn)蒸汽段，爐頂冷卻吸收段和液體分布器等組成。具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、熱能利用率高、操作彈性大，并可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 改造后鹽酸合成爐工藝流程

氯氣經(jīng)過流量計(jì)、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、自動(dòng)切斷閥，由合成爐底部中心管道進(jìn)入合成爐；氫氣經(jīng)過流量計(jì)、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、自動(dòng)切斷閥、爐前阻火器、進(jìn)爐軟管，由合成爐底部側(cè)面管道進(jìn)入合成爐；兩者按照設(shè)定的體積比H2：Cl2=1.05～1.1：1的要求進(jìn)入爐內(nèi)燃燒，合成氯化氫氣體。在此過程中氯氣、氫氣的流量有比例調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，確保氯氣氫氣配比，不會(huì)出現(xiàn)氯氣過量。

本項(xiàng)目改造的三合一副產(chǎn)蒸汽石墨合成爐設(shè)備。氯氣與氫氣反應(yīng)生成氯化氫時(shí)伴隨釋放出大量反應(yīng)熱，完全可以用來副產(chǎn)蒸汽。副產(chǎn)中壓蒸汽合成爐在高溫區(qū)段，使用鋼制水冷壁爐筒；在合成段頂部和底部鋼材容易受腐蝕的區(qū)段，采用石墨材料制作。采用這種方法既克服了石墨爐筒強(qiáng)度低和使用溫度受限制的缺點(diǎn)，又克服了合成段的頂部和底部容易腐蝕的缺點(diǎn)，從而使氯化氫合成的熱能利用率提高到70%，副產(chǎn)蒸汽壓力可在0.2-1.4MPa間任意調(diào)節(jié)，可并入中、低壓蒸汽網(wǎng)使用，使熱能得到充分利用。

3. 鹽酸合成爐節(jié)能改造效果分析

3.1 節(jié)能減排效果分析

（1）余熱回收利用效果

鹽酸合成爐生產(chǎn)蒸汽的給水采用氫氧化鉀濃縮蒸發(fā)冷凝水。公司主要生產(chǎn)氫氧化鉀液體，為銷售符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的液鉀，必須對(duì)30%液鉀進(jìn)行濃縮蒸發(fā)成48%液鉀，在濃縮蒸發(fā)過程中產(chǎn)生大量的冷凝水，這部分冷凝水除少部分利用外，大部分作廢水外排。本項(xiàng)目回收部分冷凝水作為鍋爐給水，給水溫度80℃，給水焓335 kJ/kg。

氯氫合成生產(chǎn)鹽酸，氯氫合成過程中放出大量的熱量，化學(xué)反應(yīng)式為：

H2 +Cl2 =2HCl+ △H △H=184kJ

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的1摩爾氯化氫其質(zhì)量為36.5克，由氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可推算出生成1kg 氯化氫所產(chǎn)生的熱量：

△Q=1000÷36.5×184÷2=2521 （kJ）

余熱利用生產(chǎn)出0.8MPa的飽和蒸汽，蒸汽焓2774 kJ/kg，設(shè)計(jì)熱效率70%。

本項(xiàng)目生產(chǎn)濃度為31%鹽酸，因而每生產(chǎn)噸鹽酸需0.31噸氯化氫。1噸鹽酸所產(chǎn)生的熱量為：

Q1=2521×1000×0.31= 781510 （kJ）

全年生產(chǎn)30000噸31%鹽酸，則年產(chǎn)生的熱量：

Q=30000×781510÷106=23441 （Gj）

鍋爐熱效率為70%，

則有效利用熱量：23441Gj×70%=16408 Gj

年生產(chǎn)蒸汽量=有效利用熱÷（蒸汽焓-給水焓）

=16408×106÷（2774-335）÷103

=6727（噸蒸汽）

根據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則》（GB/T2589-2008），低壓蒸汽折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)為0.1286kgce/kg。年產(chǎn)生蒸汽折標(biāo)煤：6727×1000×0.1286kgce/kg =865092 kgce

余熱回收利用年產(chǎn)生蒸汽折標(biāo)煤約865.1噸。

（2）節(jié)電效果

項(xiàng)目實(shí)施前，鹽酸生產(chǎn)產(chǎn)生的熱量用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水用量220t/h，循環(huán)泵電機(jī)功率45kW。項(xiàng)目實(shí)施后，冷卻水用量為100t/h，配電機(jī)功率15kW；增加給水泵和強(qiáng)制循環(huán)泵，配電機(jī)功率分別為11kW和15kW，用電功率減少4kW。

實(shí)施前后的產(chǎn)能沒有發(fā)生變化，因而后氯化氫處理系統(tǒng)用電量沒有變化。

減少用電負(fù)荷4 kW，年運(yùn)行8000小時(shí)，負(fù)荷率按85%計(jì)算，年節(jié)電量=4×8000×85%=27200（ kWh）

折等價(jià)標(biāo)煤=27200÷10000×3.3=8.97 （tce）

（3）節(jié)約循環(huán)冷卻水

本項(xiàng)目實(shí)施后，循環(huán)冷卻水用量由220t/h下降至100t/h，減少用循環(huán)冷卻水用量120t/h，設(shè)計(jì)年運(yùn)行小時(shí)8000小時(shí)，則年可減少循環(huán)冷卻水用量=120t/h×8000 h=960000噸。

（4）本項(xiàng)目余熱回收利用可節(jié)標(biāo)煤量：865.1 tce+8.97 tce

=874 tce

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

項(xiàng)目實(shí)施后年產(chǎn)生蒸汽6727噸，按蒸汽價(jià)格180元/噸計(jì)算，年可節(jié)約蒸汽采購費(fèi)用：

6727噸×180元/噸=1210860 元

項(xiàng)目實(shí)施后年節(jié)電量27200 kWh，按蒸汽價(jià)格0.75元/ kWh計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi)：

27200 kWh×0.75元/ kWh =20400元

項(xiàng)目實(shí)施后年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：

1210860 元+20400元=1231260元

=123.126 萬元。

3.3 效果評(píng)價(jià)

鹽酸合成爐改造后，實(shí)行了氯化氫反應(yīng)熱的回收，可利用余熱生產(chǎn)6727噸工業(yè)用蒸汽，節(jié)電27200 kWh，減少冷卻水使用96萬噸。從而達(dá)到了節(jié)能減排的效果。項(xiàng)目投資245萬元，改造后形成經(jīng)濟(jì)效益123.126萬元，投資回收期2年，項(xiàng)目效果明顯。

參考文獻(xiàn)

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