氯化氫合成熱負(fù)荷余量回收利用

姚志國(guó)

（中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)有限公司 內(nèi)蒙古 阿拉善盟750336）

中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)有限公司生產(chǎn)規(guī)模為36萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目配套40萬(wàn)t/a聚氯乙烯項(xiàng)目。離子膜法燒堿氯化氫合成過(guò)程中產(chǎn)生的熱負(fù)荷余量（循環(huán)熱水溫度大約在105～115℃，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?9 kPa。）以蒸汽的形式外排，熱量損失嚴(yán)重。通過(guò)一系列改造、降低了蒸汽及高純水消耗，降低了合成爐故障率，節(jié)約了維修成本，改善了環(huán)境，消除了安全隱患。目前改造項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，收到了一定的成效。

1 熱負(fù)荷余量回收利用工藝流程簡(jiǎn)述[1]

以經(jīng)過(guò)干燥處理后的氯氣和氫氣為原料，在合成爐內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成氯化氫氣體，氯化氫氣體經(jīng)冷卻后送聚氯乙烯工序，氯化氫合成裝置在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生熱量被循環(huán)熱水罐熱水和循環(huán)冷卻水帶走。循環(huán)熱水熱量一部分為溴化鋰提供熱源，另一部分循環(huán)熱水外溢。通過(guò)改造，熱負(fù)荷余量分別為一次鹽水給化鹽水升溫提供熱源、高純水升溫提供熱源、少量外排的蒸汽通過(guò)高效間接換熱器（利用純水降溫冷卻）轉(zhuǎn)化為蒸汽冷凝水回到循環(huán)熱水罐循環(huán)利用，從而把熱負(fù)荷余量徹底利用。改造前后工藝流程示意圖分別見(jiàn)圖1和圖2。

2 氯化氫合成熱量衡算與分析[2]

（1）每小時(shí)產(chǎn)氫氣量

電解飽和鹽水反應(yīng)方程式：

設(shè)計(jì)生產(chǎn)折百堿1 080 t/24 h=45（t/h），氫氧化鈉的摩爾質(zhì)量為40 g/mol，通過(guò)計(jì)算每小時(shí)生產(chǎn)約5.7×105mol氫氣。

（2）合成爐燃燒氫氣和氫氣放熱

合成爐燃燒氫氣與氯氣反應(yīng)方程式：

由于氫氣與氯氣燃燒配比約為1.10，得出參與反應(yīng)的氫氣為5.7×105/1.1≈5.18×105（mol）。得出合成爐燃燒氫氣與氯氣放出的熱量為：

圖1 改造前工藝流程示意圖

圖2 改造后工藝流程示意圖

3 氯化氫合成裝置熱負(fù)荷余量

副產(chǎn)熱水合成爐（每臺(tái)合成爐日產(chǎn)120 t氯化氫氣體，每臺(tái)合成爐循環(huán)熱水共計(jì)9臺(tái)）中氯氣與氫氣反應(yīng)產(chǎn)生熱量約為9.54×107kJ/h。

合成爐使用循環(huán)冷卻水等降溫帶走的熱量約為3.97×107kJ/h。

循環(huán)熱水熱量用于3臺(tái)溴化鋰（每臺(tái)溴化鋰制冷量為200萬(wàn)kcal）的熱負(fù)荷約為3.15×107kJ/h。溴化鋰制冷水用于氫氣與氯氣降溫水，用于氯氣干燥硫酸降溫冷卻。

合成過(guò)程中熱負(fù)荷余量約為9.54×107-3.97×107-3.15×107=2.41×107（kJ/h）。

4 技術(shù)方案

（1）熱負(fù)荷余量用于一次鹽水化鹽水升溫

來(lái)自合成循環(huán)熱水罐熱水通過(guò)泵（單獨(dú)1臺(tái)泵供一次鹽水換熱器）輸送到一次鹽水換熱器為化鹽水升溫提供熱源，原有蒸汽鹽水換熱器與新增換熱器處于串并聯(lián)狀態(tài)，方便了檢修維護(hù)。一次鹽水化鹽水升溫過(guò)程，所需熱量約為1.95×107kJ/h。目前化鹽溫度控制在50～60℃，符合工藝指標(biāo)要求。

合成循環(huán)熱水罐電導(dǎo)率超標(biāo)時(shí)，循環(huán)熱水通過(guò)一根管道送往配水桶來(lái)置換合成循環(huán)熱水罐，減少補(bǔ)充一次水，減少因補(bǔ)充一次水引起的蒸汽消耗，綜合考慮降低了一次水消耗、蒸汽消耗。

（2）用于制取高純水原水升溫

來(lái)自合成循環(huán)熱水罐熱水通過(guò)板式換熱器為原水（地下水）提供熱源，升溫后的原水制取高純水，高純水原水升溫需要的熱量約為0.46×107kJ/h，降低了制取高純水蒸汽消耗。

（3）合成熱水罐部分外排蒸汽回收

由于公司地處西北地區(qū)，晝夜溫差大，受天氣的影響，合成循環(huán)熱水罐偶爾有微量外溢蒸汽，少量外溢的蒸汽通過(guò)高效換熱器利用純水間接換熱后生成蒸汽冷凝水，回到合成循環(huán)熱水罐循環(huán)利用。純水升溫后回到純水池，供電解使用，減少電解堿耗蒸汽。

5 解決的問(wèn)題

（1）降低了副產(chǎn)熱水合成爐故障率

在改造前副產(chǎn)熱水合成爐循環(huán)熱水壓力約為230 kPa，溫度為110℃。合成爐故障停車(chē)率比較高，主要表現(xiàn)為石墨塊損壞，改造后循環(huán)熱水壓力約為160 kPa，溫度約為95℃，循環(huán)熱水系統(tǒng)無(wú)蒸汽產(chǎn)生，合成爐石墨塊故障率降幅比較大，改造后石墨塊損壞率比之前下降30%左右。且改造后合成爐產(chǎn)能得到釋放，滿(mǎn)足年產(chǎn)40萬(wàn)t PVC的需求。

（2）改善了環(huán)境、消除了安全隱患

自改造完畢后，合成循環(huán)熱水罐無(wú)蒸汽外溢現(xiàn)象，也沒(méi)有結(jié)冰現(xiàn)象。

6 改造的效益

（1）降低了一次鹽水使用蒸汽量約12 t/h，考慮冬季合成裝置富余熱量供暖使用，按6個(gè)月計(jì)算每年節(jié)約蒸汽費(fèi)用約559萬(wàn)元。

（2）減少純水使用量約3m3/h，節(jié)約成本27.33元/h。每年節(jié)約21.64萬(wàn)元。

（3）減少純水原水升溫使用蒸汽量約0.77 t/h，節(jié)約成本36萬(wàn)元。

（4）降低了電解堿耗蒸汽約0.2 t/t。

7 總結(jié)

副產(chǎn)熱水二合一石墨合成爐，在物料合成時(shí)放出大量的熱量，這些熱量一部分被循環(huán)熱水帶走（100℃左右），另一部分通過(guò)冷卻塔帶走。被熱水帶走的熱量其中一部分可以供給熱水型溴化鋰機(jī)組，另一部分可以供給氯堿制取高純水，再有一部分供給氯堿生產(chǎn)化鹽水升溫降低蒸汽消耗，剩余部分通過(guò)換熱設(shè)備供給純水升溫降低蒸汽消耗。