鹽酸合成爐余熱回收及節能效果研究范文

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［摘要］介紹了副產蒸汽鹽酸合成爐的工藝流程，分析了其余熱回收的經濟效益。

［關鍵詞］鹽酸合成爐;自動控制;余熱;蒸汽

江蘇奧喜埃化工有限公司(以下簡稱“奧喜埃化工”)建有3套離子膜法氫氧化鉀生產裝置，副產氫氣一部分銷售給氣體壓縮公司，一部分供燃氫鍋爐，其余用于生產鹽酸。鹽酸生產系統有2臺水冷式二合一石墨合成爐，1開1備。

1原鹽酸合成爐運行狀況

1．1工藝流程

液氯尾氣和氫氣在二合一石墨合成爐內合成得到的氯化氫氣體，經過夾套式的爐體、水冷管冷卻后，進入氯化氫氣體冷卻器，再進入降膜吸收塔，用尾氣吸收塔來的稀鹽酸吸收，生成31%成品酸從塔底經酸封進入鹽酸貯槽。在降膜吸收塔內未被吸收的氯化氫氣體進入尾氣吸收塔頂部，被由吸收水循環泵送來的吸收水繼續吸收。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入吸收水循環槽，吸收水循環槽的水經吸收水循環泵送至尾氣塔作為吸收水，從而避免了廢水的產生。還有微量未被吸收的尾氣，進入尾氣堿液洗滌塔吸收后排空;堿液來自次氯酸鈉裝置的18%NaOH循環槽，該部分吸收后的堿液最終返回次氯酸鈉生產系統。

1．2存在的問題

氯氣和氫氣在二合一石墨合成爐的石英燈頭充分混合燃燒，在合成HCl過程中釋放的大量熱(鹽酸合成爐的燃燒段溫度在2000℃以上)由合成爐夾套的循環冷卻水吸收。由于原設計缺乏熱量回收方面的考慮，直接使用200t/h循環水裝置進行循環冷卻，不僅浪費了反應的熱能，而且須消耗大量循環冷卻水資源。

2鹽酸合成爐改造

2．1改造方案

奧喜埃化工根據廠區現有較為完善的公用輔助配套設施和原輔材料資源豐富等狀況，綜合考慮工藝技術的可控性、能源消耗等因素，對原二合一石墨合成爐進行改造，新建了1臺副產蒸汽三合一鹽酸合成爐及其輔助設施，31%鹽酸生產能力3萬t/a。根據公司低壓蒸汽的要求，合成爐選型為設計生產0．8MPa飽和蒸汽，供廠區內其他生產裝置使用。三合一鹽酸合成爐主要由混合燃燒器、HCl合成段、副產蒸汽段、爐頂冷卻吸收段和液體分布器等組成。具有結構緊湊、占地面積小、運行穩定、熱能利用率高、操作彈性大、全自動控制等優點。副產低壓蒸汽在高溫區段，使用特制的耐高溫改性樹脂浸漬的石墨材料，并用碳纖維增強的方法增加筒體的受壓強度。采用這種方法既克服了石墨爐筒體強度低和使用溫度受限制的缺點，又克服了鋼制合成段的頂部和底部容易腐蝕的缺點，從而使氯化氫合成的熱能利用率提高到70%，副產蒸汽壓力可在0．4～0．8MPa間任意調節，可并入中、低壓蒸汽網使用，使熱能得到充分利用。(1)氯氣、氫氣來源。氯氣的來源:電解裝置產生的氯氣經過洗滌、干燥、壓縮后，進入液化工序的氯氣液化器，大部分被冷凍液化成液氯，進入液氯貯槽，少部分未被液化的尾氣，進入鹽酸工序或次氯酸鈉工序。本鹽酸裝置所需的氯氣液化尾氣(含Cl2體積分數75%～85%)壓力0．20～0．25MPa，經過本裝置的自動調節閥減壓(0．10～0．15MPa)后，進入合成爐的爐前管道，供本裝置使用。當鹽酸裝置降低負荷或停車時，多余的氯氣將通過另一路自動調節系統排入次氯酸鈉工序。氫氣的來源:電解裝置產生的氫氣先經過減壓(0．01MPa)，再經過洗滌、冷卻后進入氫氣除霧器，除去水霧后，送入氫氣輸出總管，分別供給各外供客戶、燃氫鍋爐以及本鹽酸合成爐項目使用。氫氣總管設有壓力自動調節系統、自動放空水封等設施，確保壓力穩定。(2)工藝技術。氫氣和氯氣按照體積比(1．1～1．05)∶1的比例混合燃燒生成HCl氣體，HCl被純水吸收生成31%(質量分數)的高純鹽酸。產生的熱量利用石墨夾套的純水進行冷卻，并副產蒸汽;吸收產生的反應熱通過循環水冷卻移走。(3)自控水平。本項目生產過程實現自動化控制。三合一鹽酸合成裝置采用DCS集中控制，氯氣、氫氣按設置好的比例自動調節，現場無人值守。當出現斷氣、斷水、火焰熄滅等各種異常情況時，連鎖裝置將把原料氯氣和氫氣的調節閥、切斷閥自動切斷，并立即自動充氮置換，確保裝置的安全運行，避免安全事故的發生。

2．2工藝流程

氯氣經過流量計、自動調節閥、自動切斷閥，由合成爐底部中心管道進入合成爐;氫氣經過流量計、自動調節閥、自動切斷閥、爐前阻火器，由合成爐底部側面管道進入合成爐。兩者按照設定的體積比φ(H2)∶φ(Cl2)=(1．05～1．1)∶1進入爐內燃燒，合成氯化氫氣體。在此過程中氯氣、氫氣的流量由比例調節器自動跟蹤調節，確保氯氣氫氣配比，不會出現氯氣過量。在三合一副產蒸汽的合成爐內，合成得到的氯化氫氣體經過冷卻，在降膜吸收段以及外部的二級組合吸收塔內被吸收。二級組合吸收塔的上部吸收液為純水，中部吸收液為吸收水循環槽內的酸性吸收水，該吸收水最終進入三合一爐的降膜吸收段，與經過冷卻的氯化氫氣體混合，產生31%的鹽酸可分別進入工業鹽酸計量槽或高純鹽酸計量槽。裝置末端尾氣經過尾氣堿洗塔吸收后排空，堿液來自次氯酸鈉裝置的18%NaOH循環槽，該部分吸收后的堿液最終返回次氯酸鈉生產系統。副產蒸汽系統主要是利用氯化氫合成時產生的熱量來加熱純水而生產的。純水從外管網根據鍋爐純水貯槽液位自動加入;在合成爐的低壓段采用循環加熱純水，使其達到95℃左右;在合成爐高壓段，熱的純水通過鍋爐給水泵進入合成爐高溫區被加熱，然后進入蒸汽閃發罐，進行汽液分離。蒸汽通過自動調節閥進入公司蒸汽管網，作為生產區補充用汽。

3經濟效益

(1)余熱回收利用效果。

奧喜埃化工電解裝置生產的30%KOH，經三效逆流降膜蒸發濃縮至48%KOH出售，蒸發裝置產生的蒸汽冷凝水和工藝冷凝水，一部分回收至電解槽和化鹽重復利用，一部分作廢水外排。經分析，這部分冷凝水可以回收至三合一鹽酸爐作為鍋爐給水，給水溫度80℃，焓值335kJ/kg。氯氫合成過程中放出大量的熱量，化學反應式為:H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)，ΔrHm=－9．2×104J/mol。在標準狀況下的1mol氯化氫氣體的質量為36．5g，因此，可推算出生成1kg氯化氫所產生的熱量:ΔQ=1000÷36．5×92=2521(kJ)。利用余熱生產出0．8MPa的飽和蒸汽，蒸汽焓2774kJ/kg，設計熱效率70%。本項目生產質量分數為31%的鹽酸，因而每生產1t鹽酸需0．31t氯化氫。1t鹽酸所產生的熱量為:Q1=2521×1000×0．31=781510(kJ)。全年生產3萬t31%鹽酸，則年產生的熱量:Q=30000×781510≈2．3445×1010(kJ)。鍋爐熱效率為70%，則有效利用熱量:2．3445×1010kJ×70%≈1．6412×1010kJ。年生產蒸汽量=有效利用熱÷(蒸汽焓－給水焓)=1．6412×1010÷(2774－335)÷103≈6729(t)。蒸汽價格按180元/t計算，年可節約蒸汽采購費用:6729t×180元/t=1211220元。

(2)節電效果。

項目實施前，生產鹽酸產生的熱量用循環冷卻水進行冷卻，冷卻水用量220t/h，循環泵電動機功率45kW。項目實施后，冷卻水用量為100t/h，所配電動機功率15kW;增加給水泵和強制循環泵，所配電動機功率分別為11kW和15kW，用電功率減少4kW。實施前后的產能沒有發生變化，因而氯化氫后處理系統用電量沒有變化。減少用電負荷4kW，年運行時間按8000h，負荷按85%計算，年節電量:4×8000×85%=27200(kW•h)。電價以0．75元/(kW•h)計算，年可節約電費:27200×0．75=20400(元)。

(3)節約循環冷卻水。

本項目實施后，循環冷卻水用量由220t/h下降至100t/h，減少循環冷卻水用量120t/h，年運行時間按8000h計，則年可減少循環冷卻水用量=120t/h×8000h=960000t。

(4)項目實施后，不計節約循環冷卻水的量，年可產生經濟效益:1211220+20400≈123萬(元)。

4結語

鹽酸合成爐改造后，回收了大部分的氯化氫反應熱，年可利用余熱生產蒸汽6729t，節電27200kW•h，減少冷卻水用量96萬t。項目總投資534萬元，改造后形成經濟效益123萬元/a，節能效果明顯。而且，新裝置自動化程度高，實現了DCS遠程控制，減輕了工人的勞動強度;設置了“火焰檢測低低”連鎖停爐并充氮置換等工藝連鎖，大大提高了裝置的安全性。

參考文獻

［1］馮將軍，李娟，張玲，等．氯化氫合成爐改造及運行總結［J］．氯堿工業，2011，47(6):36－38，40．

［2］陳彥峰．三合一合鹽酸成爐安全生產的探討［J］．中國氯堿，2010(12):12．

［3］張波，邊偉軍，張國奇．氯化氫合成工藝技術改造［J］．氯堿工業，2016，52(8):38－39，45．

作者:尹金林 肖道兵 單位:江蘇奧喜埃化工有限公司