盐酸合成炉余热回收及节能效果研究范文

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［摘要］介绍了副产蒸汽盐酸合成炉的工艺流程，分析了其余热回收的经济效益。

［关键词］盐酸合成炉;自动控制;余热;蒸汽

江苏奥喜埃化工有限公司(以下简称“奥喜埃化工”)建有3套离子膜法氢氧化钾生产装置，副产氢气一部分销售给气体压缩公司，一部分供燃氢锅炉，其余用于生产盐酸。盐酸生产系统有2台水冷式二合一石墨合成炉，1开1备。

1原盐酸合成炉运行状况

1．1工艺流程

液氯尾气和氢气在二合一石墨合成炉内合成得到的氯化氢气体，经过夹套式的炉体、水冷管冷却后，进入氯化氢气体冷却器，再进入降膜吸收塔，用尾气吸收塔来的稀盐酸吸收，生成31%成品酸从塔底经酸封进入盐酸贮槽。在降膜吸收塔内未被吸收的氯化氢气体进入尾气吸收塔顶部，被由吸收水循环泵送来的吸收水继续吸收。不凝性气体及少部分未完全吸收的氯化氢气体再被水喷射泵的水吸收进入吸收水循环槽，吸收水循环槽的水经吸收水循环泵送至尾气塔作为吸收水，从而避免了废水的产生。还有微量未被吸收的尾气，进入尾气碱液洗涤塔吸收后排空;碱液来自次氯酸钠装置的18%NaOH循环槽，该部分吸收后的碱液最终返回次氯酸钠生产系统。

1．2存在的问题

氯气和氢气在二合一石墨合成炉的石英灯头充分混合燃烧，在合成HCl过程中释放的大量热(盐酸合成炉的燃烧段温度在2000℃以上)由合成炉夹套的循环冷却水吸收。由于原设计缺乏热量回收方面的考虑，直接使用200t/h循环水装置进行循环冷却，不仅浪费了反应的热能，而且须消耗大量循环冷却水资源。

2盐酸合成炉改造

2．1改造方案

奥喜埃化工根据厂区现有较为完善的公用辅助配套设施和原辅材料资源丰富等状况，综合考虑工艺技术的可控性、能源消耗等因素，对原二合一石墨合成炉进行改造，新建了1台副产蒸汽三合一盐酸合成炉及其辅助设施，31%盐酸生产能力3万t/a。根据公司低压蒸汽的要求，合成炉选型为设计生产0．8MPa饱和蒸汽，供厂区内其他生产装置使用。三合一盐酸合成炉主要由混合燃烧器、HCl合成段、副产蒸汽段、炉顶冷却吸收段和液体分布器等组成。具有结构紧凑、占地面积小、运行稳定、热能利用率高、操作弹性大、全自动控制等优点。副产低压蒸汽在高温区段，使用特制的耐高温改性树脂浸渍的石墨材料，并用碳纤维增强的方法增加筒体的受压强度。采用这种方法既克服了石墨炉筒体强度低和使用温度受限制的缺点，又克服了钢制合成段的顶部和底部容易腐蚀的缺点，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，副产蒸汽压力可在0．4～0．8MPa间任意调节，可并入中、低压蒸汽网使用，使热能得到充分利用。(1)氯气、氢气来源。氯气的来源:电解装置产生的氯气经过洗涤、干燥、压缩后，进入液化工序的氯气液化器，大部分被冷冻液化成液氯，进入液氯贮槽，少部分未被液化的尾气，进入盐酸工序或次氯酸钠工序。本盐酸装置所需的氯气液化尾气(含Cl2体积分数75%～85%)压力0．20～0．25MPa，经过本装置的自动调节阀减压(0．10～0．15MPa)后，进入合成炉的炉前管道，供本装置使用。当盐酸装置降低负荷或停车时，多余的氯气将通过另一路自动调节系统排入次氯酸钠工序。氢气的来源:电解装置产生的氢气先经过减压(0．01MPa)，再经过洗涤、冷却后进入氢气除雾器，除去水雾后，送入氢气输出总管，分别供给各外供客户、燃氢锅炉以及本盐酸合成炉项目使用。氢气总管设有压力自动调节系统、自动放空水封等设施，确保压力稳定。(2)工艺技术。氢气和氯气按照体积比(1．1～1．05)∶1的比例混合燃烧生成HCl气体，HCl被纯水吸收生成31%(质量分数)的高纯盐酸。产生的热量利用石墨夹套的纯水进行冷却，并副产蒸汽;吸收产生的反应热通过循环水冷却移走。(3)自控水平。本项目生产过程实现自动化控制。三合一盐酸合成装置采用DCS集中控制，氯气、氢气按设置好的比例自动调节，现场无人值守。当出现断气、断水、火焰熄灭等各种异常情况时，连锁装置将把原料氯气和氢气的调节阀、切断阀自动切断，并立即自动充氮置换，确保装置的安全运行，避免安全事故的发生。

2．2工艺流程

氯气经过流量计、自动调节阀、自动切断阀，由合成炉底部中心管道进入合成炉;氢气经过流量计、自动调节阀、自动切断阀、炉前阻火器，由合成炉底部侧面管道进入合成炉。两者按照设定的体积比φ(H2)∶φ(Cl2)=(1．05～1．1)∶1进入炉内燃烧，合成氯化氢气体。在此过程中氯气、氢气的流量由比例调节器自动跟踪调节，确保氯气氢气配比，不会出现氯气过量。在三合一副产蒸汽的合成炉内，合成得到的氯化氢气体经过冷却，在降膜吸收段以及外部的二级组合吸收塔内被吸收。二级组合吸收塔的上部吸收液为纯水，中部吸收液为吸收水循环槽内的酸性吸收水，该吸收水最终进入三合一炉的降膜吸收段，与经过冷却的氯化氢气体混合，产生31%的盐酸可分别进入工业盐酸计量槽或高纯盐酸计量槽。装置末端尾气经过尾气碱洗塔吸收后排空，碱液来自次氯酸钠装置的18%NaOH循环槽，该部分吸收后的碱液最终返回次氯酸钠生产系统。副产蒸汽系统主要是利用氯化氢合成时产生的热量来加热纯水而生产的。纯水从外管网根据锅炉纯水贮槽液位自动加入;在合成炉的低压段采用循环加热纯水，使其达到95℃左右;在合成炉高压段，热的纯水通过锅炉给水泵进入合成炉高温区被加热，然后进入蒸汽闪发罐，进行汽液分离。蒸汽通过自动调节阀进入公司蒸汽管网，作为生产区补充用汽。

3经济效益

(1)余热回收利用效果。

奥喜埃化工电解装置生产的30%KOH，经三效逆流降膜蒸发浓缩至48%KOH出售，蒸发装置产生的蒸汽冷凝水和工艺冷凝水，一部分回收至电解槽和化盐重复利用，一部分作废水外排。经分析，这部分冷凝水可以回收至三合一盐酸炉作为锅炉给水，给水温度80℃，焓值335kJ/kg。氯氢合成过程中放出大量的热量，化学反应式为:H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)，ΔrHm=－9．2×104J/mol。在标准状况下的1mol氯化氢气体的质量为36．5g，因此，可推算出生成1kg氯化氢所产生的热量:ΔQ=1000÷36．5×92=2521(kJ)。利用余热生产出0．8MPa的饱和蒸汽，蒸汽焓2774kJ/kg，设计热效率70%。本项目生产质量分数为31%的盐酸，因而每生产1t盐酸需0．31t氯化氢。1t盐酸所产生的热量为:Q1=2521×1000×0．31=781510(kJ)。全年生产3万t31%盐酸，则年产生的热量:Q=30000×781510≈2．3445×1010(kJ)。锅炉热效率为70%，则有效利用热量:2．3445×1010kJ×70%≈1．6412×1010kJ。年生产蒸汽量=有效利用热÷(蒸汽焓－给水焓)=1．6412×1010÷(2774－335)÷103≈6729(t)。蒸汽价格按180元/t计算，年可节约蒸汽采购费用:6729t×180元/t=1211220元。

(2)节电效果。

项目实施前，生产盐酸产生的热量用循环冷却水进行冷却，冷却水用量220t/h，循环泵电动机功率45kW。项目实施后，冷却水用量为100t/h，所配电动机功率15kW;增加给水泵和强制循环泵，所配电动机功率分别为11kW和15kW，用电功率减少4kW。实施前后的产能没有发生变化，因而氯化氢后处理系统用电量没有变化。减少用电负荷4kW，年运行时间按8000h，负荷按85%计算，年节电量:4×8000×85%=27200(kW•h)。电价以0．75元/(kW•h)计算，年可节约电费:27200×0．75=20400(元)。

(3)节约循环冷却水。

本项目实施后，循环冷却水用量由220t/h下降至100t/h，减少循环冷却水用量120t/h，年运行时间按8000h计，则年可减少循环冷却水用量=120t/h×8000h=960000t。

(4)项目实施后，不计节约循环冷却水的量，年可产生经济效益:1211220+20400≈123万(元)。

4结语

盐酸合成炉改造后，回收了大部分的氯化氢反应热，年可利用余热生产蒸汽6729t，节电27200kW•h，减少冷却水用量96万t。项目总投资534万元，改造后形成经济效益123万元/a，节能效果明显。而且，新装置自动化程度高，实现了DCS远程控制，减轻了工人的劳动强度;设置了“火焰检测低低”连锁停炉并充氮置换等工艺连锁，大大提高了装置的安全性。

参考文献

［1］冯将军，李娟，张玲，等．氯化氢合成炉改造及运行总结［J］．氯碱工业，2011，47(6):36－38，40．

［2］陈彦峰．三合一合盐酸成炉安全生产的探讨［J］．中国氯碱，2010(12):12．

［3］张波，边伟军，张国奇．氯化氢合成工艺技术改造［J］．氯碱工业，2016，52(8):38－39，45．

作者:尹金林 肖道兵 单位:江苏奥喜埃化工有限公司