氯气-盐水热交换节能效果评价

王文峰，陈建刚（山东新龙集团有限公司，山东寿光262709）



氯气-盐水热交换节能效果评价

王文峰，陈建刚
（山东新龙集团有限公司，山东寿光262709）

摘要：通过对生产工艺进行改造，高温氯气的热能被低温盐水利用，节省蒸汽的同时，氯气得以降温除水，实现节能增效的目的。

关键词：热交换；节能技改；效益

1　生产装置概况

山东新龙集团有限公司（以下简称山东新龙）氯碱厂离子膜烧碱设计产能为25万t/a，2009年底开工建设，2010年11月第一期投产，2012年9月第二期投产，在线实际产能达到20万t/a。配套盐水精制装置有浮上澄清桶、颇尔膜过滤器、螯合树脂塔；电解生产装置选用英国INEOS公司的BICHLORTM高电密自然循环复极式电解槽，共8台；氯氢处理装置有洗涤塔、冷却器、透平机、氢压机、水雾-酸雾捕集器等。

2　实施节能技改

2.1技改前生产工艺

过滤后的一次盐水，温度大约在53℃，经过板式换热器进行温度调节后，温控在60℃，进螯合树脂塔进行二次精制，达到入槽标准后输送至电解工序，用于电解生产。

电解生产出的83℃的被水蒸气饱和的高温湿氯气在18.5 kPa压力下经过氯气洗涤塔、冷却器、捕雾器、填料塔、泡罩塔进行逐级降温、干燥处理，经透平机压缩输送至下游工序。

2.2技改后生产工艺

在氯气处理工序安加1台列管式全钛材质换热器（3台旧钛冷整合改造成1台、总换热面积421m2），一次盐水工序输送过来的过滤盐水，不再经过之前板式换热器进行蒸汽加热调温，而是直接进入列管式换热器，与电解产出的高温湿氯气间接进行热量交换。一次盐水部分被加热后温度升高至65℃，通过旁路53℃的盐水调温至60℃后进入螯合树脂塔进行二次精制；高温湿氯气通过换热器降温后再进入洗涤塔、冷却器、捕雾器、填料塔、泡罩塔等进行除湿干燥处理，通过热交换器后出洗涤塔的氯气温度由之前的45℃降至36℃，见图1。

图1　技术改造后生产工艺

2.3技改节能效益计算及效果评价

2.3.1盐水加热节省蒸汽效益计算

按实际年产20万t/a烧碱产能计算。

（1）实际生产数据

盐水-氯气换热器投运后经实际监控测量，在盐水流量为260m3/h的条件下，经过热交换器加热并调整后盐水温度由53℃升高至60℃，温度升为7℃。

20万t/a烧碱产能每小时100%烧碱产量为200 000÷8 000=25（t）。

（2）计算依据

加热用蒸汽0.8 MPa时，蒸汽气化潜热为2 050.8 kJ/kg，305 g/L盐水的比热为3 886 kJ/m3［1］。

（3）计算过程

盐水每升高1℃，需要热量为：

Q=cm△t=260×1×3 886=1 010 360（kJ/h）

可节约蒸汽量为：

1 010360÷2 050.8=492.67（kg/h）

吨碱节约蒸汽量为：492.67÷25=19.71（kg）

全年可节约蒸汽量为：

19.71×200 000÷1 000=3 942（t）

按照每吨蒸汽168元计算可节省资金：

3 942×168=66.23（万元）

按正常生产要求，盐水二次精制温度控制在60℃，则盐水升高7℃全年节省费用为463.61万元。

因夏季生产时热损失相对较少，一次盐水在不加热的情况下温度即能满足二次精制的要求，故全年热交换器实际使用时间为9个月（去除6、7、8月），计算9个月的节省费用为347.7万元。

2.3.2溴化锂冷水机组节约蒸汽效益计算

（按20万t/a烧碱产能计算）

氯气通过交换器温度降低后减轻了后序钛冷却器的负荷，相应减少了溴化锂冷水机组的蒸汽消耗量。

（1）实际生产数据

在其他情况不变的情况下，氯气洗涤塔出口温度在投入运行前为45℃，投入运行后温度为36℃，考虑冬、夏季节因素影响，温度下降值约为9℃。

（2）计算依据

氯气纯度为97%，3%为杂质空气；45℃时氯中含水为0.026 2 kg/kg Cl2；36℃时氯中含水为0.014 7 kg/kg Cl2；45℃时氯气的定压比热Cp1：34.64 kJ/kmol℃，水蒸气热焓：2 582.9 kJ/kg，杂质空气热焓：0.242 kcal/kg℃；

36℃时氯气的定压比热Cp2：34.55kJ/kmol℃，水蒸气热焓2 565kJ/kg，杂质空气热焓0.242kcal/kg℃［2］。

（3）计算过程

a.45℃时湿氯气组成

氯气量：885 kg/tNaOH；杂质空气量：11.18（kg/t NaOH）；水蒸气量：23.187（kg/tNaOH）；

b.36℃时湿氯气组成

氯气量：885 kg/tNaOH；杂质空气量：11.18（kg/t NaOH）；水蒸气量：13（kg/tNaOH）；

c.45℃时氯气热量

氯气热量Q1=19 430.1（kJ）；

水蒸汽热量Q2=59 889.7（kJ）；

杂质空气热量Q3=510.1（kJ）；

d.36℃时氯气热量

氯气热量Q4=15 503.7（kJ）；

水蒸汽热量Q5=3 345（kJ）；

杂质空气热量Q6=408.1（kJ）；

e.年可节省制冷量Q= 6 114 620 000（kJ）；

f.年可节约费用

节约蒸汽用量为：4 259.1 t（溴化锂机组热效率值按70%算），按每吨蒸汽168元计算节省资金：71.55万元。

2.3.3工艺改造投资情况

（1）钛冷改造费用73万元，3台旧钛冷费用为27万元；

（2）使用的材料费用约为139.88万元；

（3）安装费用20.55万元；

以上改造投资费用合计约为260万元。

2.3.4技改节能效益情况

改造投资费用共计约为260万元，根据盐水升高7℃计算，年可节约费用为419.25万元，当年不但能收回投资费用，还能节省近160万元的成本，第二年乃至往后每年可直接节省419.25万元以上的成本费用。

3　结语

山东新龙通过以上生产工艺调整和改进，节能增效成果显著。目前装置生产连续稳定，运行成本比以前大大降低，极合适宜的体现了集团公司“实施精细化管理”和“向管理要效益”的宗旨。

参考文献：

［1］北京石油化工工程公司.氯碱工业理化常数手册.1988，11：37-39，339-341，910-927.

［2］王志魁、莫锡荣，等.化工原理.北京：化学工业出版社，1987第一版：361-387.

Evaluation of energy saving effect due to chlorine-brine heat exchange

WANG Wen-feng，CHEN Jian-gang
（ShanDong ShinLon Group Co，Ltd.，Shouguang 262709，China）

Abstract：Improving manufacturing process，the heat of higher temperature Chlorine is used by lower temperature brine.Not only saving the steam，but also at the same time cooling temperature & removing water，We achieved the purpose of energy saving and efficiency increasing.

Key words：heat exchange，technical transformation of energy saving；efficiency

中图分类号：TK11+5

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）05-0041-02

收稿日期：2015-04-27