湿氯气和湿氢气的综合利用

2019-03-28贺鹏飞梁寅祥聂方超

山西化工 2019年1期

贺鹏飞，梁寅祥，聂方超，刘伟

(陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西米脂 718100)

引言

随着能源日渐紧缺和精细化对成本的降低需求，因此利用时湿氯气和湿氢气所携带的热量能为公司节约大量的热能，经济效益可观，同时降低了氯气和氢气的温度，节约了纯水和循环水的用量，减轻了水系统“零排放”污水处理的负荷。收集了湿氢气中夹带的碱雾，来达到降本增效的目的。

1 工艺相关介绍

1.1 现相关工艺流程简述

电解过程中每生产1 t氢氧化钠的同时氢气带出的热量有29万kJ左右的热量，从理论上讲由于电解槽出来的湿氯气和湿氢气都被水蒸气所饱和，主要成分是水蒸气，所以湿氢气和湿氯气的热焓值没有太多的差异，经计算湿氯气的焓值略大于湿氢气的焓值。可以认为湿氯气和湿氢气的换热是相当的。

约48 ℃的一次盐水送往电解工序的二次盐水精制系统，用低压蒸汽通过列管式换热器加热到60 ℃±5 ℃。由于螯合树脂的特性在该温度下的树脂交换能力和使用寿命最理想。满负荷生产的时候一次盐水的流量140 m3/h，随后进入电解槽进行电解反应，电解出来的湿氯气和湿氢气温度大约是85 ℃，产生出来的湿氯气和湿氢气直接去下一个工序，经过洗涤和冷却后干燥，然后通过压缩机进行压缩至一定的压力，满足后系统的使用。湿氢气直接用循环水冷却和洗涤至45 ℃以下，氯气再用冷冻水冷却至12 ℃～15 ℃，氢气用冷冻水冷却至小于20 ℃以下。

该工艺未将氯气和氢气的余热利用，同时加大了氯气和氢气后续系统的负荷，特别是在夏季浪费了冷冻水和循环水，尤其是冬季一次盐水的加热浪费了低压蒸汽，增加了生产的成本。

1.2 改进后的相关工艺

电解生产出来的湿氯气和湿氢气温度大约是85 ℃，先用湿氯气通过钛材列管式换热器对约48 ℃的一次盐水进行换热，冷凝下来的氯水回到淡盐水脱氯系统，然后再用湿氢气通过镍材列管式换热器对一次盐水加热，冷凝下来的碱回到阴极液排放槽，达到收集回收的目的，最后用蒸汽换热器对其加热来保证开车时候的一次盐水温度，三个换热器采用串联的方式连接，每一个换热器都设计旁路，可以在正常生产的时候能单独隔离检修，使得一次盐水的温度达到60 ℃±5 ℃。由于螯合树脂的特性在该温度下的树脂交换能力和使用寿命最理想。该工艺利用了氯气和氢气的余热，同时降低了氯气和氢气后续系统的负荷，节约了循环水和冷冻水的用量，节降低了生产的成本[1-2]，如图1所示。

图1 工艺技术改造后的流程解图

2 一次盐水上升的温度和换热器面积的计算

2.1 生产规模介绍

设计产能：10万t折百碱；生产时间：8 000 h/a；按照电解物料平衡得出换热器的成分为(产1吨折百碱)；氯气：885 kg，水蒸气287 kg；氢气：25 kg，水蒸气287 kg；氯气温度变化：80 ℃→60 ℃；一次盐水温度：48 ℃；每生产1 t折百碱需要一次盐水11 m3；盐水的密度为1 100 kg/m3。

2.2 物料情况

进换热器前：一次盐水—湿氯气—水蒸汽；

出换热器后：一次盐水—湿氯气—水蒸气—氯水；

进换热器前：一次盐水—湿氢气—水蒸汽；

出换热器后：一次盐水—湿氢气—水蒸气—碱液；

进换热器前：一次盐水—水蒸汽；

出换热器后：一次盐水—冷凝液；

2.3 根据热平衡，查相关物料比热焓值可计算换热后的一次盐水温度

即：氯气Q1+水蒸汽Q2=Q进

氯气Q1+水蒸汽Q2+氯水Q3=Q出

按照10%的换热损失计算Q出-Q进=10%(Q进-Q出)

得出一次盐水温度通过氯气换热以后可以加热到56 ℃。

同样的公式得出一盐水温度通过氢气换热以后可以加热到62 ℃。

2.4换热面积确定

根据对数平均温差计算公式和查(理化常数手册)得出：

F=Q放/(KΔtm)

3 实际生产中需要增加的附属设备和注意事项

在实际的生产和安装过程中一次盐水和换热器之间增加膨胀节，为了补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在换热器和管道上的一种挠性结构。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化。也可用于降噪减振、供热上，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。为了保证安全，在氢气换热器疏水管道上安装鹅卵石式阻火器。便于及时移走氯水和回收碱液，换热器安装要高于现有氯水储槽和阴极液储槽。由于湿氯气腐蚀性强，因此换热器材质选用耐湿氯气的钛材，由于湿氢气呈碱性，因此换热器材质选用耐碱性的镍材。