氯化氢合成热负荷余量回收利用

姚志国

（中盐吉兰泰盐化集团有限公司 内蒙古 阿拉善盟750336）

中盐吉兰泰盐化集团有限公司生产规模为36万t/a烧碱项目配套40万t/a聚氯乙烯项目。离子膜法烧碱氯化氢合成过程中产生的热负荷余量（循环热水温度大约在105～115℃，当地大气压为89 kPa。）以蒸汽的形式外排，热量损失严重。通过一系列改造、降低了蒸汽及高纯水消耗，降低了合成炉故障率，节约了维修成本，改善了环境，消除了安全隐患。目前改造项目运行稳定，收到了一定的成效。

1 热负荷余量回收利用工艺流程简述[1]

以经过干燥处理后的氯气和氢气为原料，在合成炉内进行燃烧反应生成氯化氢气体，氯化氢气体经冷却后送聚氯乙烯工序，氯化氢合成装置在生产运行过程中产生热量被循环热水罐热水和循环冷却水带走。循环热水热量一部分为溴化锂提供热源，另一部分循环热水外溢。通过改造，热负荷余量分别为一次盐水给化盐水升温提供热源、高纯水升温提供热源、少量外排的蒸汽通过高效间接换热器（利用纯水降温冷却）转化为蒸汽冷凝水回到循环热水罐循环利用，从而把热负荷余量彻底利用。改造前后工艺流程示意图分别见图1和图2。

2 氯化氢合成热量衡算与分析[2]

（1）每小时产氢气量

电解饱和盐水反应方程式：

设计生产折百碱1 080 t/24 h=45（t/h），氢氧化钠的摩尔质量为40 g/mol，通过计算每小时生产约5.7×105mol氢气。

（2）合成炉燃烧氢气和氢气放热

合成炉燃烧氢气与氯气反应方程式：

由于氢气与氯气燃烧配比约为1.10，得出参与反应的氢气为5.7×105/1.1≈5.18×105（mol）。得出合成炉燃烧氢气与氯气放出的热量为：

图1 改造前工艺流程示意图

图2 改造后工艺流程示意图

3 氯化氢合成装置热负荷余量

副产热水合成炉（每台合成炉日产120 t氯化氢气体，每台合成炉循环热水共计9台）中氯气与氢气反应产生热量约为9.54×107kJ/h。

合成炉使用循环冷却水等降温带走的热量约为3.97×107kJ/h。

循环热水热量用于3台溴化锂（每台溴化锂制冷量为200万kcal）的热负荷约为3.15×107kJ/h。溴化锂制冷水用于氢气与氯气降温水，用于氯气干燥硫酸降温冷却。

合成过程中热负荷余量约为9.54×107-3.97×107-3.15×107=2.41×107（kJ/h）。

4 技术方案

（1）热负荷余量用于一次盐水化盐水升温

来自合成循环热水罐热水通过泵（单独1台泵供一次盐水换热器）输送到一次盐水换热器为化盐水升温提供热源，原有蒸汽盐水换热器与新增换热器处于串并联状态，方便了检修维护。一次盐水化盐水升温过程，所需热量约为1.95×107kJ/h。目前化盐温度控制在50～60℃，符合工艺指标要求。

合成循环热水罐电导率超标时，循环热水通过一根管道送往配水桶来置换合成循环热水罐，减少补充一次水，减少因补充一次水引起的蒸汽消耗，综合考虑降低了一次水消耗、蒸汽消耗。

（2）用于制取高纯水原水升温

来自合成循环热水罐热水通过板式换热器为原水（地下水）提供热源，升温后的原水制取高纯水，高纯水原水升温需要的热量约为0.46×107kJ/h，降低了制取高纯水蒸汽消耗。

（3）合成热水罐部分外排蒸汽回收

由于公司地处西北地区，昼夜温差大，受天气的影响，合成循环热水罐偶尔有微量外溢蒸汽，少量外溢的蒸汽通过高效换热器利用纯水间接换热后生成蒸汽冷凝水，回到合成循环热水罐循环利用。纯水升温后回到纯水池，供电解使用，减少电解碱耗蒸汽。

5 解决的问题

（1）降低了副产热水合成炉故障率

在改造前副产热水合成炉循环热水压力约为230 kPa，温度为110℃。合成炉故障停车率比较高，主要表现为石墨块损坏，改造后循环热水压力约为160 kPa，温度约为95℃，循环热水系统无蒸汽产生，合成炉石墨块故障率降幅比较大，改造后石墨块损坏率比之前下降30%左右。且改造后合成炉产能得到释放，满足年产40万t PVC的需求。

（2）改善了环境、消除了安全隐患

自改造完毕后，合成循环热水罐无蒸汽外溢现象，也没有结冰现象。

6 改造的效益

（1）降低了一次盐水使用蒸汽量约12 t/h，考虑冬季合成装置富余热量供暖使用，按6个月计算每年节约蒸汽费用约559万元。

（2）减少纯水使用量约3m3/h，节约成本27.33元/h。每年节约21.64万元。

（3）减少纯水原水升温使用蒸汽量约0.77 t/h，节约成本36万元。

（4）降低了电解碱耗蒸汽约0.2 t/t。

7 总结

副产热水二合一石墨合成炉，在物料合成时放出大量的热量，这些热量一部分被循环热水带走（100℃左右），另一部分通过冷却塔带走。被热水带走的热量其中一部分可以供给热水型溴化锂机组，另一部分可以供给氯碱制取高纯水，再有一部分供给氯碱生产化盐水升温降低蒸汽消耗，剩余部分通过换热设备供给纯水升温降低蒸汽消耗。