氯氣-鹽水熱交換節能效果評價

王文峰，陳建剛（山東新龍集團有限公司，山東壽光262709）

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氯氣-鹽水熱交換節能效果評價

王文峰，陳建剛
（山東新龍集團有限公司，山東壽光262709）

摘要：通過對生產工藝進行改造，高溫氯氣的熱能被低溫鹽水利用，節省蒸汽的同時，氯氣得以降溫除水，實現節能增效的目的。

關鍵詞：熱交換；節能技改；效益

1　生產裝置概況

山東新龍集團有限公司（以下簡稱山東新龍）氯堿廠離子膜燒堿設計產能為25萬t/a，2009年底開工建設，2010年11月第一期投產，2012年9月第二期投產，在線實際產能達到20萬t/a。配套鹽水精制裝置有浮上澄清桶、頗爾膜過濾器、螯合樹脂塔；電解生產裝置選用英國INEOS公司的BICHLORTM高電密自然循環復極式電解槽，共8臺；氯氫處理裝置有洗滌塔、冷卻器、透平機、氫壓機、水霧-酸霧捕集器等。

2　實施節能技改

2.1技改前生產工藝

過濾后的一次鹽水，溫度大約在53℃，經過板式換熱器進行溫度調節后，溫控在60℃，進螯合樹脂塔進行二次精制，達到入槽標準后輸送至電解工序，用于電解生產。

電解生產出的83℃的被水蒸氣飽和的高溫濕氯氣在18.5 kPa壓力下經過氯氣洗滌塔、冷卻器、捕霧器、填料塔、泡罩塔進行逐級降溫、干燥處理，經透平機壓縮輸送至下游工序。

2.2技改后生產工藝

在氯氣處理工序安加1臺列管式全鈦材質換熱器（3臺舊鈦冷整合改造成1臺、總換熱面積421m2），一次鹽水工序輸送過來的過濾鹽水，不再經過之前板式換熱器進行蒸汽加熱調溫，而是直接進入列管式換熱器，與電解產出的高溫濕氯氣間接進行熱量交換。一次鹽水部分被加熱后溫度升高至65℃，通過旁路53℃的鹽水調溫至60℃后進入螯合樹脂塔進行二次精制；高溫濕氯氣通過換熱器降溫后再進入洗滌塔、冷卻器、捕霧器、填料塔、泡罩塔等進行除濕干燥處理，通過熱交換器后出洗滌塔的氯氣溫度由之前的45℃降至36℃，見圖1。

圖1　技術改造后生產工藝

2.3技改節能效益計算及效果評價

2.3.1鹽水加熱節省蒸汽效益計算

按實際年產20萬t/a燒堿產能計算。

（1）實際生產數據

鹽水-氯氣換熱器投運后經實際監控測量，在鹽水流量為260m3/h的條件下，經過熱交換器加熱并調整后鹽水溫度由53℃升高至60℃，溫度升為7℃。

20萬t/a燒堿產能每小時100%燒堿產量為200 000÷8 000=25（t）。

（2）計算依據

加熱用蒸汽0.8 MPa時，蒸汽氣化潛熱為2 050.8 kJ/kg，305 g/L鹽水的比熱為3 886 kJ/m3［1］。

（3）計算過程

鹽水每升高1℃，需要熱量為：

Q=cm△t=260×1×3 886=1 010 360（kJ/h）

可節約蒸汽量為：

1 010360÷2 050.8=492.67（kg/h）

噸堿節約蒸汽量為：492.67÷25=19.71（kg）

全年可節約蒸汽量為：

19.71×200 000÷1 000=3 942（t）

按照每噸蒸汽168元計算可節省資金：

3 942×168=66.23（萬元）

按正常生產要求，鹽水二次精制溫度控制在60℃，則鹽水升高7℃全年節省費用為463.61萬元。

因夏季生產時熱損失相對較少，一次鹽水在不加熱的情況下溫度即能滿足二次精制的要求，故全年熱交換器實際使用時間為9個月（去除6、7、8月），計算9個月的節省費用為347.7萬元。

2.3.2溴化鋰冷水機組節約蒸汽效益計算

（按20萬t/a燒堿產能計算）

氯氣通過交換器溫度降低后減輕了后序鈦冷卻器的負荷，相應減少了溴化鋰冷水機組的蒸汽消耗量。

（1）實際生產數據

在其他情況不變的情況下，氯氣洗滌塔出口溫度在投入運行前為45℃，投入運行后溫度為36℃，考慮冬、夏季節因素影響，溫度下降值約為9℃。

（2）計算依據

氯氣純度為97%，3%為雜質空氣；45℃時氯中含水為0.026 2 kg/kg Cl2；36℃時氯中含水為0.014 7 kg/kg Cl2；45℃時氯氣的定壓比熱Cp1：34.64 kJ/kmol℃，水蒸氣熱焓：2 582.9 kJ/kg，雜質空氣熱焓：0.242 kcal/kg℃；

36℃時氯氣的定壓比熱Cp2：34.55kJ/kmol℃，水蒸氣熱焓2 565kJ/kg，雜質空氣熱焓0.242kcal/kg℃［2］。

（3）計算過程

a.45℃時濕氯氣組成

氯氣量：885 kg/tNaOH；雜質空氣量：11.18（kg/t NaOH）；水蒸氣量：23.187（kg/tNaOH）；

b.36℃時濕氯氣組成

氯氣量：885 kg/tNaOH；雜質空氣量：11.18（kg/t NaOH）；水蒸氣量：13（kg/tNaOH）；

c.45℃時氯氣熱量

氯氣熱量Q1=19 430.1（kJ）；

水蒸汽熱量Q2=59 889.7（kJ）；

雜質空氣熱量Q3=510.1（kJ）；

d.36℃時氯氣熱量

氯氣熱量Q4=15 503.7（kJ）；

水蒸汽熱量Q5=3 345（kJ）；

雜質空氣熱量Q6=408.1（kJ）；

e.年可節省制冷量Q= 6 114 620 000（kJ）；

f.年可節約費用

節約蒸汽用量為：4 259.1 t（溴化鋰機組熱效率值按70%算），按每噸蒸汽168元計算節省資金：71.55萬元。

2.3.3工藝改造投資情況

（1）鈦冷改造費用73萬元，3臺舊鈦冷費用為27萬元；

（2）使用的材料費用約為139.88萬元；

（3）安裝費用20.55萬元；

以上改造投資費用合計約為260萬元。

2.3.4技改節能效益情況

改造投資費用共計約為260萬元，根據鹽水升高7℃計算，年可節約費用為419.25萬元，當年不但能收回投資費用，還能節省近160萬元的成本，第二年乃至往后每年可直接節省419.25萬元以上的成本費用。

3　結語

山東新龍通過以上生產工藝調整和改進，節能增效成果顯著。目前裝置生產連續穩定，運行成本比以前大大降低，極合適宜的體現了集團公司“實施精細化管理”和“向管理要效益”的宗旨。

參考文獻：

［1］北京石油化工工程公司.氯堿工業理化常數手冊.1988，11：37-39，339-341，910-927.

［2］王志魁、莫錫榮，等.化工原理.北京：化學工業出版社，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

中圖分類號：TK11+5

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）05-0041-02

收稿日期：2015-04-27