氯化氫合成爐熱利用分析

鄭 柯，高 偉

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100）

氯化氫合成爐熱利用分析

鄭 柯，高 偉

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100）

介紹了陜西金泰氯堿化工有限公司運行的2種二合一石墨氯化氫合成爐的結(jié)構(gòu)，對2種石墨合成爐的熱利用率進(jìn)行核算，并就熱利用率不同的原因進(jìn)行了分析。

氯化氫；二合一石墨合成爐；熱利用

金泰氯堿化工有限公司氯化氫合成工序先后采用了2種二合一石墨合成爐，根據(jù)實際生產(chǎn)，就2種不同的氯化氫合成爐熱利用率進(jìn)行核算和分析，并對目前氯化氫合成爐的經(jīng)濟性設(shè)計提供了生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)。

1 石墨合成爐結(jié)構(gòu)介紹

該公司先后采用2種結(jié)構(gòu)的二合一石墨合成爐，爐體均由鋼制外殼與內(nèi)石墨筒體和石墨塊組成，在鋼制外殼和不透性石墨層之間通有冷卻水，副產(chǎn)0.3 MPa的低壓蒸汽。

第一種二合一石墨合成爐（甲合成爐）的結(jié)構(gòu)見圖1，該合成爐爐體是由鋼制外殼和不透性石墨層組成，鋼制外殼和不透性石墨層之間，通有冷卻水進(jìn)行冷卻，吸收氯化氫合成時放出的熱量。爐體夾套為一段，采用純水進(jìn)行冷卻，純水吸收氯化氫合成時放出的熱量，氣化為0.3 MPa的飽和蒸汽。從合成爐出來的氯化氫氣體溫度約為137℃，再經(jīng)過石墨冷卻器進(jìn)行降溫冷卻至45℃的氯化氫氣體供PVC裝置和高純鹽酸裝置。

乙合成爐是甲合成爐的改進(jìn)設(shè)備，結(jié)構(gòu)圖見圖2。此合成爐爐體也是由鋼制外殼和不透性石墨內(nèi)層組成，不同之處在于該石墨合成爐鋼制外殼和石墨層間的夾套的冷卻介質(zhì)分為2種。從下到上分為燃燒段、副產(chǎn)蒸汽段和氯化氫冷卻段。燃燒段采用循環(huán)水進(jìn)行冷卻，冷卻完的循環(huán)水回到循環(huán)回水系統(tǒng)。副產(chǎn)蒸汽段采用純水進(jìn)行冷卻并副產(chǎn)低壓蒸汽，低壓蒸汽進(jìn)入蒸汽閃發(fā)罐進(jìn)行氣液分離。低壓蒸汽進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)，供用戶使用，熱水通過循環(huán)管道進(jìn)入副產(chǎn)蒸汽段，繼續(xù)進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽。通過副產(chǎn)蒸汽段的氯化氫氣體進(jìn)入合成爐頂部的氯化氫冷卻器，用循環(huán)水進(jìn)行冷卻至45℃后，供聚氯乙烯裝置和高純鹽酸裝置。

圖1 甲合成爐結(jié)構(gòu)圖

圖2 乙合成爐結(jié)構(gòu)圖

2 熱利用率計算比較

在實際生產(chǎn)中，因2種石墨合成爐的結(jié)構(gòu)不同，副產(chǎn)蒸汽量也有所差異。根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，計算石墨合成爐的熱利用率。

甲合成爐氯化氫反應(yīng)熱：

W1=（62 400×1 000×183）÷（2×22.4）

=2.55×108（kJ）

副產(chǎn)蒸汽吸收熱量：

Q1=78.83×1 000×（ΔH1-ΔH0）

=2.06×108（kJ）

甲合成爐熱利用率 w1%=Q1÷W1=80.78%

乙合成爐氯化氫反應(yīng)熱：

W2=（56 211×1 000×183）÷（2×22.4）

=2.30×108（kJ）

副產(chǎn)蒸汽吸收熱量：

Q2=50.54×1000×（ΔH2-ΔH0）

=1.32×108（kJ）

乙合成爐熱利用率 w2%=Q2÷W2=57.39%

通過對2種合成爐熱利用率的計算，發(fā)現(xiàn)甲合成爐的熱利用為80.78%，乙合成爐的熱利用率為57.39%。就副產(chǎn)蒸汽經(jīng)濟性而言，甲合成爐的經(jīng)濟性比乙好。

3 熱利用率分析

甲石墨合成爐熱利用率比乙石墨合成爐熱利用率高，主要是因為甲二合一石墨合成爐的副產(chǎn)蒸汽段包括了合成爐燃燒段，燃燒段產(chǎn)生的熱量被副產(chǎn)蒸汽段的純水吸收，增加了低壓蒸汽的產(chǎn)量。

乙石墨合成爐燃燒段采用的是循環(huán)水進(jìn)行冷卻，這部分反應(yīng)熱量沒有利用。此石墨合成爐采用該改進(jìn)方法，主要是考慮到石墨合成爐燃燒段的火焰溫度比較高，若不能及時帶走反應(yīng)熱量，石墨合成爐內(nèi)爐壁溫度就會急速升高。當(dāng)溫度高于200℃時，酚醛樹脂浸漬石墨內(nèi)的酚醛就會分解，產(chǎn)生的大量氣體會造成石墨內(nèi)壁脫落，更嚴(yán)重者會引起石墨塊爆裂，所以采用循環(huán)水及時帶走熱量[1]。

考慮到石墨合成爐燃燒段裝有觀察氫氣和氯氣燃燒火焰的視鏡及爐門裝置，這些裝置與夾套的水層采用橡膠墊進(jìn)行密封。過高的溫度會影響密封橡膠墊的壽命，喪失彈性，起不到密封作用。尤其當(dāng)合成爐大負(fù)荷調(diào)節(jié)時，合成爐夾套純水溫度變化大，橡膠墊容易漏，導(dǎo)致合成爐裝置頻繁檢修。

據(jù)甲石墨合成爐十年來的實際運行情況，合成爐燃燒段因墊泄漏導(dǎo)致合成爐停車檢修的情況很少發(fā)生。合成爐燃燒段石墨筒體裂和泄漏的情況，在合成爐正常使用年限內(nèi)沒有出現(xiàn)此類情況。所以在副產(chǎn)同等級低壓蒸汽的前提下，并結(jié)合2種爐型的實際運行情況，甲合成爐能夠最大限度地利用氯化氫反應(yīng)余熱，更符合綠色發(fā)展理念。

4 氯化氫合成爐的發(fā)展

目前氯化氫合成爐新一代產(chǎn)品（結(jié)構(gòu)見圖3）。爐體由燃燒段、副產(chǎn)蒸汽段和氯化氫冷卻段組成。燃燒段仍采用循環(huán)水進(jìn)行冷卻，燃燒段的熱量依然由循環(huán)水?dāng)y帶出合成爐。只是在副產(chǎn)蒸汽段采用承壓能力更高的鋼材，從而提高了副產(chǎn)蒸汽的壓力，副產(chǎn)蒸汽壓力可達(dá)到1.6MPa。從而拓展副產(chǎn)蒸汽的應(yīng)用領(lǐng)域，但采用傳熱系數(shù)更小的鋼材會進(jìn)一步降低合成爐熱利用率。

就采用副產(chǎn)低壓蒸汽合成爐，還是高壓蒸汽合成爐的問題上，要根據(jù)實際生產(chǎn)情況。若副產(chǎn)低壓蒸汽可完全有效利用，應(yīng)首選熱利用率高的合成爐，實現(xiàn)裝置更加經(jīng)濟的運行。未來石墨合成爐應(yīng)提高合成爐副產(chǎn)蒸汽的品質(zhì)以及合成爐的熱利用率，真正實現(xiàn)合成爐裝置的設(shè)計與經(jīng)濟性合理結(jié)合。

圖3 新一代石墨合成爐結(jié)構(gòu)圖

［1］楊 建.提高氯化氫石墨合成爐使用壽命的措施.中國氯堿，2007-12（12）：15-17.

Analysis of heat utilization of hydrogen chloride synthesis furnace

ZHENG Ke，GAO Wei

（Shaanxi Jintai Chlor-alkali chemical Co.,Ltd.,Yulin 718100，China）

This paper introduces the structure of two kinds of two in one graphite hydrogen chloride synthesis furnace，calculates the heat utilization rate of two kinds of graphite synthetic furnace，and analyzes the reasons of different heat utilization rate of two kinds of graphite hydrogen chloride synthesis furnace.

hydrogen chloride；two in one graphite synthetic furnace；heat utilization

TQ083+.4

B

1009-1785(2017)10-0041-02

2017-05-25