氯化氫合成熱負荷余量回收利用

姚志國

（中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司 內蒙古 阿拉善盟750336）

中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司生產規模為36萬t/a燒堿項目配套40萬t/a聚氯乙烯項目。離子膜法燒堿氯化氫合成過程中產生的熱負荷余量（循環熱水溫度大約在105～115℃，當地大氣壓為89 kPa。）以蒸汽的形式外排，熱量損失嚴重。通過一系列改造、降低了蒸汽及高純水消耗，降低了合成爐故障率，節約了維修成本，改善了環境，消除了安全隱患。目前改造項目運行穩定，收到了一定的成效。

1 熱負荷余量回收利用工藝流程簡述[1]

以經過干燥處理后的氯氣和氫氣為原料，在合成爐內進行燃燒反應生成氯化氫氣體，氯化氫氣體經冷卻后送聚氯乙烯工序，氯化氫合成裝置在生產運行過程中產生熱量被循環熱水罐熱水和循環冷卻水帶走。循環熱水熱量一部分為溴化鋰提供熱源，另一部分循環熱水外溢。通過改造，熱負荷余量分別為一次鹽水給化鹽水升溫提供熱源、高純水升溫提供熱源、少量外排的蒸汽通過高效間接換熱器（利用純水降溫冷卻）轉化為蒸汽冷凝水回到循環熱水罐循環利用，從而把熱負荷余量徹底利用。改造前后工藝流程示意圖分別見圖1和圖2。

2 氯化氫合成熱量衡算與分析[2]

（1）每小時產氫氣量

電解飽和鹽水反應方程式：

設計生產折百堿1 080 t/24 h=45（t/h），氫氧化鈉的摩爾質量為40 g/mol，通過計算每小時生產約5.7×105mol氫氣。

（2）合成爐燃燒氫氣和氫氣放熱

合成爐燃燒氫氣與氯氣反應方程式：

由于氫氣與氯氣燃燒配比約為1.10，得出參與反應的氫氣為5.7×105/1.1≈5.18×105（mol）。得出合成爐燃燒氫氣與氯氣放出的熱量為：

圖1 改造前工藝流程示意圖

圖2 改造后工藝流程示意圖

3 氯化氫合成裝置熱負荷余量

副產熱水合成爐（每臺合成爐日產120 t氯化氫氣體，每臺合成爐循環熱水共計9臺）中氯氣與氫氣反應產生熱量約為9.54×107kJ/h。

合成爐使用循環冷卻水等降溫帶走的熱量約為3.97×107kJ/h。

循環熱水熱量用于3臺溴化鋰（每臺溴化鋰制冷量為200萬kcal）的熱負荷約為3.15×107kJ/h。溴化鋰制冷水用于氫氣與氯氣降溫水，用于氯氣干燥硫酸降溫冷卻。

合成過程中熱負荷余量約為9.54×107-3.97×107-3.15×107=2.41×107（kJ/h）。

4 技術方案

（1）熱負荷余量用于一次鹽水化鹽水升溫

來自合成循環熱水罐熱水通過泵（單獨1臺泵供一次鹽水換熱器）輸送到一次鹽水換熱器為化鹽水升溫提供熱源，原有蒸汽鹽水換熱器與新增換熱器處于串并聯狀態，方便了檢修維護。一次鹽水化鹽水升溫過程，所需熱量約為1.95×107kJ/h。目前化鹽溫度控制在50～60℃，符合工藝指標要求。

合成循環熱水罐電導率超標時，循環熱水通過一根管道送往配水桶來置換合成循環熱水罐，減少補充一次水，減少因補充一次水引起的蒸汽消耗，綜合考慮降低了一次水消耗、蒸汽消耗。

（2）用于制取高純水原水升溫

來自合成循環熱水罐熱水通過板式換熱器為原水（地下水）提供熱源，升溫后的原水制取高純水，高純水原水升溫需要的熱量約為0.46×107kJ/h，降低了制取高純水蒸汽消耗。

（3）合成熱水罐部分外排蒸汽回收

由于公司地處西北地區，晝夜溫差大，受天氣的影響，合成循環熱水罐偶爾有微量外溢蒸汽，少量外溢的蒸汽通過高效換熱器利用純水間接換熱后生成蒸汽冷凝水，回到合成循環熱水罐循環利用。純水升溫后回到純水池，供電解使用，減少電解堿耗蒸汽。

5 解決的問題

（1）降低了副產熱水合成爐故障率

在改造前副產熱水合成爐循環熱水壓力約為230 kPa，溫度為110℃。合成爐故障停車率比較高，主要表現為石墨塊損壞，改造后循環熱水壓力約為160 kPa，溫度約為95℃，循環熱水系統無蒸汽產生，合成爐石墨塊故障率降幅比較大，改造后石墨塊損壞率比之前下降30%左右。且改造后合成爐產能得到釋放，滿足年產40萬t PVC的需求。

（2）改善了環境、消除了安全隱患

自改造完畢后，合成循環熱水罐無蒸汽外溢現象，也沒有結冰現象。

6 改造的效益

（1）降低了一次鹽水使用蒸汽量約12 t/h，考慮冬季合成裝置富余熱量供暖使用，按6個月計算每年節約蒸汽費用約559萬元。

（2）減少純水使用量約3m3/h，節約成本27.33元/h。每年節約21.64萬元。

（3）減少純水原水升溫使用蒸汽量約0.77 t/h，節約成本36萬元。

（4）降低了電解堿耗蒸汽約0.2 t/t。

7 總結

副產熱水二合一石墨合成爐，在物料合成時放出大量的熱量，這些熱量一部分被循環熱水帶走（100℃左右），另一部分通過冷卻塔帶走。被熱水帶走的熱量其中一部分可以供給熱水型溴化鋰機組，另一部分可以供給氯堿制取高純水，再有一部分供給氯堿生產化鹽水升溫降低蒸汽消耗，剩余部分通過換熱設備供給純水升溫降低蒸汽消耗。