溴化鋰制冷裝置與鹽酸裝置的綜合利用

卓文彩(新疆中泰化學股份有限公司 新疆 烏魯木齊 830009)

一、前言

利用氯氣與氫氣為原料合成氯化氫，用高純水吸收制成31%鹽酸，是氯堿廠最經典的工藝。在2005年以前，中泰化學氯化氫合成裝置的熱量多數情況不能合理的利用，自中泰化學采用溴化鋰制冷技術，能合理的利用氯化氫反應熱，將化學能轉化成物理能，制成7℃水循環利用。隨著氯堿行業競爭越趨激勵，成本不斷上升和節能減排工作的深入，合理的循環利用好這部分熱能越來越重要。

二、鹽酸工藝簡介

在石墨合成爐內，H2與Cl2一起進入，H2在Cl2中燃燒，生成HCl。Cl2由下進入內管，內管上端開有多個斜形孔；外管通入H2。Cl2、H2配比一般為1：1.1~1.15火焰呈青白色，火焰溫度達2400℃左右，氯化氫氣體由合成爐夾套水散熱，逐漸冷卻至400℃左右，至爐頂冷卻器冷卻至55.0℃以下，一部分進行檢測分析，在氯化氫純度94.0%～96.0%，且不含游離氯時直接進入氯化氫冷凝器，經氯化氫冷卻器冷卻至10.0℃左右以下送往氯乙烯合成工序。另一部分進入石墨吸收器，被來自尾氣吸收塔的稀酸吸收，生產出合格的成品鹽酸或高純酸，制成的成品鹽酸和高純酸分別流入計量罐，以供生產所需或交至成品罐區。

三、溴化鋰制冷技術簡介

1.技術機理

溴化鋰是一種吸水性極強的鹽類物質，溴化鋰水溶液具有在常溫下(特別是在溫度較低時)強烈地吸收水蒸汽而在高溫下則又能將其所吸收的水分釋放出來的特性。溴化鋰吸收式制冷機是利用溴化鋰作吸收劑，用水作制冷劑，利用不同溫度下溴化鋰水溶液對水蒸汽的吸收與釋放來實現制冷的，這種循環是利用外來熱源實現制冷的。

2.工藝流程

來自用戶的～12℃回水進入冷水罐，經過冷水泵加壓后進入溴化鋰機組進行機組內的降溫生產出合格的～7℃水送往用戶，～7℃水吸收用戶熱量后回冷水罐進行繼續循環。

其中在機組運行中的熱水由熱水罐進入熱水泵進行加壓后進入熱水換熱器與來自鹽酸的高溫熱水進行換熱或進一步進入蒸汽換熱器進行蒸汽加熱后，送往溴化鋰機組，經過溴化鋰機組進行吸收熱量后回熱水循環罐繼續進行循環。

四、熱量恒算

1.CI2與H2合成HCI熱量計算

(1)采用數據

①以單臺150t/d鹽酸爐計算，鹽酸濃度31%，年運行時間8000小時

則HCI流量G=6250kg/h

②HCI生成熱△H=－184.096k J/mo l(標準狀態下)

③HCI比熱CP=0.833kJ/kg.℃

④水的比熱Cp=4.187kJ/kg.℃

(2)鹽酸爐水夾套導熱量

(1)氯化氫合成的熱量

化學反應方程式：

則氯化氫合成的熱量為：

(2)水冷夾套帶出熱量

假如反應熱全部由氯化氫氣體吸收，則氯化氫氣體溫度升高：

原料氣入爐溫度t1=20℃。如果反應熱全部為氯化氫吸收時，氯化氫氣體最終溫度

合成爐出合成段的平均溫度以400℃計算，假如不計合成爐下部無水套表面的散熱，則水冷夾套帶出熱量

二、氯堿溴化鋰熱電衡

1.所需循環熱水量

設循環熱水進合成爐為83℃，出爐為95℃，則需循環熱水量

2.溴化鋰機組所需熱量

設進出溴化鋰機組的平均溫差為10℃(進溴化鋰機組溫度為95℃，出溴化鋰機組溫度為85℃)，其余為熱水循環散失熱量。溴化鋰機組所需熱量

以熱效率95%計，能產冷量

米東二期采用了八臺150t/d鹽酸爐，所產熱量能驅動約1318.64萬大卡的溴化鋰冷凍機組，故氯堿冷凍采用了5臺LFC-81型熱水型溴化鋰機組(制冷量為300萬大卡)。

五、溴化鋰制冷與氨制冷對標分析

1.優點

(1)熱水型溴化鋰吸收式制冷機是以熱能為補償的制冷機.可利用生產工藝過程中的廢(余)熱制取冷水，節省了為獲取低溫水(7℃水)而需要消耗的熱源。

(2)以水做制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，無臭無毒，不存在像氨或氟里昂等對環境的影響，屬于綠色環保冷媒。

(3)機組完全在真空狀態下運行，整個機組除了功率很小的屏蔽泵外，幾乎沒有運動部件，機組運行安全可靠，使用壽命長。

(4)機組操作方便，自動化程度高，易于管理。

(5)鹽酸合成爐和溴化鋰機組的熱水循環水系采用軟水，溴化鋰冷凍水同樣采用軟水，換熱效率恒定，適合長期使用。

2.性能分析

假若用0℃氨制冷機代替溴化鋰機組，提供7℃水，用制冷量為1189KW的氨冷機(電機為350KW)，則米東二期氯堿冷凍需要13臺冰機，功率系數以0.85，則每天350×13×24×0.85=92820(kw·h)。而溴化鋰機組與氨冷凍機組相比，在動力方面只增加了熱水泵，在本公司氯堿凍工藝中，5臺溴化鋰機組用配置兩臺熱水泵(250KW)，自身所用的電機只有5KW，則每天耗電為255×2×24×0.85＝1040(4kw·h)。

電費按0..37元/(kw·h)計算，則全年溴化鋰機組比氨機組省電費330×(92820-10404)×0.37≈1006.3(萬元)

此部分只做了動力電上的對標分析，對于實際投資方面，氨制冷系統的投資要大一些，所需的蒸發器占地面積要高，蒸發效果也不是很好。

3.效果

自2005年以來，米東中泰工業園區使用溴化鋰制冷技術與鹽酸廢熱聯合利用以來，使用效果比較好，生產運轉比較正常，生產區使用的7℃水全部都采用溴化鋰機組進行制冷，已不用氨制冷機組和氟里昂制冷機組，只有深冷工藝(-25℃以下水)，才使用氨制冷機組和氟里昂制冷機組。溴化鋰制冷技術對鹽酸合成爐產生的熱量進行回收，在熱量回收的同時，產出滿足生產所需的7℃冷凍水，簡化了工藝流程，降低了生產成本，改善了生產環境，提高了勞動生產率。

結論

通過對本公司鹽酸工藝與溴化鋰機組的能力核算，使我們認識到氯堿生產工藝中，還有許多廢物、廢氣、廢水的可綜合回收利用，只要細心觀察，仔細發現會找到生產工藝中還有一些能源可以利用的。如電石生產中的廢氣煤氣，還有電石自然冷卻中的熱量回收問題、電石中的矽鐵的回收、氯乙烯生產中的廢觸媒的回收利用，都需要工程技術人員去綜合利用解決。在這個資源匱乏的地球上，我們更應該合理利用“三廢”物品，將它們變廢為寶，合理綜合利用各種能源，創造企業利潤最大化。

[1]天津大學物理化學教研室.物理化學[M].北京.高等教育出版社2001.1.

[2]陳敏恒叢德滋方圖南齊鳴齋編.化工原理[M].北京.化學工業出版社2002.4.

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[4]張向峰，張廣軍，馬曉錦.溴化鋰機組在氯堿生產中的應用[J].中國氯堿，2011(1)：34-35.