新型HCl合成爐項目的研究及應用

單文桃 江蘇理工學院 仇建國 季新忠 南通華耐特石墨設備有限公司

新型HCl合成爐項目的研究及應用

單文桃 江蘇理工學院 仇建國 季新忠 南通華耐特石墨設備有限公司

介紹了新型HCl合成爐項目，并進行了技術方案的研究及效益分析。

HCl合成爐 PVC生產工藝 副產蒸汽合成爐

1 項目背景和意義

電石法PVC生產工藝流程中，均有HCI合成工序，HCI采用氯氣與氫氣燃燒的方式生成，并副產大量的熱量，在現有的絕大部分PVC生產企業，這部分熱量均被循環冷卻水帶走，增加了大量的電能損耗，而且白白浪費了可觀的熱能。也有少部分企業將這部分熱量收集利用，如作為熱水供熱及供應澡堂[1]；熱水用于燒堿裝置化鹽：熱水用于溴化鋰機組制冷：生產壓力0．3MPa以下的飽和蒸汽等[2]。這些方法雖將熱能進行了利用，受爐子結構型式的限制，存在熱能供應不穩定、不安全或熱能利用率低問題。

國外德國SGL公司開發出副產蒸汽的鹽酸合成爐，在產出高純鹽酸的同時將HCI合成工序產出的熱量副產中壓蒸汽。我國浙江善高化學有限公司、江蘇新浦化學有限公司各引進一臺，價格高昂，產酸能力100噸／天（HCl產能30噸／天）的合成爐約500多萬元人民幣。

本研究合作企業南通市華耐特石墨設備有限公司電石法PVC裝置產能有23萬噸／年，需HCl量為15萬噸／年，產出熱量約為9×1010kcal。此前，這部分熱量均以循環水冷卻的方式移走。配套設計了2500m3/h處理量的循環水裝置，每年消耗動力電約300萬度。

在不可再生能源日益短缺，水、電，蒸汽價格不斷上漲的形勢下，利用生產過程的余熱，將其轉化為蒸汽用于生產，符合國家提出的節能減排要求[3]，通過上新型式的HCl合成爐將高溫熱量回收，既滿足HCl的生產供應，同時將熱量轉化為蒸汽，可取得可觀的經濟效益，同時吸收德國SGL公司鹽酸爐思路，開發出國產大型副產蒸汽HCl爐，可為國家節約大量外匯，為企業節省巨額的設備投資費用，項目的實施非常有必要。

2 項目技術方案及措施

2.1 技術原理

利用HCl氣體在100℃-200℃范圍內對鋼件的腐蝕最小的特性，將HCI合成爐設計成三段，第一段低溫部分設計成石墨換熱器，中間段設計成剛換熱器，第三段低溫部分設計成石墨換熱器，蒸汽發生系統在中間段完成。

2.2 技術方案

爐子設計方面，參與德國SGI鹽酸爐，按照設計原理，將爐子設計成三段式，確定每一段的相關直徑、長度、換熱面積等參數。工藝系統設計方面，將生產能力小（40噸/天），設備投用率極低的6#HCl合成爐拆除，騰出的位置布置產能為120噸/天的副產蒸汽HCl合成爐，利用原有的廠房設施適當加以加固改造，布置蒸汽包等設備。6#爐騰出的儀表檢測點等DCS控制系統給副產蒸汽爐使用，副產蒸汽爐采用自動點火方案，DCS系統不足部分增加配置。

工藝流程：來自離子膜車間的氯氣與氫氣在合成爐燈頭上燃燒生成HCl，合成爐下部低溫段用循環水冷卻。中間高溫段為鍋爐段，用軟水冷卻，吸收燃燒生成的大量熱量，軟水吸熱汽化產生蒸汽，經汽包緩沖后分配送至蒸汽用戶。合成爐上部低溫段用循環水將HCl冷卻至50℃左右，用于制鹽酸或送至PVC車間生產。

2.3 主要存在問題和措施

爐子產出蒸汽為飽和蒸汽，而公司蒸汽管網蒸汽為過熱蒸汽，壓力及溫度不匹配。措施：（1）調高蒸汽爐汽包壓力，通過調節閥減壓，將蒸汽過熱。（2）設置蒸汽預混合器，將HCl爐產出的蒸汽與管網蒸汽在混合器內預混合，混合后的蒸汽并入管網，減少溫差。

3 項目實施前的目標和實施后的水平

3.1 項目實施前的目標：

1)HCl爐可安全穩定運行。

2)可產出最高壓力為1．4MPa的中壓蒸汽。

3)產出蒸汽安全并入公司蒸汽管網。

3.2 實際達到的目標：

1)HCl合成爐自15年4月一次點火成功后，至今運行正常。

2)蒸汽壓力可在0．5-1．4MPa壓力范圍內設定調節。

4 技術創新點

1)采用新型HCI合成爐，在產出合格HCI氣體產品的同時將反應熱副產中低壓蒸汽。現運行投用的6#蒸汽爐是國內第一臺可副產中壓蒸汽的HCI合成爐。

2)采用自動點火系統，點爐作業采用自動點火系統，摒棄不安全的人工點火方式，點爐效率及成功率高，安全性能優越；控制系統采用DCS控制，設置相關安全參數；是目前國內自動化程度最高的HCI爐。

3)采用預混合器的方式，將飽和蒸汽安全并入過熱蒸汽管網投入生產使用。

5 技術經濟指標

5.1 主要技術經濟指標：

1）HCl產能：120噸/天(最高負荷)2）蒸汽產能：0．65噸/噸HCl

5.2 效益計算

1)蒸汽產出效益

開滿負荷每天產出120噸HCI，蒸汽120×0．65=78噸/天，蒸汽單價按150元/噸，副產蒸汽產出效益為78×333×150=38（9萬元）。

2)節約電耗

每天產出120噸HCl所放出的熱量為3025543kcal/h，這部分熱量65%左右以副產蒸汽的形式帶走，若以循環冷卻水的方式移熱，則需消耗343t/h的冷卻水量（循環冷卻水溫升按6攝氏度計），按一般循環水裝置配置需約60kW動力電，電價按0．5元／度計，可節約動力電消耗：60×24×333×0．5=24（萬元）。

3)節約水耗

節約循環水蒸發水量78×333=2．6（萬噸），水價按 0．75元／噸計．可節約水耗：2．6×0．75～2（萬元）。以上三項合計效益為415萬元／年。自15年1月至17年10月，

4)投資

蒸汽爐全套設備約330萬元；儀表（包括自動點火控制系統）、工藝配管、土建等約120萬元；合計約450萬元。投資與年效益額接近，即一年左右可回收投資。實際使用中，因PVC行業不景氣，蒸汽爐負荷不高，平均負荷50%不到，最高負荷開至80%左右，

6 結論

通過技術改造，采用國內首創新型HCl合成爐，在既滿足產品生產的條件下，又將反應產生的熱量回收副產出高價值的蒸汽，將電化廠HC1合成技術提高到一個嶄新的水平，為企業創造了可觀的經濟效益，也為國家節能減排做出了相當的貢獻。

7 下一步改進建議

合成爐的鍋爐段與石墨段連接處需要考慮改進墊片的材質，防止此處因受熱不均勻出現漏點，導致設備鍋爐段點腐蝕。

[1]馬守君，閆瑩瑩，臧瑞，張磊.副產蒸汽鹽酸合成爐運行總結[J].氯堿工業，2014，50（2）：39-40.

[2]楊志猛．3H-3/4500型氯氣壓縮機組運行總結［J］．氯堿工業，2012，48(9):19-22．

[3]徐艷紅，代罡.四合一副產蒸汽鹽酸合成爐運行總結[J].氯堿工業，2010，46（7）：36-37.

TQ114．15

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作者信息單文桃(1987.3—)男，漢族，江蘇鹽城人，講師，博士，江蘇理工學院機械工程學院機械電子工程系，研究方向：高速電主軸技術、石墨設備研制。