蒸吸系統余熱回收與利用

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(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山　063305)

1　流程及現狀

我公司采用低真空蒸餾、高真空蒸餾兩種蒸餾工藝。傳統的低真空蒸餾技術用于母液蒸氨，利用石灰乳將母液中固定銨轉化為游離氨，通過蒸汽加熱將游離氨進行分離，蒸餾塔頂出氣經過螺旋板換熱器閉路水冷卻后氨氣進入低真空吸收塔。淡氨鹽水在低真空吸收塔內與蒸餾來氣逆流接觸吸氨后進入氨鹽水澄清桶，經泵加壓送至氨鹽水鈦板換熱器通過閉路水冷卻后送至儲桶。螺旋板換熱器、氨鹽水鈦板換熱器經閉路水換熱后，回水返回淡水涼水塔降溫后循環使用。

高真空蒸餾技術用于處理含氨冷凝液，冷凝液不再串入母液系統。含氨冷凝液進入高真空蒸餾塔內通過蒸汽加熱將游離氨進行分離，提高系統真空度降低溶液沸點，使溶液內的氨在較低溫度下揮發、分離，有效降低蒸餾蒸汽消耗，塔底回收廢淡液用于重堿洗滌，顯著減少脫鹽水用量。塔頂出氣經氨冷器開路水冷卻后進入高真空吸收塔。淡氨鹽水在高真空吸收塔內吸氨，經塔內水箱冷卻后淡氨鹽水送至低真空吸收塔內繼續吸氨，制備合格的氨鹽水供碳化工序使用。一、二期高真空系統開路水、三期高真空系統閉路水換熱升溫后分別進入淡水涼水塔降溫后循環使用。圖1為氨鹽水冷卻示意圖。

圖1　氨鹽水冷卻示意圖

2　工藝流程改造

2.1　改造可行性分析

母液蒸餾過程中蒸餾塔塔頂出氣溫度84～88 ℃，冷卻后60～65 ℃，母液總氨含75.65 kg/m3,母液量1 650 m3/h、氨氣比熱容2.112 kJ/(kg·K)，按照蒸餾過程氨全部分離、氨氣由86 ℃冷卻至62.5 ℃計算，低溫余熱約22 527 kJ/t堿。含氨冷凝液高真空蒸餾過程塔頂出氣溫度55.7 ℃，冷卻后出氣溫度53 ℃，冷凝液含氨102 kg/m3、冷凝液量170 m3/h，按照蒸餾過程氨全部分離計算，低溫余熱約359 kJ/t堿。

高真空吸收過程中，淡氨鹽水游離氨濃度由15 tt上升至40 tt，淡氨鹽水量1 700 m3/h，NH3+H2O=NH3·H2O+35 237 kJ/kmol，吸氨過程放出反應熱約272 285 kJ/t堿；熱氨鹽水溫度由63 ℃冷卻至45 ℃，熱氨鹽水比熱容、密度均參照水計算，低溫余熱約465 120 kJ/t堿。

蒸餾塔螺旋板換熱器水量約2 200 m3/h，氨鹽水鈦板換熱器水量約2 700 m3/h，高真空蒸餾系統換熱器水量約2 100 m3/h，如果將上述過程全部用于海水冷卻，可提升海水溫度7.14 ℃，海水經涼水塔與冷空氣換熱、蒸發放出熱量后冷卻循環使用，涼水塔蒸發系數按照0.0012計算，增加海水蒸發量60 m3/h，進一步濃縮海水，增大海水用量。(熱量衡算過程未考慮水蒸汽冷凝、淡氨鹽水吸收二氧化碳及換熱過程熱量損失等問題)

氨鹽水鈦板換熱器、高真空吸收塔水箱、高真空吸收塔氨冷器內部材質均為鈦材質，材料鈦對氯具有很強的抗腐蝕性，能夠承受濃海水的腐蝕。我公司實施濃海水綜合利用項目后，低真空吸收塔、碳化塔部分換熱器改為濃海水冷卻，換熱效果良好，技術日益成熟。參照前期成功改造經驗，對蒸吸工序部分冷卻設備應用濃海水取代淡水作為冷卻介質。

2.2　改造必要性

1)氨鹽水鈦板換熱器、三期高真空系統均使用閉路水進行冷卻，閉路水中需加入緩釋阻垢劑，生產成本較高。

2)低溫季節海水循環系統負荷低，循環海水溫度低，海水循環系統蒸發量下降，循環海水濃度低，回收海水鹽量減少。

3)蒸餾、吸收過程換熱升溫后冷卻水經涼水塔降溫后循環使用。循環水在填料間與冷空氣換熱及蒸發帶走熱量，從而達到降低循環水溫度的作用，循環水在降溫過程中存在部分蒸發損失及飄散損失，造成部分淡水資源浪費。淡水資源日益緊張并嚴格限制開采數量，淡水消耗將成為制約純堿生產的瓶頸。

因此實施濃海水替代淡水進行冷卻顯得尤為必要。

2.3　改造方案

自鈣業海水循環泵站增設DN700循環上水、DN700回水總管至重堿界區主馬路北側，分支主管線一(DN600)沿界區中部管廊與氨鹽水鈦板循環海水供回水管道相連，并設置與碳化循環海水連通管。分支主管二(DN600)與高真空一、二、三期系統供回水循環主管道相連，斷開原一二期開路及三期閉路供回水主管。固定氨冷卻器及三期高真空鈦板換熱器改用閉路水。新增循環海水總管及分支主管均采用316L材質。供水總管設置溫度表、壓力表、流量計，回水總管設置溫度表、壓力表，各項參數引入DCS操作系統進行實時監控。

分別自東、西兩側循環海水主管道向鈦板換熱器引海水進回水總管。熱氨鹽水鈦板換熱器增設海水循環冷卻分支管線、閥門。新增碳鋼管道上水、回水DN400主管道，DN250分支管道，其中回水支管采用鋼襯PO管道，主管DN400蝶閥，分支手動DN250蝶閥，閥板全部為316L不銹鋼。7#、9#鈦板安裝上水DN250調節閥；進水總管安裝流量計及溫度計。

圖2　改造后熱氨鹽水冷卻示意圖

2.4　持續優化

對高真空吸收塔水箱、氨冷器進水流程進行優化，將兩段進水改為一段進水，提高換熱面積利用率，保障換熱效果。高真空系統內部循環水管道及閥門依然利用原有碳鋼材質，耐海水腐蝕性能較差，下步將逐步進行材質更換。

3　效益測算

1)回收原鹽效益計算：

濃海水全年蒸發損失總量45.1萬m3，飄散損失總量1.3萬m3。

節省原鹽折百量：45.1×10 000×13.5/20×58.5/1 000=17 808 t/a

折合實物原鹽量：17 808/0.938=18 985 t/a

節省實物原鹽效益：152×18 985/10 000=288.57萬元/年

2)補充濃海水費用：0.21×(45.1+1.3)=9.74萬元/年

3)增加灰乳用量6 551 m3/年：

165/64×6 551×2.5/10 000=4.22萬元

4)設備折舊：1680×(1-5%)/14=114萬元

5)設備維護費用：20萬元/年

6)綜合效益：288.57-9.74-114-20=140.61萬元

4　總　結

項目改造完成后，應用濃海水進行冷卻能夠滿足蒸餾、吸收系統冷量要求，中間產品質量合格，工況平穩。利用蒸餾、吸收系統低溫余熱提高海水溫度，增大海水蒸發量、提高海水濃度，進一步回收海水鹽分，降低純堿生產原鹽消耗。

目前碳化反應過程下段水箱、蒸餾部分螺旋板換熱器、煅燒過程爐氣換熱器、重灰化合水換熱器、壓縮機冷卻器、熱廢淡液鈦板換熱器等仍使用淡水冷卻，下步不斷探索實施海水冷卻，進一步提高濃海水利用率，減少淡水使用量，節約淡水資源。