鹽酸合成爐余熱回收利用

尹金林

摘 要： 鹽酸的合成過程中放出大量反應熱，公司原有鹽酸合成爐裝置是全部用冷卻水將這些熱量移走，不但使熱量白白浪費，還耗費了大量的冷卻水。對原有的鹽酸合成爐進行技術改造，改造為組合式副產蒸汽的三合一鹽酸合成裝置，實行運行自動控制，并回收其中的熱能產生蒸汽，生產蒸汽供生產使用，減少能源浪費。

關鍵詞： 鹽酸合成爐；自動控制；余熱回收；蒸汽

1鹽酸合成爐運行現狀

1.1 原鹽酸生產主要工藝流程

江蘇奧喜埃化工有限公司原鹽酸生產使用工藝設備是普通石墨合成爐，其工藝流程為：在石墨合成爐內，合成得到的氯化氫氣體，經過夾套式的爐體、水冷管冷卻后，進入氯化氫氣體冷卻器，再進入降膜吸收塔被尾氣吸收塔來的稀酸吸收，生成31%成品酸從塔底經酸封分別進入工業鹽酸貯槽和高純鹽酸貯槽。在降膜吸收塔內未被吸收的氯化氫氣體進入尾氣吸收塔頂部，被由吸收水循環泵送來的吸收水繼續吸收。不凝性氣體及少部分未完全吸收的氯化氫氣體再被水噴射泵的水吸收進入吸收水循環槽，吸收水循環槽的水，經吸收水循環泵送至尾氣塔作為吸收水，從而避免了廢水的產生。還有微量未被吸收的尾氣，經過下水分離器，進入2#尾氣堿洗塔吸收后排空；堿液也來自次氯酸鈉裝置的18%NaOH循環槽，該部分吸收后的堿液最終返回次鈉生產系統。

1.2 原鹽酸合成工藝存在的問題

公司原鹽酸生產使用工藝設備是石墨合成爐，氫氣和氯氣在合成爐的高純石英燈中充分混合燃燒，合成HCl過程中要釋放大量熱，鹽酸合成爐的燃燒段溫度在1000℃以上，產生的熱量由密閉系統夾套的循環冷卻水吸收，由于原設計缺乏熱量回收方面的考慮，直接使用200t/h循環水裝置的循環冷卻水，不僅浪費了反應的熱能，而且須消耗大量循環冷卻水資源。

2 鹽酸合成爐改造

2.1鹽酸合成爐改造方案

江蘇奧喜埃化工有限公司主產品為氫氧化鉀，主要生產工藝是氯化鉀電解工藝。在氯化鉀電解生產氫氧化鉀過程中，主要消耗的能源資源：電力、蒸汽、純水、工業水等。

本方案改造規模為1臺三合一鹽酸合成爐及其輔助設施。年生產31%鹽酸3萬噸，年可副產蒸汽6727噸。根據公司低壓蒸汽的要求，合成爐選型為設計生產0.8Mpa飽和蒸汽，供江蘇奧喜埃化工有限公司廠區使用。

三合一鹽酸合成爐主要由混合燃燒器、HCL合成段、副產蒸汽段，爐頂冷卻吸收段和液體分布器等組成。具有結構緊湊、占地面積小、運行穩定、熱能利用率高、操作彈性大，并可實現全自動控制等優點。

2.2 改造后鹽酸合成爐工藝流程

氯氣經過流量計、自動調節閥、自動切斷閥，由合成爐底部中心管道進入合成爐；氫氣經過流量計、自動調節閥、自動切斷閥、爐前阻火器、進爐軟管，由合成爐底部側面管道進入合成爐；兩者按照設定的體積比H2：Cl2=1.05～1.1：1的要求進入爐內燃燒，合成氯化氫氣體。在此過程中氯氣、氫氣的流量有比例調節器自動跟蹤調節，確保氯氣氫氣配比，不會出現氯氣過量。

本項目改造的三合一副產蒸汽石墨合成爐設備。氯氣與氫氣反應生成氯化氫時伴隨釋放出大量反應熱，完全可以用來副產蒸汽。副產中壓蒸汽合成爐在高溫區段，使用鋼制水冷壁爐筒；在合成段頂部和底部鋼材容易受腐蝕的區段，采用石墨材料制作。采用這種方法既克服了石墨爐筒強度低和使用溫度受限制的缺點，又克服了合成段的頂部和底部容易腐蝕的缺點，從而使氯化氫合成的熱能利用率提高到70%，副產蒸汽壓力可在0.2-1.4MPa間任意調節，可并入中、低壓蒸汽網使用，使熱能得到充分利用。

3. 鹽酸合成爐節能改造效果分析

3.1 節能減排效果分析

（1）余熱回收利用效果

鹽酸合成爐生產蒸汽的給水采用氫氧化鉀濃縮蒸發冷凝水。公司主要生產氫氧化鉀液體，為銷售符合產品質量要求的液鉀，必須對30%液鉀進行濃縮蒸發成48%液鉀，在濃縮蒸發過程中產生大量的冷凝水，這部分冷凝水除少部分利用外，大部分作廢水外排。本項目回收部分冷凝水作為鍋爐給水，給水溫度80℃，給水焓335 kJ/kg。

氯氫合成生產鹽酸，氯氫合成過程中放出大量的熱量，化學反應式為：

H2 +Cl2 =2HCl+ △H △H=184kJ

在標準狀況下的1摩爾氯化氫其質量為36.5克，由氯化氫質量分數可推算出生成1kg 氯化氫所產生的熱量：

△Q=1000÷36.5×184÷2=2521 （kJ）

余熱利用生產出0.8MPa的飽和蒸汽，蒸汽焓2774 kJ/kg，設計熱效率70%。

本項目生產濃度為31%鹽酸，因而每生產噸鹽酸需0.31噸氯化氫。1噸鹽酸所產生的熱量為：

Q1=2521×1000×0.31= 781510 （kJ）

全年生產30000噸31%鹽酸，則年產生的熱量：

Q=30000×781510÷106=23441 （Gj）

鍋爐熱效率為70%，

則有效利用熱量：23441Gj×70%=16408 Gj

年生產蒸汽量=有效利用熱÷（蒸汽焓-給水焓）

=16408×106÷（2774-335）÷103

=6727（噸蒸汽）

根據《綜合能耗計算通則》（GB/T2589-2008），低壓蒸汽折標準煤系數為0.1286kgce/kg。年產生蒸汽折標煤：6727×1000×0.1286kgce/kg =865092 kgce

余熱回收利用年產生蒸汽折標煤約865.1噸。

（2）節電效果

項目實施前，鹽酸生產產生的熱量用循環冷卻水進行冷卻，冷卻水用量220t/h，循環泵電機功率45kW。項目實施后，冷卻水用量為100t/h，配電機功率15kW；增加給水泵和強制循環泵，配電機功率分別為11kW和15kW，用電功率減少4kW。

實施前后的產能沒有發生變化，因而后氯化氫處理系統用電量沒有變化。

減少用電負荷4 kW，年運行8000小時，負荷率按85%計算，年節電量=4×8000×85%=27200（ kWh）

折等價標煤=27200÷10000×3.3=8.97 （tce）

（3）節約循環冷卻水

本項目實施后，循環冷卻水用量由220t/h下降至100t/h，減少用循環冷卻水用量120t/h，設計年運行小時8000小時，則年可減少循環冷卻水用量=120t/h×8000 h=960000噸。

（4）本項目余熱回收利用可節標煤量：865.1 tce+8.97 tce

=874 tce

3.2 經濟效益分析

項目實施后年產生蒸汽6727噸，按蒸汽價格180元/噸計算，年可節約蒸汽采購費用：

6727噸×180元/噸=1210860 元

項目實施后年節電量27200 kWh，按蒸汽價格0.75元/ kWh計算，年可節約電費：

27200 kWh×0.75元/ kWh =20400元

項目實施后年可產生經濟效益：

1210860 元+20400元=1231260元

=123.126 萬元。

3.3 效果評價

鹽酸合成爐改造后，實行了氯化氫反應熱的回收，可利用余熱生產6727噸工業用蒸汽，節電27200 kWh，減少冷卻水使用96萬噸。從而達到了節能減排的效果。項目投資245萬元，改造后形成經濟效益123.126萬元，投資回收期2年，項目效果明顯。

參考文獻

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