賀鵬飛， 梁寅祥， 聶方超， 劉 偉

(陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 米脂 718100)

引 言

隨著能源日漸緊缺和精細(xì)化對(duì)成本的降低需求，因此利用時(shí)濕氯氣和濕氫氣所攜帶的熱量能為公司節(jié)約大量的熱能，經(jīng)濟(jì)效益可觀，同時(shí)降低了氯氣和氫氣的溫度，節(jié)約了純水和循環(huán)水的用量，減輕了水系統(tǒng)“零排放”污水處理的負(fù)荷。收集了濕氫氣中夾帶的堿霧，來(lái)達(dá)到降本增效的目的。

1 工藝相關(guān)介紹

1.1 現(xiàn)相關(guān)工藝流程簡(jiǎn)述

電解過程中每生產(chǎn)1 t氫氧化鈉的同時(shí)氫氣帶出的熱量有29萬(wàn)kJ左右的熱量，從理論上講由于電解槽出來(lái)的濕氯氣和濕氫氣都被水蒸氣所飽和，主要成分是水蒸氣，所以濕氫氣和濕氯氣的熱焓值沒有太多的差異，經(jīng)計(jì)算濕氯氣的焓值略大于濕氫氣的焓值。可以認(rèn)為濕氯氣和濕氫氣的換熱是相當(dāng)?shù)摹?/p>

約48 ℃的一次鹽水送往電解工序的二次鹽水精制系統(tǒng)，用低壓蒸汽通過列管式換熱器加熱到60 ℃±5 ℃。由于螯合樹脂的特性在該溫度下的樹脂交換能力和使用壽命最理想。滿負(fù)荷生產(chǎn)的時(shí)候一次鹽水的流量140 m3/h，隨后進(jìn)入電解槽進(jìn)行電解反應(yīng)，電解出來(lái)的濕氯氣和濕氫氣溫度大約是85 ℃，產(chǎn)生出來(lái)的濕氯氣和濕氫氣直接去下一個(gè)工序，經(jīng)過洗滌和冷卻后干燥，然后通過壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮至一定的壓力，滿足后系統(tǒng)的使用。濕氫氣直接用循環(huán)水冷卻和洗滌至45 ℃以下，氯氣再用冷凍水冷卻至12 ℃～15 ℃，氫氣用冷凍水冷卻至小于20 ℃以下。

該工藝未將氯氣和氫氣的余熱利用，同時(shí)加大了氯氣和氫氣后續(xù)系統(tǒng)的負(fù)荷，特別是在夏季浪費(fèi)了冷凍水和循環(huán)水，尤其是冬季一次鹽水的加熱浪費(fèi)了低壓蒸汽，增加了生產(chǎn)的成本。

1.2 改進(jìn)后的相關(guān)工藝

電解生產(chǎn)出來(lái)的濕氯氣和濕氫氣溫度大約是85 ℃，先用濕氯氣通過鈦材列管式換熱器對(duì)約48 ℃的一次鹽水進(jìn)行換熱，冷凝下來(lái)的氯水回到淡鹽水脫氯系統(tǒng)，然后再用濕氫氣通過鎳材列管式換熱器對(duì)一次鹽水加熱，冷凝下來(lái)的堿回到陰極液排放槽，達(dá)到收集回收的目的，最后用蒸汽換熱器對(duì)其加熱來(lái)保證開車時(shí)候的一次鹽水溫度，三個(gè)換熱器采用串聯(lián)的方式連接，每一個(gè)換熱器都設(shè)計(jì)旁路，可以在正常生產(chǎn)的時(shí)候能單獨(dú)隔離檢修，使得一次鹽水的溫度達(dá)到60 ℃±5 ℃。由于螯合樹脂的特性在該溫度下的樹脂交換能力和使用壽命最理想。該工藝?yán)昧寺葰夂蜌錃獾挠酂幔瑫r(shí)降低了氯氣和氫氣后續(xù)系統(tǒng)的負(fù)荷，節(jié)約了循環(huán)水和冷凍水的用量，節(jié)降低了生產(chǎn)的成本[1-2]，如圖1所示。

圖1 工藝技術(shù)改造后的流程解圖

2 一次鹽水上升的溫度和換熱器面積的計(jì)算

2.1 生產(chǎn)規(guī)模介紹

設(shè)計(jì)產(chǎn)能：10萬(wàn)t折百堿；生產(chǎn)時(shí)間：8 000 h/a；按照電解物料平衡得出換熱器的成分為(產(chǎn)1噸折百堿)；氯氣：885 kg，水蒸氣287 kg；氫氣：25 kg，水蒸氣287 kg；氯氣溫度變化：80 ℃→60 ℃；一次鹽水溫度：48 ℃；每生產(chǎn)1 t折百堿需要一次鹽水11 m3；鹽水的密度為1 100 kg/m3。

2.2 物料情況

進(jìn)換熱器前：一次鹽水—濕氯氣—水蒸汽；

出換熱器后：一次鹽水—濕氯氣—水蒸氣—氯水；

進(jìn)換熱器前：一次鹽水—濕氫氣—水蒸汽；

出換熱器后：一次鹽水—濕氫氣—水蒸氣—堿液；

進(jìn)換熱器前：一次鹽水—水蒸汽；

出換熱器后：一次鹽水—冷凝液；

2.3 根據(jù)熱平衡，查相關(guān)物料比熱焓值可計(jì)算換熱后的一次鹽水溫度

即：氯氣Q1+水蒸汽Q2=Q進(jìn)

氯氣Q1+水蒸汽Q2+氯水Q3=Q出

按照10%的換熱損失計(jì)算Q出-Q進(jìn)=10%(Q進(jìn)-Q出)

得出一次鹽水溫度通過氯氣換熱以后可以加熱到56 ℃。

同樣的公式得出一鹽水溫度通過氫氣換熱以后可以加熱到62 ℃。

2.4換熱面積確定

根據(jù)對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算公式和查(理化常數(shù)手冊(cè))得出：

F=Q放/(KΔtm)

3 實(shí)際生產(chǎn)中需要增加的附屬設(shè)備和注意事項(xiàng)

在實(shí)際的生產(chǎn)和安裝過程中一次鹽水和換熱器之間增加膨脹節(jié)，為了補(bǔ)償因溫度差與機(jī)械振動(dòng)引起的附加應(yīng)力，而設(shè)置在換熱器和管道上的一種撓性結(jié)構(gòu)。利用其工作主體波紋管的有效伸縮變形，以吸收管線、導(dǎo)管、容器等由熱脹冷縮等原因而產(chǎn)生的尺寸變化。也可用于降噪減振、供熱上，為了防止供熱管道升溫時(shí)，由于熱伸長(zhǎng)或溫度應(yīng)力而引起管道變形或破壞，需要在管道上設(shè)置補(bǔ)償器，以補(bǔ)償管道的熱伸長(zhǎng)，從而減小管壁的應(yīng)力和作用在閥件或支架結(jié)構(gòu)上的作用力。為了保證安全，在氫氣換熱器疏水管道上安裝鵝卵石式阻火器。便于及時(shí)移走氯水和回收堿液，換熱器安裝要高于現(xiàn)有氯水儲(chǔ)槽和陰極液儲(chǔ)槽。由于濕氯氣腐蝕性強(qiáng)，因此換熱器材質(zhì)選用耐濕氯氣的鈦材，由于濕氫氣呈堿性，因此換熱器材質(zhì)選用耐堿性的鎳材。

4 經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算

改造以后，電解每生產(chǎn)1 t堿的同時(shí)能加熱一次鹽水從48 ℃～60 ℃，可以節(jié)約165 kg蒸汽，按照蒸汽的價(jià)格每噸65元，年產(chǎn)10萬(wàn)噸燒堿裝置來(lái)計(jì)算，全年可以節(jié)約104萬(wàn)元。同降低了循環(huán)水和冷凍水的用量，減輕了氯氣和氫氣的洗滌塔的負(fù)荷，延長(zhǎng)了洗滌塔的使用年限?；厥樟藵駳錃庵袏A帶的堿液。