溴化锂制冷装置与盐酸装置的综合利用

2022-09-12

一、前言

利用氯气与氢气为原料合成氯化氢, 用高纯水吸收制成31%盐酸, 是氯碱厂最经典的工艺。在2005年以前, 中泰化学氯化氢合成装置的热量多数情况不能合理的利用, 自中泰化学采用溴化锂制冷技术, 能合理的利用氯化氢反应热, 将化学能转化成物理能, 制成7℃水循环利用。随着氯碱行业竞争越趋激励, 成本不断上升和节能减排工作的深入, 合理的循环利用好这部分热能越来越重要。

二、盐酸工艺简介

在石墨合成炉内, H2与Cl2一起进入, H2在Cl2中燃烧, 生成HCl。Cl2由下进入内管, 内管上端开有多个斜形孔;外管通入H2。Cl2、H2配比一般为1:1.1~1.15火焰呈青白色, 火焰温度达2400℃左右, 氯化氢气体由合成炉夹套水散热, 逐渐冷却至400℃左右, 至炉顶冷却器冷却至55.0℃以下, 一部分进行检测分析, 在氯化氢纯度94.0%~96.0%, 且不含游离氯时直接进入氯化氢冷凝器, 经氯化氢冷却器冷却至10.0℃左右以下送往氯乙烯合成工序。另一部分进入石墨吸收器, 被来自尾气吸收塔的稀酸吸收, 生产出合格的成品盐酸或高纯酸, 制成的成品盐酸和高纯酸分别流入计量罐, 以供生产所需或交至成品罐区。

三、溴化锂制冷技术简介

1. 技术机理

溴化锂是一种吸水性极强的盐类物质, 溴化锂水溶液具有在常温下 (特别是在温度较低时) 强烈地吸收水蒸汽而在高温下则又能将其所吸收的水分释放出来的特性。溴化锂吸收式制冷机是利用溴化锂作吸收剂, 用水作制冷剂, 利用不同温度下溴化锂水溶液对水蒸汽的吸收与释放来实现制冷的, 这种循环是利用外来热源实现制冷的。

2. 工艺流程

来自用户的~12℃回水进入冷水罐, 经过冷水泵加压后进入溴化锂机组进行机组内的降温生产出合格的~7℃水送往用户, ~7℃水吸收用户热量后回冷水罐进行继续循环。

其中在机组运行中的热水由热水罐进入热水泵进行加压后进入热水换热器与来自盐酸的高温热水进行换热或进一步进入蒸汽换热器进行蒸汽加热后, 送往溴化锂机组, 经过溴化锂机组进行吸收热量后回热水循环罐继续进行循环。

四、热量恒算

1. CI2与H2合成HCI热量计算

(1) 采用数据

(1) 以单台150t/d盐酸炉计算, 盐酸浓度31%, 年运行时间8000小时

则HCI流量G=6250kg/h

(2) HCI生成热△H=-184.096 k J/mol (标准状态下)

(3) HCI比热CP=0.833 k J/kg.℃

(4) 水的比热Cp=4.187 k J/kg.℃

(2) 盐酸炉水夹套导热量

(1) 氯化氢合成的热量

化学反应方程式:+→2

则氯化氢合成的热量为:6250×1

(2) 水冷夹套带出热量

假如反应热全部由氯化氢气体吸收, 则氯化氢气体温度升高:

原料气入炉温度t1=20℃。如果反应热全部为氯化氢吸收时, 氯化氢气体最终温度

合成炉出合成段的平均温度以400℃计算, 假如不计合成炉下部无水套表面的散热, 则水冷夹套带出热量

二、氯碱溴化锂热电衡

1. 所需循环热水量

设循环热水进合成炉为83℃, 出炉为95℃, 则需循环热水量6

2. 溴化锂机组所需热量

设进出溴化锂机组的平均温差为10℃ (进溴化锂机组温度为95℃, 出溴化锂机组温度为85℃) , 其余为热水循环散失热量。

溴化锂机组所需热量

以热效率95%计, 能产冷量

米东二期采用了八台150t/d盐酸炉, 所产热量能驱动约1318.64万大卡的溴化锂冷冻机组, 故氯碱冷冻采用了5台LFC-81型热水型溴化锂机组 (制冷量为300万大卡) 。

五、溴化锂制冷与氨制冷对标分析

1. 优点

(1) 热水型溴化锂吸收式制冷机是以热能为补偿的制冷机.可利用生产工艺过程中的废 (余) 热制取冷水, 节省了为获取低温水 (7℃水) 而需要消耗的热源。

(2) 以水做制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂, 无臭无毒, 不存在像氨或氟里昂等对环境的影响, 属于绿色环保冷媒。

(3) 机组完全在真空状态下运行, 整个机组除了功率很小的屏蔽泵外, 几乎没有运动部件, 机组运行安全可靠, 使用寿命长。

(4) 机组操作方便, 自动化程度高, 易于管理。

(5) 盐酸合成炉和溴化锂机组的热水循环水系采用软水, 溴化锂冷冻水同样采用软水, 换热效率恒定, 适合长期使用。

2. 性能分析

假若用0℃氨制冷机代替溴化锂机组, 提供7℃水, 用制冷量为1189KW的氨冷机 (电机为350KW) , 则米东二期氯碱冷冻需要13台冰机, 功率系数以0.85, 则每天350×13×24×0.85=92820 (kw·h) 。而溴化锂机组与氨冷冻机组相比, 在动力方面只增加了热水泵, 在本公司氯碱冻工艺中, 5台溴化锂机组用配置两台热水泵 (250KW) , 自身所用的电机只有5KW, 则每天耗电为255×2×24×0.85=10404 (kw·h) 。

电费按0..37元/ (kw·h) 计算, 则全年溴化锂机组比氨机组省电费330× (92820-10404) ×0.37≈1006.3 (万元)

此部分只做了动力电上的对标分析, 对于实际投资方面, 氨制冷系统的投资要大一些, 所需的蒸发器占地面积要高, 蒸发效果也不是很好。

3. 效果

自2005年以来, 米东中泰工业园区使用溴化锂制冷技术与盐酸废热联合利用以来, 使用效果比较好, 生产运转比较正常, 生产区使用的7℃水全部都采用溴化锂机组进行制冷, 已不用氨制冷机组和氟里昂制冷机组, 只有深冷工艺 (-25℃以下水) , 才使用氨制冷机组和氟里昂制冷机组。溴化锂制冷技术对盐酸合成炉产生的热量进行回收, 在热量回收的同时, 产出满足生产所需的7℃冷冻水, 简化了工艺流程, 降低了生产成本, 改善了生产环境, 提高了劳动生产率。

结论

通过对本公司盐酸工艺与溴化锂机组的能力核算, 使我们认识到氯碱生产工艺中, 还有许多废物、废气、废水的可综合回收利用, 只要细心观察, 仔细发现会找到生产工艺中还有一些能源可以利用的。如电石生产中的废气煤气, 还有电石自然冷却中的热量回收问题、电石中的矽铁的回收、氯乙烯生产中的废触媒的回收利用, 都需要工程技术人员去综合利用解决。在这个资源匮乏的地球上, 我们更应该合理利用“三废”物品, 将它们变废为宝, 合理综合利用各种能源, 创造企业利润最大化。

摘要：对溴化锂制冷技术及盐酸合成炉的热量衡算, 合理的利用氯化氢的反应热, 将盐酸合成炉冷却所需循环水, 利用溴化锂机组制取低温冷冻水, 满足了化工生产需求, 以确保节能减排工作, 增加企业利润。

关键词：溴化锂制冷技术,盐酸合成炉,能量恒算,热能综合利用