氯化氢合成炉热利用分析

郑 柯，高 伟

（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100）

氯化氢合成炉热利用分析

郑 柯，高 伟

（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100）

介绍了陕西金泰氯碱化工有限公司运行的2种二合一石墨氯化氢合成炉的结构，对2种石墨合成炉的热利用率进行核算，并就热利用率不同的原因进行了分析。

氯化氢；二合一石墨合成炉；热利用

金泰氯碱化工有限公司氯化氢合成工序先后采用了2种二合一石墨合成炉，根据实际生产，就2种不同的氯化氢合成炉热利用率进行核算和分析，并对目前氯化氢合成炉的经济性设计提供了生产实际数据。

1 石墨合成炉结构介绍

该公司先后采用2种结构的二合一石墨合成炉，炉体均由钢制外壳与内石墨筒体和石墨块组成，在钢制外壳和不透性石墨层之间通有冷却水，副产0.3 MPa的低压蒸汽。

第一种二合一石墨合成炉（甲合成炉）的结构见图1，该合成炉炉体是由钢制外壳和不透性石墨层组成，钢制外壳和不透性石墨层之间，通有冷却水进行冷却，吸收氯化氢合成时放出的热量。炉体夹套为一段，采用纯水进行冷却，纯水吸收氯化氢合成时放出的热量，气化为0.3 MPa的饱和蒸汽。从合成炉出来的氯化氢气体温度约为137℃，再经过石墨冷却器进行降温冷却至45℃的氯化氢气体供PVC装置和高纯盐酸装置。

乙合成炉是甲合成炉的改进设备，结构图见图2。此合成炉炉体也是由钢制外壳和不透性石墨内层组成，不同之处在于该石墨合成炉钢制外壳和石墨层间的夹套的冷却介质分为2种。从下到上分为燃烧段、副产蒸汽段和氯化氢冷却段。燃烧段采用循环水进行冷却，冷却完的循环水回到循环回水系统。副产蒸汽段采用纯水进行冷却并副产低压蒸汽，低压蒸汽进入蒸汽闪发罐进行气液分离。低压蒸汽进入低压蒸汽管网，供用户使用，热水通过循环管道进入副产蒸汽段，继续进行换热产生蒸汽。通过副产蒸汽段的氯化氢气体进入合成炉顶部的氯化氢冷却器，用循环水进行冷却至45℃后，供聚氯乙烯装置和高纯盐酸装置。

图1 甲合成炉结构图

图2 乙合成炉结构图

2 热利用率计算比较

在实际生产中，因2种石墨合成炉的结构不同，副产蒸汽量也有所差异。根据实际运行数据进行统计，计算石墨合成炉的热利用率。

甲合成炉氯化氢反应热：

W1=（62 400×1 000×183）÷（2×22.4）

=2.55×108（kJ）

副产蒸汽吸收热量：

Q1=78.83×1 000×（ΔH1-ΔH0）

=2.06×108（kJ）

甲合成炉热利用率 w1%=Q1÷W1=80.78%

乙合成炉氯化氢反应热：

W2=（56 211×1 000×183）÷（2×22.4）

=2.30×108（kJ）

副产蒸汽吸收热量：

Q2=50.54×1000×（ΔH2-ΔH0）

=1.32×108（kJ）

乙合成炉热利用率 w2%=Q2÷W2=57.39%

通过对2种合成炉热利用率的计算，发现甲合成炉的热利用为80.78%，乙合成炉的热利用率为57.39%。就副产蒸汽经济性而言，甲合成炉的经济性比乙好。

3 热利用率分析

甲石墨合成炉热利用率比乙石墨合成炉热利用率高，主要是因为甲二合一石墨合成炉的副产蒸汽段包括了合成炉燃烧段，燃烧段产生的热量被副产蒸汽段的纯水吸收，增加了低压蒸汽的产量。

乙石墨合成炉燃烧段采用的是循环水进行冷却，这部分反应热量没有利用。此石墨合成炉采用该改进方法，主要是考虑到石墨合成炉燃烧段的火焰温度比较高，若不能及时带走反应热量，石墨合成炉内炉壁温度就会急速升高。当温度高于200℃时，酚醛树脂浸渍石墨内的酚醛就会分解，产生的大量气体会造成石墨内壁脱落，更严重者会引起石墨块爆裂，所以采用循环水及时带走热量[1]。

考虑到石墨合成炉燃烧段装有观察氢气和氯气燃烧火焰的视镜及炉门装置，这些装置与夹套的水层采用橡胶垫进行密封。过高的温度会影响密封橡胶垫的寿命，丧失弹性，起不到密封作用。尤其当合成炉大负荷调节时，合成炉夹套纯水温度变化大，橡胶垫容易漏，导致合成炉装置频繁检修。

据甲石墨合成炉十年来的实际运行情况，合成炉燃烧段因垫泄漏导致合成炉停车检修的情况很少发生。合成炉燃烧段石墨筒体裂和泄漏的情况，在合成炉正常使用年限内没有出现此类情况。所以在副产同等级低压蒸汽的前提下，并结合2种炉型的实际运行情况，甲合成炉能够最大限度地利用氯化氢反应余热，更符合绿色发展理念。

4 氯化氢合成炉的发展

目前氯化氢合成炉新一代产品（结构见图3）。炉体由燃烧段、副产蒸汽段和氯化氢冷却段组成。燃烧段仍采用循环水进行冷却，燃烧段的热量依然由循环水携带出合成炉。只是在副产蒸汽段采用承压能力更高的钢材，从而提高了副产蒸汽的压力，副产蒸汽压力可达到1.6MPa。从而拓展副产蒸汽的应用领域，但采用传热系数更小的钢材会进一步降低合成炉热利用率。

就采用副产低压蒸汽合成炉，还是高压蒸汽合成炉的问题上，要根据实际生产情况。若副产低压蒸汽可完全有效利用，应首选热利用率高的合成炉，实现装置更加经济的运行。未来石墨合成炉应提高合成炉副产蒸汽的品质以及合成炉的热利用率，真正实现合成炉装置的设计与经济性合理结合。

图3 新一代石墨合成炉结构图

［1］杨 建.提高氯化氢石墨合成炉使用寿命的措施.中国氯碱，2007-12（12）：15-17.

Analysis of heat utilization of hydrogen chloride synthesis furnace

ZHENG Ke，GAO Wei

（Shaanxi Jintai Chlor-alkali chemical Co.,Ltd.,Yulin 718100，China）

This paper introduces the structure of two kinds of two in one graphite hydrogen chloride synthesis furnace，calculates the heat utilization rate of two kinds of graphite synthetic furnace，and analyzes the reasons of different heat utilization rate of two kinds of graphite hydrogen chloride synthesis furnace.

hydrogen chloride；two in one graphite synthetic furnace；heat utilization

TQ083+.4

B

1009-1785(2017)10-0041-02

2017-05-25