用副产蒸汽加热一次盐水工艺技术

褚飞飞 ，陈祥辉，朱文凯

(山东鲁泰化学有限公司，山东 济宁 272300)

山东鲁泰化学有限公司(以下简称“山东鲁泰化学”)36万t/a烧碱装置联产的氢气、氯气，除很少一部分销售外，剩下的用于合成氯化氢。合成后的纯度≥92%(质量分数)的氯化氢用于生产PVC。氯气与氢气反应副产0.4～0.5 MPa的饱和蒸汽，主要用于PVC二期干燥床、一期溴化锂(单台)和用作生活蒸汽等。而PVC一期干燥对蒸汽压力要求较高，该副产蒸汽不能满足工艺要求，造成副产蒸汽消耗量与产量不匹配，存在蒸汽放空，造成浪费。增加一次盐水加热装置，改造后，可节约蒸汽2万t/a，节约资金300万元，而且改动幅度小，占地面积少。目前，此改造项目已获得实用新型专利。

1 技术改造基础

氯碱企业采用电解食盐水的方法制备烧碱，副产氯气和氢气，反应方程式为：

氯气和氢气产出摩尔比为1∶1，产出的氯气和氢气经合成炉合成氯化氢,用于生产PVC。

生成的副产蒸汽除用于PVC二期干燥床、一期溴化锂(单台)和用作生活蒸汽等，剩余的放空，造成资源浪费。经过大量的市场调研，放空的蒸汽可用于一次盐水加热，降低一次精制盐水罐后换热器的蒸汽消耗。

2 蒸汽物料衡算

目前，山东鲁泰化学共生产PVC 700 t/d，其中二期生产550 t/d。以1 t氯化氢副产0.7 t蒸汽、1 t PVC消耗0.65 t氯化氢、生产1 t PVC蒸汽消耗量0.4 t为依据进行计算：

(1)一期PVC副产蒸汽总量：

700×0.65×0.7÷24=13.27(t/h)。

(2)二期PVC干燥消耗蒸汽量：

550×0.4÷24=9.17(t/h)。

(3)一期溴化锂消耗量：1.50 t/h。

(4)副产蒸汽富余量：

13.27-9.17-1.50=2.60(t/h)=

2.6×103kg/h。

蒸汽物料衡算计算公式[1]如下：

Q=c·m·Δt，

(1)

式中：c为比热容，kJ/(kg·℃)；m为单位时间流经换热器盐水的质量流量，kg/h；Δt为流经换热器盐水的温度变化，℃；Q为单位时间流经换热器的蒸汽热量，kJ/h。

以一次盐水流量400 m3/h、副产蒸汽压力0.42 MPa计，经查饱和蒸汽的焓值表，0.42 MPa饱和蒸汽的焓值为2 740 kJ/kg，质量浓度为300 g/L(50 ℃)盐水的比热容c为3.31 kJ/(kg·℃)。

则：

Q=2.60×103×2 740=7.12×106(kJ/h)，

m=400×1 188=4.75×105(kg/h)。

根据式(1)可计算盐水温度变化：

Δt=Q/(c·m)=

7.12×106÷(3.31×4.75×105)=4.53(℃)。

如果一期溴化锂停运，蒸汽富余量为4.10 t/h，同理计算可得：

Δt=7.15 ℃。

经计算可知，无论一期溴化锂是否运行，该富余蒸汽均足够用于一次盐水加热。

3 技术方案及设备选型

总体方案是盐酸副产蒸汽管道输送至一次精制盐水罐前，增加盐水换热器1台，自动调节阀1个及压力变送器1台。改造后的工艺流程如图1所示：从盐水工段输送过来的盐水，先经换热器加热，加热后的盐水进入一次精制盐水罐,若加热后的温度不能满足工艺要求，则打开一次精制盐水罐后的盐水换热器继续进行加热，直到满足工艺要求。

图1 技术改造后工艺流程图

根据换热器的稳态换热方程：

Q=K·S·ΔT，

(2)

式中：ΔT为换热器界面两边的对数平均温差，K；K为钛传热系数，W/(m2·K)；S为换热器的换热面积，m2。

Q=K·S·ΔT=c·m·Δt。

则有换热器选型公式：

c·m·Δt=K·S·ΔT。

(3)

根据式(3)可计算换热器面积：

(4)

质量浓度300 g/L (50 ℃)的盐水：

c=3.31×103(J/kg·℃)；

m=400×1.188×103=4.75×105(kg/h)；

Δt=55-50=5(℃)；

K=15.24[W/(m2·K)]=

5.49×104[J/(m2·K·h)]；

299.94(K)。

则：S=3.31×103×4.75×105×5÷

(5.49×104×299.94)=477.72(m2)。

即得到换热器的换热面积为477.72 m2。

4 技术改造效益分析

该技术改造项目在投入使用后，截至目前，装置运行良好。该项目主要是将盐酸放空的副产蒸汽应用于一次盐水加热，提高了蒸汽的利用率，降低了生产消耗，创造了经济效益。

按回收2.5 t/h副产蒸汽计算,一次精制盐水罐后换热器可减少使用蒸汽2.5 t/h，按1年8 000 h工作时间、蒸汽价格150元/t计，可节约费用：

2.5×8 000×150=300万(元/a)。

5 结语

山东鲁泰化学引进副产蒸汽一次盐水加热装置，利用放空的蒸汽对一次盐水进行加热，实现副产蒸汽的零排放，可节约费用300万元/a；并且，该项改造是在现有装置的基础上小幅度改动，投资少、占地面积小，可为其他氯碱企业借鉴。