CN102515103B

CN102515103B - 一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的工艺及其设备

Info

Publication number: CN102515103B
Application number: CN2011104495090A
Authority: CN
Inventors: 张培林; 尹毕辉; 潘荣明
Original assignee: SICHUAN PROVINCE JINLU RESIN CO Ltd
Current assignee: SICHUAN PROVINCE JINLU RESIN CO Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102515103A

Abstract

本发明公开了一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的工艺及其设备，通过工艺以及设备的改造高温水形成了一个自动的闭路循环热交换单元，同时解决了4个方面的问题：1.设备腐蚀问题；2.设备热胀冷缩而引起损坏的问题；3.设备制作过程中的焊接变形问题；4.设备密封问题。本发明是一种蒸汽压力更高、蒸汽使用范围更广泛的氯、氢气合成余热回收的技术。

Description

一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的工艺及其设备

技术领域

本发明涉及氯碱行业生产工艺设备，特别涉及一种氯气与氢气合成氯化氢过程中附产中压蒸汽的工艺及其设备。

背景技术

目前我国氯碱行业的生产主要有离子膜法和隔膜法两种，但无论采用哪种电解工艺，均会产生大量的氯气和氢气（2NaCL+2H₂O=2NaHO+CL₂+H₂）,据中国氯碱网统计数据显示，截止2010年底，国内烧碱产能共计达3021.1万t/a，聚氯乙烯产能达2042.7万t/a，另外还有大量的氯气和氢气用来生产盐酸，而氯气与氢气合成氯化氢的过程中会产生大量的热量，H₂+CL₂→2HCL+44kcal。

目前国内氯碱行业大多数企业还未对该热量进行回收利用，而是采用循环水间接冷却，将氢氯气合成过程中产生的热量带走，吸收大量热的循环水进入循环水热水池，再经热水泵输送至凉水塔冷却,经凉水塔冷却后的循环水再进入冷水池,又经冷水泵输送至氯化氢合成炉继续使用,从而形成了一个闭路的水循环。整个过程中将氢氯气合成所产生的热量全部交换到了大气中，并且消耗了大量的动力电（热水泵、冷水泵、风机）。

目前国内氯碱行业也有少数企业采用了新技术：氯化氢石墨合成炉附产低压蒸汽的生产工艺进行热量回收。但由于石墨的特性所限，该类型的设备承压有限，导致该工艺所产生的蒸汽压力仅为0.2～0.5MPa，输送至用户还有压力损失，近而导致该压力等级的蒸汽使用场所受到制约，因为氯碱企业很多用热装置对蒸汽压力的需求是0.6～0.8MPa，比如碱液蒸发、聚氯乙烯聚合、干燥等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种工艺及其设备，用于氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽，是一种蒸汽压力更高、蒸汽使用范围更广泛的氯、氢气合成余热回收的技术。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的工艺，采用点炉前对高温水自循环热交换单元进行预热：点炉前将合成炉、闪蒸罐、自循环管线内水加足，然后开启来自界区的蒸汽，通过调节阀TCV130进入汽水混合器E130，与纯水混合后再进入钢制中压蒸汽合成炉R140下集水箱，直至温度达到温度控制器TIC130设定值，即可进行点炉操作开始正常生产。

氯气与氢气在钢制中压蒸汽合成炉内混合燃烧，生成氯化氢气体，并产生大量热量，H₂+CL₂→2HCL+44kcal，由于氯化氢的最高露点是108.65℃，因此在点炉前，必须保证炉内的纯水温度高于氯化氢的露点温度，这样使氯化氢气体对碳钢的腐蚀速度得以保持在可容忍的范围内，本发明中采用了点炉前对高温水自循环热交换单元进行预热的工艺：点炉前将合成炉、闪蒸罐、自循环管线内水加足，然后开启来自界区的蒸汽，通过调节阀TCV130进入汽水混合器E130，与纯水混合后再进入钢制中压蒸汽合成炉R140下集水箱，直至温度达到温度控制器TIC130设定值（118℃），则可进行点炉操作开始正常生产。

钢制中压蒸汽合成炉R140点炉后，氢气与氯气混合燃烧，产生大量热量，高热的氯化氢气体与钢制中压蒸汽合成炉R140的内盘管内的纯水进行热交换，吸收大量热量的纯水温度升高、体积膨胀、密度变小开始沿着高温水自循环管网的上升管上升，直至到达闪蒸罐D103内，高温水在闪蒸罐D103内进行闪蒸，部分高温水闪蒸为中压蒸汽并带走大量热量，高温水经过闪蒸后，余下的水温度降低、体积缩小、密度变大开始沿着高温水自循环管网的下降管下降，一直又回到合成炉，从而在高热的氯化氢气体热动力推动下，高温水形成了一个自动的闭路循环热交换单元。当部分高温水闪蒸后，闪蒸罐D103的液位会降，当低于液位设定值时，液位控制器LIC103输出控制信号给进水调节阀LCV103，阀门开度增加，给水量增大，使闪蒸罐D103的液位稳定运行在设定值位置，反之，当闪蒸罐D103的液位超过设定值时，则液位控制器LIC103输出控制信号给进水调节阀LCV103，阀门开度减小，给水量减小，使闪蒸罐D103的液位稳定运行在设定值位置。

一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的设备，包括供水单元、高温水自循环热交换单元和氯化氢合成冷却单元，其中供水单元包括纯水贮槽D101和给水泵P-120，高温水自循环热交换单元包括汽水混合器E130、合成炉R140、闪蒸罐D103以及排污冷却器E104，氯化氢合成冷却单元包括合成炉R140、石冷器E150，所述闪蒸罐D103具有安全阀、压力变送器PICA103和压力调节阀PCV103；

所述合成炉R140具有温度变送器；

所述石冷器E150具有温度变送器、流量变送器；

在炉体6内表面及内盘管4外表面喷涂有防腐涂料AK07-4；

内盘管4在制作过程中加工成部分弧形，下弧板3、上弧板7在加工过程中加工成弧形，内盘管4、下弧板3和上弧板7三个部件组合在一起形成三级缓冲弧，在温度巨烈变化下仍能防止设备损坏；

炉体6钢板与换热部件内盘管4分开。

解决设备腐蚀问题：

由于氯化氢合成整个过程中（点炉—运行—停炉）均或多或少的有冷凝酸形成，从而对钢制合成炉形成致命的腐蚀，这也是国内氯碱行业中阻碍钢制合成炉发展的技术瓶颈问题，本发明中采用了北京奥宇可鑫表面工程技术有限公司的的AK07-4作为设备的内防腐材料，耐高温耐腐蚀，耐温达1100℃，通过实验证明，该涂料与氯化氢、盐酸无化学反应，在炉体6内表面及内盘管4外表面喷涂该防腐涂料，防腐涂料固化后阻挡了炉体6内表面及内盘管4外表面与氯化氢、盐酸的直接接触，从而解快了钢制中压蒸汽合成炉的腐蚀问题，大大延长设备的使用寿命。

解决设备热胀冷缩损坏设备问题：

本发明在设计中采用了以下技术措施：设备件内盘管4在制作过程中加工成部分弧形，下弧板3、上弧板7在加工过程中加工成弧形，这三个部件组合在一起就形成了一个三级缓冲弧，因此在设备温度巨烈变化下仍能防止设备受到损坏。

优选地：内盘管4在制作过程中加工成R=2000mm的部分弧形，下弧板3、上弧板7在加工过程中加工成R=200mm的弧形。

解决设备制作过程中的焊接变形问题：

目前，锅炉换热多采用水冷壁结构，换热钢管与换热钢管之间采用与钢板焊接的方式进行连接，这种方式在锅炉中可行，但是，在氯化合成过程就不是很合适，因为钢管与钢管之间大量的采用了焊接工艺，一是焊接工作量非常大，二是焊接过程中变形量非常大，三是焊接应力及焊接热影响区较多，换热钢管抗腐蚀能力大大降低。本发明在设计中采用炉体6钢板与换热部件内盘管4不接触，主要优点：一是增加一倍的换热面积，使氯化氢合成过程的热量回收率大于60%；二是减少了大量的焊接部位，消除了换热管90%以上的焊接变形、焊接应力和焊接热影响区，管材抗腐蚀能力得到有效保护，因此完全无需进行停车保温，从而大大节约了蒸汽的使用量。

解决设备密封问题：

所述合成炉R140的材质为钢材，整个设备一体成型。

目前石墨蒸汽合成炉由于联结部位基本采用法兰联结，特别是石墨与钢部件之间的联结，运行过程中或开停车过程中，由于热胀冷缩或密封面腐蚀等原因，往往造成设备大量泄漏高温水或氯化氢，造成环境污染和生产成本增加；本发明在设计中完全采用了钢材制作，实现了设备的无缝连接，设备内部无一处动静密封点，从而解决了设备密封问题。

所述纯水贮槽D101具有液位控制器LIC101；

所述给水泵P-120入水管上具有电机变频器；

所述给水泵P-120出口管上具有压力控制器PIC120及电机变频器，给水泵P-120的输水量由压力控制器PIC120输出的控制信号来控制变频器，所述变频器控制给水泵电机的转速。

所述出口管上的压力控制器PIC120与高温水自循环热交换单元的进水调节阀LCV103联锁。

自水处理工序来的锅炉用水或自碱液蒸发工序来的蒸汽冷凝水通过调节阀LCV101进入纯水贮槽D101备用，备用水量通过纯水贮槽D101的液位控制器LIC101输出控制信号来控制LCV101的工作状态，控制器LIC101的输出信号由操作人员根据操作规程设定。

纯水贮槽D101内的纯水经给水泵(P-120)直接输送至高温水自循环管网的下降管中，给水泵P-120的电机控制采用变频控制，达到了节能的目的；给水泵P-120的输水量由压力控制器PIC120输出的控制信号来控制变频器，再通过变频器控制给水泵电机的转速，从而实现输水量的控制，达到自动稳压的目的。

当给水泵P-120或电器***发生故障造成P-120出口管压力下降到安全压力点1.2MPa时，给水泵P-120出口管上压力控制器PIC120与高温水自循环热交换单元的进水调节阀LCV103联锁，防止了因给水泵P-120或电器***发生故障而造成合成炉内高温水反压，也使进水调节阀LCV103及时关闭，防止因供水压力过低，造成合成炉内的1.0MPa高温水反压，使合成炉缺水干锅损坏设备，同时也防止了1.0MPa高温水反压出来后伤人。

高温水自循环热交换单元中由于高温水不断的被蒸发成蒸汽，又不断的通过供水单元补充水，水中未除尽的盐、碱等有害成分就会富集，对设备及工艺管线造成损坏，为了防止此类事故发生，本发明采用了定时底部排污并冷却的技术，由于本装置中排出的富集了盐碱的废水温度较高，为了防此造成人员烫伤和排污现场产生大量水蒸汽影响操作，本技术采用了排污冷却器E104，对排出的高温水进行冷却降温，避免以上安全事故的发生和对操作环境的影响。

氯化氢合成冷却单元是为了实现氢气与氯气合成氯化氢气体并冷却的目的，首先氢气与氯气在合成炉R140中燃烧放热合成高温氯化氢气体，高温氯化氢气体与合成炉中的换热管（即内盘管）进行第一次热交换，经过第一次热交换后氯化氢气体温度被降低，但温度仍然较高（220℃左右，随生产负荷和合成炉换热面大小不同略有变化），经过一次换热后的氯化氢气体通过工艺管线进入石冷器E150进行二次冷却，冷却至60℃（通过温度变送器TICA150进行监控）以内送至下游工序使用。合成炉换热管随着使用时间的延长，有穿孔泄漏高温水到炉内的风险，一旦穿孔泄漏如果未及时发现将会给下游工序带来严重后果，为了防止此类事的发生，本发明中设置了石冷器出口氯化氢温度变送器TICA150和石冷器冷凝酸排放口流量变送器FICA401，因为合成炉换热管一旦穿孔泄漏高温水，合成炉内氯化氢侧压力较低，高温水会闪蒸产生大量蒸汽，氯化氢侧压力升高，氯化氢气体的总热量也会升高，含大量水蒸汽的氯化氢气体出合成炉进入石冷器冷却，冷却后石冷器内冷凝酸会大量增加，石冷器出口氯化氢气体温度会明显上升，此时，通过氯化氢温度变送器和冷凝酸流量变送器及时将异常信号传输至操作中心，操作人员就可以及时做好应急处置，防止对下游工序产生影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过工艺以及设备的改造高温水形成了一个自动的闭路循环热交换单元，同时解决了4个方面的问题：1.设备腐蚀问题；2.设备热胀冷缩而引起损坏的问题；3.设备制作过程中的焊接变形问题；4.设备密封问题。本发明是一种蒸汽压力更高、蒸汽使用范围更广泛的氯、氢气合成余热回收的技术。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明的钢制中压蒸汽氯化氢合成炉示意图；

图3是传统锅炉水冷壁结构示意图；

图4是本发明的炉水冷壁结构示意图；

其中，1为下集水箱，2为进水短节，3为下弧板，4为内盘管，5为挡板，6为炉体，7为上弧板，8为上集水箱，9为出水短节。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1

本实施例为工艺实施例。

采用点炉前对高温水自循环热交换单元进行预热的工艺：点炉前将合成炉、闪蒸罐、自循环管线内水加足，然后来开启起来自界区的蒸汽，通过调节阀TCV130进入汽水混合器E130，与纯水混合后再进入钢制中压蒸汽合成炉R140下集水箱，直至温度达到温度控制器TIC130设定值118℃，则可进行点炉操作开始正常生产。

钢制中压蒸汽合成炉R140点炉后，氢气与氯气混合燃烧，产生大量热量，高热的氯化氢气体与钢制中压蒸汽合成炉R140的内盘管内的纯水进行热交换，吸收大量热量的纯水温度升高、体积膨胀、密度变小开始沿着高温水自循环管网的上升管上升，直至到达闪蒸罐D103内，高温水在闪蒸罐内进行闪蒸，部分高温水闪蒸为中压蒸汽并带走大量热量，高温水经过闪蒸后，余下的水温度降低、体积缩小、密度变大开始沿着高温水自循环管网的下降管下降，一直又回到合成炉，从而在高热的氯化氢气体热动力推动下，高温水形成了一个自动的闭路循环热交换单元。当部分高温水闪蒸后，闪蒸罐D103的液位会降，当低于液位设定的值：50%时，液位控制器LIC103输出控制信号给进水调节阀LCV103，阀门开度增加，给水量增大，使闪蒸罐D103的液位稳定运行在50%，反之，当闪蒸罐D103的液位超过50%时，则液位控制器LIC103输出控制信号给进水调节阀LCV103，阀门开度减小，给水量减小，使闪蒸罐D103的液位稳定运行在50%。

实施例2

本实施例为设备结构实施例。

所述合成炉R140具有温度变送器；

所述石冷器E150具有温度变送器、流量变送器；

实施例3

本实施例为解决设备腐蚀问题实施例。

在炉体6内表面及内盘管4外表面喷涂防腐涂料AK07-4；

本发明中采用了北京奥宇可鑫表面工程技术有限公司的AK07-4耐高温耐腐蚀涂料，耐温达1100℃，通过实验证明，该涂料与氯化氢、盐酸无化学反应。

同时，也解决设备停车保温降低能耗问题。

实施例4

本实施例为解决设备热胀冷缩而引起损坏的问题的实施例。

如图2所示是本发明的钢制中压蒸汽氯化氢合成炉示意图，采用了以下技术措施：内盘管4在制作过程中加工成R=2000mm的部分弧形，下弧板3、上弧板7在加工过程中加工成R=200mm的弧形，这三个部件组合在一起就形成了一个三级缓冲弧，因此在设备温度巨烈变化下仍能防止设备受到损坏。

实施例5

本实施例为解决设备制作过程中的焊接变形问题的实施例。

如图3所示是现有技术中的锅炉水冷壁结构示意图，图4是本发明中的水冷壁结构示意图，炉体6钢板与换热部件内盘管4分开。

实施例6

本实施例为解决设备密封问题的实施例。

所述合成炉R140的材质为钢材，整个设备一体成型。

完全采用了钢材制作，实现了设备的无缝连接，设备内部无一处动静密封点，从而解决了设备密封问题。

实施例7

本实施例为供水单元结构实施例。

所述纯水贮槽D101具有液位控制器LIC101；

所述给水泵P-120入水管上具有电机变频器；

例如：设置D101的液位为70%，当D101液位低于70%时，调节阀LCV101自动增加开度，为D101补充水源，当D101液位高于70%时，调节阀LCV101自动减小开度甚至关闭，确保D101的液位在70%自动运行。

纯水贮槽D101内的纯水经给水泵P-120直接输送至高温水自循环管网的下降管中，给水泵P-120的电机控制采用变频控制，达到了节能的目的；给水泵P-120的输水量由压力控制器PIC120输出的控制信号来控制变频器，再通过变频器控制给水泵电机的转速，从而实现输水量的控制，达到自动稳压的目的。

例如：设置PIC120的运行压力为1.5MPa，当PIC120的压力低于1.5MPa时，压力控制器PIC120输出控制信号至变频器，变频器增加电机电源频率，电机转速增加，输水量增加，直至压力控制器PIC120运行压力至1.5MPa；反之，则电机转速降低，输水量减少，直至压力控制器PIC120运行压力至1.5MPa，如此循环保证给水泵P-120出水管压力稳定运行在1.5MPa。

Claims

1.一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的工艺，其特征在于：采用点炉前对高温水自循环热交换单元进行预热：点炉前将合成炉、闪蒸罐、自循环管线内水加足，然后开启来自界区的蒸汽，通过调节阀（TCV130）进入汽水混合器（E130），与纯水混合后再进入钢制中压蒸汽合成炉（R140）下集水箱，直至温度达到温度控制器（TIC130）设定值，即可进行点炉操作开始正常生产；

中压蒸汽合成炉R140点炉后，氢气与氯气混合燃烧，产生大量热量，高热的氯化氢气体与钢制中压蒸汽合成炉R140的内盘管内的纯水进行热交换，吸收大量热量的纯水温度升高、体积膨胀、密度变小开始沿着高温水自循环管网的上升管上升，直至到达闪蒸罐D103内，高温水在闪蒸罐D103内进行闪蒸，部分高温水闪蒸为中压蒸汽并带走大量热量，高温水经过闪蒸后，余下的水温度降低、体积缩小、密度变大开始沿着高温水自循环管网的下降管下降，一直又回到合成炉，从而在高热的氯化氢气体热动力推动下，高温水形成了一个自动的闭路循环热交换单元。

2.一种氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的设备，包括供水单元、高温水自循环热交换单元和氯化氢合成冷却单元，其中供水单元包括纯水贮槽（D101）和给水泵（P-120），高温水自循环热交换单元包括汽水混合器（E130）、合成炉（R140）、闪蒸罐（D103）以及排污冷却器（E104），氯化氢合成冷却单元包括合成炉（R140）、石冷器（E150），其特征在于：

所述闪蒸罐（D103）具有安全阀、压力变送器（PICA103）和压力调节阀（PCV103）；

所述合成炉（R140）具有温度变送器；

所述石冷器（E150）具有温度变送器、流量变送器；

在炉体（6）内表面及内盘管（4）外表面喷涂有防腐涂料AK07-4；

内盘管（4）在制作过程中加工成部分弧形，下弧板（3）、上弧板（7）在加工过程中加工成弧形，内盘管（4）、下弧板（3）和上弧板（7）三个部件组合在一起形成三级缓冲弧，在温度巨烈变化下仍能防止设备损坏；

炉体（6）钢板与换热部件内盘管（4）分开。

3.根据权利要求2所述的氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的设备，其特征在于：所述合成炉（R140）的材质为钢材，整个设备一体成型。

4.根据权利要求2所述的氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的设备，其特征在于：内盘管（4）在制作过程中加工成R=2000mm的部分弧形，下弧板（3）、上弧板（7）在加工过程中加工成R=200mm的弧形。

5.根据权利要求2所述的氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的设备，其特征在于：

所述纯水贮槽（D101）具有液位控制器（LIC101）；

所述给水泵（P-120）入水管上具有电机变频器；

所述给水泵（P-120）出口管上具有压力控制器（PIC120）及电机变频器，给水泵（P-120）的输水量由压力控制器（PIC120）输出的控制信号来控制变频器，所述变频器控制给水泵电机的转速。

6.根据权利要求5所述的氯气与氢气合成氯化氢附产中压蒸汽的设备，其特征在于：所述出口管上的压力控制器（PIC120）与高温水自循环热交换单元的进水调节阀（LCV103）联锁。