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摘 要： 盐酸的合成过程中放出大量反应热，公司原有盐酸合成炉装置是全部用冷却水将这些热量移走，不但使热量白白浪费，还耗费了大量的冷却水。对原有的盐酸合成炉进行技术改造，改造为组合式副产蒸汽的三合一盐酸合成装置，实行运行自动控制，并回收其中的热能产生蒸汽，生产蒸汽供生产使用，减少能源浪费。
关键词： 盐酸合成炉；自动控制；余热回收；蒸汽
1盐酸合成炉运行现状
1.1 原盐酸生产主要工艺流程
江苏奥喜埃化工有限公司原盐酸生产使用工艺设备是普通石墨合成炉，其工艺流程为：在石墨合成炉内，合成得到的氯化氢气体，经过夹套式的炉体、水冷管冷却后，进入氯化氢气体冷却器，再进入降膜吸收塔被尾气吸收塔来的稀酸吸收，生成31%成品酸从塔底经酸封分别进入工业盐酸贮槽和高纯盐酸贮槽。在降膜吸收塔内未被吸收的氯化氢气体进入尾气吸收塔顶部，被由吸收水循环泵送来的吸收水继续吸收。不凝性气体及少部分未完全吸收的氯化氢气体再被水喷射泵的水吸收进入吸收水循环槽，吸收水循环槽的水，经吸收水循环泵送至尾气塔作为吸收水，从而避免了废水的产生。还有微量未被吸收的尾气，经过下水分离器，进入2#尾气碱洗塔吸收后排空；碱液也来自次氯酸钠装置的18%NaOH循环槽，该部分吸收后的碱液最终返回次钠生产系统。
1.2 原盐酸合成工艺存在的问题
公司原盐酸生产使用工艺设备是石墨合成炉，氢气和氯气在合成炉的高纯石英灯中充分混合燃燒，合成HCl过程中要释放大量热，盐酸合成炉的燃烧段温度在1000℃以上，产生的热量由密闭系统夹套的循环冷却水吸收，由于原设计缺乏热量回收方面的考虑，直接使用200t/h循环水装置的循环冷却水，不仅浪费了反应的热能，而且须消耗大量循环冷却水资源。
2 盐酸合成炉改造
2.1盐酸合成炉改造方案
江苏奥喜埃化工有限公司主产品为氢氧化钾，主要生产工艺是氯化钾电解工艺。在氯化钾电解生产氢氧化钾过程中，主要消耗的能源资源：电力、蒸汽、纯水、工业水等。
本方案改造规模为1台三合一盐酸合成炉及其辅助设施。年生产31%盐酸3万吨，年可副产蒸汽6727吨。根据公司低压蒸汽的要求，合成炉选型为设计生产0.8Mpa饱和蒸汽，供江苏奥喜埃化工有限公司厂区使用。
三合一盐酸合成炉主要由混合燃烧器、HCL合成段、副产蒸汽段，炉顶冷却吸收段和液体分布器等组成。具有结构紧凑、占地面积小、运行稳定、热能利用率高、操作弹性大，并可实现全自动控制等优点。
2.2 改造后盐酸合成炉工艺流程
氯气经过流量计、自动调节阀、自动切断阀，由合成炉底部中心管道进入合成炉；氢气经过流量计、自动调节阀、自动切断阀、炉前阻火器、进炉软管，由合成炉底部侧面管道进入合成炉；两者按照设定的体积比H2：Cl2=1.05～1.1：1的要求进入炉内燃烧，合成氯化氢气体。在此过程中氯气、氢气的流量有比例调节器自动跟踪调节，确保氯气氢气配比，不会出现氯气过量。
本项目改造的三合一副产蒸汽石墨合成炉设备。氯气与氢气反应生成氯化氢时伴随释放出大量反应热，完全可以用来副产蒸汽。副产中压蒸汽合成炉在高温区段，使用钢制水冷壁炉筒；在合成段顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，采用石墨材料制作。采用这种方法既克服了石墨炉筒强度低和使用温度受限制的缺点，又克服了合成段的顶部和底部容易腐蚀的缺点，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，副产蒸汽压力可在0.2-1.4MPa间任意调节，可并入中、低压蒸汽网使用，使热能得到充分利用。
3. 盐酸合成炉节能改造效果分析
3.1 节能减排效果分析
（1）余热回收利用效果
盐酸合成炉生产蒸汽的给水采用氢氧化钾浓缩蒸发冷凝水。公司主要生产氢氧化钾液体，为销售符合产品质量要求的液钾，必须对30%液钾进行浓缩蒸发成48%液钾，在浓缩蒸发过程中产生大量的冷凝水，这部分冷凝水除少部分利用外，大部分作废水外排。本项目回收部分冷凝水作为锅炉给水，给水温度80℃，给水焓335 kJ/kg。
氯氢合成生产盐酸，氯氢合成过程中放出大量的热量，化学反应式为：
H2 +Cl2 =2HCl+ △H △H=184kJ
在标准状况下的1摩尔氯化氢其质量为36.5克，由氯化氢质量分数可推算出生成1kg 氯化氢所产生的热量：
△Q=1000÷36.5×184÷2=2521 （kJ）
余热利用生产出0.8MPa的饱和蒸汽，蒸汽焓2774 kJ/kg，设计热效率70%。
本项目生产浓度为31%盐酸，因而每生产吨盐酸需0.31吨氯化氢。1吨盐酸所产生的热量为：
Q1=2521×1000×0.31= 781510 （kJ）
全年生产30000吨31%盐酸，则年产生的热量：
Q=30000×781510÷106=23441 （Gj）
锅炉热效率为70%，
则有效利用热量：23441Gj×70%=16408 Gj
年生产蒸汽量=有效利用热÷（蒸汽焓-给水焓）
=16408×106÷（2774-335）÷103
=6727（吨蒸汽）
根据《综合能耗计算通则》（GB/T2589-2008），低压蒸汽折标准煤系数为0.1286kgce/kg。年产生蒸汽折标煤：6727×1000×0.1286kgce/kg =865092 kgce
余热回收利用年产生蒸汽折标煤约865.1吨。
（2）节电效果
项目实施前，盐酸生产产生的热量用循环冷却水进行冷却，冷却水用量220t/h，循环泵电机功率45kW。项目实施后，冷却水用量为100t/h，配电机功率15kW；增加给水泵和强制循环泵，配电机功率分别为11kW和15kW，用电功率减少4kW。
实施前后的产能没有发生变化，因而后氯化氢处理系统用电量没有变化。
减少用电负荷4 kW，年运行8000小时，负荷率按85%计算，年节电量=4×8000×85%=27200（ kWh）
折等价标煤=27200÷10000×3.3=8.97 （tce）
（3）节约循环冷却水
本项目实施后，循环冷却水用量由220t/h下降至100t/h，减少用循环冷却水用量120t/h，设计年运行小时8000小时，则年可减少循环冷却水用量=120t/h×8000 h=960000吨。
（4）本项目余热回收利用可节标煤量：865.1 tce+8.97 tce
=874 tce
3.2 经济效益分析
项目实施后年产生蒸汽6727吨，按蒸汽价格180元/吨计算，年可节约蒸汽采购费用：
6727吨×180元/吨=1210860 元
项目实施后年节电量27200 kWh，按蒸汽价格0.75元/ kWh计算，年可节约电费：
27200 kWh×0.75元/ kWh =20400元
项目实施后年可产生经济效益：
1210860 元+20400元=1231260元
=123.126 万元。
3.3 效果评价
盐酸合成炉改造后，实行了氯化氢反应热的回收，可利用余热生产6727吨工业用蒸汽，节电27200 kWh，减少冷却水使用96万吨。从而达到了节能减排的效果。项目投资245万元，改造后形成经济效益123.126万元，投资回收期2年，项目效果明显。
参考文献
[1]冯将军，李娟，张玲，等。氯化氢合成炉改造及运行总结[J].氯碱工业，2011，47（6）：36-38，40.
[2]陈彦峰。三合一合盐酸成炉安全生产的探讨[B]。中国氯碱，2010，12（12）.
[3]张波，边伟军，张国奇。氯化氢合成工艺技术改造[B]。氯碱工业，2016，52（8）：38-39，45.
关键词： 盐酸合成炉；自动控制；余热回收；蒸汽
1盐酸合成炉运行现状
1.1 原盐酸生产主要工艺流程
江苏奥喜埃化工有限公司原盐酸生产使用工艺设备是普通石墨合成炉，其工艺流程为：在石墨合成炉内，合成得到的氯化氢气体，经过夹套式的炉体、水冷管冷却后，进入氯化氢气体冷却器，再进入降膜吸收塔被尾气吸收塔来的稀酸吸收，生成31%成品酸从塔底经酸封分别进入工业盐酸贮槽和高纯盐酸贮槽。在降膜吸收塔内未被吸收的氯化氢气体进入尾气吸收塔顶部，被由吸收水循环泵送来的吸收水继续吸收。不凝性气体及少部分未完全吸收的氯化氢气体再被水喷射泵的水吸收进入吸收水循环槽，吸收水循环槽的水，经吸收水循环泵送至尾气塔作为吸收水，从而避免了废水的产生。还有微量未被吸收的尾气，经过下水分离器，进入2#尾气碱洗塔吸收后排空；碱液也来自次氯酸钠装置的18%NaOH循环槽，该部分吸收后的碱液最终返回次钠生产系统。
1.2 原盐酸合成工艺存在的问题
公司原盐酸生产使用工艺设备是石墨合成炉，氢气和氯气在合成炉的高纯石英灯中充分混合燃燒，合成HCl过程中要释放大量热，盐酸合成炉的燃烧段温度在1000℃以上，产生的热量由密闭系统夹套的循环冷却水吸收，由于原设计缺乏热量回收方面的考虑，直接使用200t/h循环水装置的循环冷却水，不仅浪费了反应的热能，而且须消耗大量循环冷却水资源。
2 盐酸合成炉改造
2.1盐酸合成炉改造方案
江苏奥喜埃化工有限公司主产品为氢氧化钾，主要生产工艺是氯化钾电解工艺。在氯化钾电解生产氢氧化钾过程中，主要消耗的能源资源：电力、蒸汽、纯水、工业水等。
本方案改造规模为1台三合一盐酸合成炉及其辅助设施。年生产31%盐酸3万吨，年可副产蒸汽6727吨。根据公司低压蒸汽的要求，合成炉选型为设计生产0.8Mpa饱和蒸汽，供江苏奥喜埃化工有限公司厂区使用。
三合一盐酸合成炉主要由混合燃烧器、HCL合成段、副产蒸汽段，炉顶冷却吸收段和液体分布器等组成。具有结构紧凑、占地面积小、运行稳定、热能利用率高、操作弹性大，并可实现全自动控制等优点。
2.2 改造后盐酸合成炉工艺流程
氯气经过流量计、自动调节阀、自动切断阀，由合成炉底部中心管道进入合成炉；氢气经过流量计、自动调节阀、自动切断阀、炉前阻火器、进炉软管，由合成炉底部侧面管道进入合成炉；两者按照设定的体积比H2：Cl2=1.05～1.1：1的要求进入炉内燃烧，合成氯化氢气体。在此过程中氯气、氢气的流量有比例调节器自动跟踪调节，确保氯气氢气配比，不会出现氯气过量。
本项目改造的三合一副产蒸汽石墨合成炉设备。氯气与氢气反应生成氯化氢时伴随释放出大量反应热，完全可以用来副产蒸汽。副产中压蒸汽合成炉在高温区段，使用钢制水冷壁炉筒；在合成段顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，采用石墨材料制作。采用这种方法既克服了石墨炉筒强度低和使用温度受限制的缺点，又克服了合成段的顶部和底部容易腐蚀的缺点，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，副产蒸汽压力可在0.2-1.4MPa间任意调节，可并入中、低压蒸汽网使用，使热能得到充分利用。
3. 盐酸合成炉节能改造效果分析
3.1 节能减排效果分析
（1）余热回收利用效果
盐酸合成炉生产蒸汽的给水采用氢氧化钾浓缩蒸发冷凝水。公司主要生产氢氧化钾液体，为销售符合产品质量要求的液钾，必须对30%液钾进行浓缩蒸发成48%液钾，在浓缩蒸发过程中产生大量的冷凝水，这部分冷凝水除少部分利用外，大部分作废水外排。本项目回收部分冷凝水作为锅炉给水，给水温度80℃，给水焓335 kJ/kg。
氯氢合成生产盐酸，氯氢合成过程中放出大量的热量，化学反应式为：
H2 +Cl2 =2HCl+ △H △H=184kJ
在标准状况下的1摩尔氯化氢其质量为36.5克，由氯化氢质量分数可推算出生成1kg 氯化氢所产生的热量：
△Q=1000÷36.5×184÷2=2521 （kJ）
余热利用生产出0.8MPa的饱和蒸汽，蒸汽焓2774 kJ/kg，设计热效率70%。
本项目生产浓度为31%盐酸，因而每生产吨盐酸需0.31吨氯化氢。1吨盐酸所产生的热量为：
Q1=2521×1000×0.31= 781510 （kJ）
全年生产30000吨31%盐酸，则年产生的热量：
Q=30000×781510÷106=23441 （Gj）
锅炉热效率为70%，
则有效利用热量：23441Gj×70%=16408 Gj
年生产蒸汽量=有效利用热÷（蒸汽焓-给水焓）
=16408×106÷（2774-335）÷103
=6727（吨蒸汽）
根据《综合能耗计算通则》（GB/T2589-2008），低压蒸汽折标准煤系数为0.1286kgce/kg。年产生蒸汽折标煤：6727×1000×0.1286kgce/kg =865092 kgce
余热回收利用年产生蒸汽折标煤约865.1吨。
（2）节电效果
项目实施前，盐酸生产产生的热量用循环冷却水进行冷却，冷却水用量220t/h，循环泵电机功率45kW。项目实施后，冷却水用量为100t/h，配电机功率15kW；增加给水泵和强制循环泵，配电机功率分别为11kW和15kW，用电功率减少4kW。
实施前后的产能没有发生变化，因而后氯化氢处理系统用电量没有变化。
减少用电负荷4 kW，年运行8000小时，负荷率按85%计算，年节电量=4×8000×85%=27200（ kWh）
折等价标煤=27200÷10000×3.3=8.97 （tce）
（3）节约循环冷却水
本项目实施后，循环冷却水用量由220t/h下降至100t/h，减少用循环冷却水用量120t/h，设计年运行小时8000小时，则年可减少循环冷却水用量=120t/h×8000 h=960000吨。
（4）本项目余热回收利用可节标煤量：865.1 tce+8.97 tce
=874 tce
3.2 经济效益分析
项目实施后年产生蒸汽6727吨，按蒸汽价格180元/吨计算，年可节约蒸汽采购费用：
6727吨×180元/吨=1210860 元
项目实施后年节电量27200 kWh，按蒸汽价格0.75元/ kWh计算，年可节约电费：
27200 kWh×0.75元/ kWh =20400元
项目实施后年可产生经济效益：
1210860 元+20400元=1231260元
=123.126 万元。
3.3 效果评价
盐酸合成炉改造后，实行了氯化氢反应热的回收，可利用余热生产6727吨工业用蒸汽，节电27200 kWh，减少冷却水使用96万吨。从而达到了节能减排的效果。项目投资245万元，改造后形成经济效益123.126万元，投资回收期2年，项目效果明显。
参考文献
[1]冯将军，李娟，张玲，等。氯化氢合成炉改造及运行总结[J].氯碱工业，2011，47（6）：36-38，40.
[2]陈彦峰。三合一合盐酸成炉安全生产的探讨[B]。中国氯碱，2010，12（12）.
[3]张波，边伟军，张国奇。氯化氢合成工艺技术改造[B]。氯碱工业，2016，52（8）：38-39，45.