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CN112985083B - 一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法 - Google Patents

一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法 Download PDF

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CN112985083B CN202110165387.6A CN202110165387A CN112985083B CN 112985083 B CN112985083 B CN 112985083B CN 202110165387 A CN202110165387 A CN 202110165387A CN 112985083 B CN112985083 B CN 112985083B
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Abstract

本发明公开了一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，包括合成炉，合成炉包括反应炉、石冷器及炉体夹套，炉体夹套与反应炉之间由下至上设置第一中温段、高温段和第二中温段，第一中温段和第二中温段通过循环网管连通，反应炉和石冷器之间设置低温段；冷凝水槽通过冷凝水泵连通低温段；低压闪蒸罐通过强制循环泵连通第一中温段，低压闪蒸罐通过给水泵连通高温段；低温段的出水口连通强制循环泵，第二中温段的出水口连通低压闪蒸罐，高温段的出水口连通中压闪蒸罐的进水口；低压闪蒸罐、中压闪蒸罐通过后端蒸汽用户与冷凝水槽连通。采用本发明的一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法，能够同时产生低压蒸汽和中压蒸汽。

Description

一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法，属于氯化氢合成副产技术领域。
背景技术
在我国氯碱和聚氯乙烯生产过程中，需要大量的氢气和氯气燃烧合成氯化氢，从而生产盐酸或生产聚氯乙烯，氯气和氢气在燃烧合成氯化氢的过程中将产生大量的热量：H2+Cl2→2HCl+44.04kcal，每吨100％氯化氢反应热为6.03×105Kcal。
对于氯化氢合成的热能利用，国内现在主要有两种方式，一种采用石墨炉体配套石墨块冷在氯化氢合成炉高温段副产低压蒸汽，合成炉其余部分全部采用循环水冷却；另一种采用石墨炉体配套石墨块冷在氯化氢合成炉高温段副产中压蒸汽，合成炉其余部分全部采用循环水冷却。以上两种国内常用副产蒸汽的工艺中，合成炉中氢、氯气合成所产生的大量的热量均由凉水泵输送来的循环冷却水带走，循环水再由热水泵输送回凉水塔，通过凉水塔风机与空气热交换，使该部分热量交换到空气中，造成了热能损失，也消耗了大量的电能。同时，以上两种方式副产蒸汽的纯水均由前端精制水工序制作成合格的锅炉水后通过泵输送到冷凝水槽，输送过来的水为常温水，该水直接进入合成炉高温段后副产蒸汽，因水为常温水加热为过热水，需要吸收大量的热以及需较长时间，最终导致副产蒸汽量有限；且只能单独副产低压或中压蒸汽，不能满足后端不同用户的不同需求。并且现有的副产最大只能产生0.8MPa的中压蒸汽，不能满足更大压力的中压蒸汽需求。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法，本发明能够同时产生低压蒸汽和中压蒸汽，实现冷凝水的循环利用，节约能源。
本发明采用的技术方案如下：
一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置及方法，包括合成炉、低压闪蒸罐、中压闪蒸罐和冷凝水槽；
所述合成炉包括反应炉、石冷器及炉体夹套，所述炉体夹套与反应炉之间由下至上设置第一中温段、高温段和第二中温段，所述第一中温段和第二中温段通过循环网管连通，所述反应炉和石冷器之间设置低温段；
所述冷凝水槽通过冷凝水泵连通低温段；
所述低压闪蒸罐通过强制循环泵连通第一中温段，低压闪蒸罐通过给水泵连通高温段；
低温段的出水口连通强制循环泵，第二中温段的出水口连通低压闪蒸罐，高温段的出水口连通中压闪蒸罐的进水口，中压闪蒸罐的出水口连通高温段的进水口；
所述低压闪蒸罐、中压闪蒸罐产生的低压蒸汽和中压蒸汽通过后端蒸汽用户与冷凝水槽连通。
在本发明中，通过设置二段中温段能够充分提升预热水的温度，保证最终高温段的出水温度，才能同时产生低压蒸汽和中压蒸汽；并且低温段的低温冷凝水使得通过低温段来到石冷器的氯化氢的温度大幅降低，能够降低石冷器节约外部循环水使用量；对合成炉进行分段冷却、分梯度回收热能的方式提高了氢气、氯气合成过程中反应热的利用率，既联产了中压和低压不同的蒸汽，又增加了副产蒸汽量，降低生产成本，实现闭路循环。
作为优选，所述低压闪蒸罐和中压闪蒸罐上均设置压力控制器，低压闪蒸罐上设置液位控制器。
在上述方案中，通过液位控制器控制低压闪蒸罐的液位；通过压力控制器控制产生的低压蒸汽和中压蒸汽的压力和流量。
作为优选，所述低温段和第二中温段设置不连通的气体通道和冷却通道，所述反应炉与炉体夹套之间设置导热石墨，所述气体通道与冷却通道之间填充导热石墨。
在上述方案中，反应炉直接通过导热石墨层与炉体夹套之间的第一中温段、高温段进行热交换；而在第二中温段和低温段中，设置多条竖直方向的气体通道使氯化氢进入石冷器，多条横向的冷却通道流通冷凝水进行热交换，能够增大热交换面积，增大热交换效率，大幅降低氯化氢进入石冷器的温度，提高热利用率。
作为优选，所述导热石墨为静压石墨。
在上述方案中，静压石墨比普通石墨的导热系更好，通过静压石墨能够提高热交换率，最终才能达到同时产生低压蒸汽和中压蒸汽的效果。
作为优选，所述合成炉上设置防爆膜。
在上述方案中，防爆膜用于保证合成炉氯化氢不会超压、超温运行，当炉内氯化氢压力或温度持续攀升达到防爆膜压力或温度上限值时防爆膜将破损自动泄压降温，确保合成炉安全运行。
作为优选，炉体夹套上下交界处设有耐受高温的特种氟橡胶O型圈进行密封，采用法兰带压盖分离不同温度的水。
作为优选，冷凝水槽与后端低压蒸汽用户、后端中压蒸汽用户之间设置疏水器，回收使用后的蒸汽凝结冷凝水。
作为优选，低压闪蒸罐连接液位控制器，液位控制器按照操作流程规定设定强制循环罐液位高、低及高高、低低控制液位参数或联锁，通过检测强制循环罐的液位高度来控制调节阀的开启和关闭。
一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，利用上述合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，包括以下步骤：
步骤一：将外界纯水或蒸汽冷凝水补充到冷凝水槽，控制到冷凝水槽的液位达到设定液位；
步骤二：启动冷凝水泵将冷凝水槽内的冷凝水注入到低温段和低压闪蒸罐，低压闪蒸罐液位达到设定液位时，启动强制循环泵和给水泵，分别向第一中温段和高温段注水，注水达到控制参数后，合成炉点火生产氯化氢；低温段的冷凝水通过合成炉吸收氯气与氢气反应的热量，对水进行预热，预热后的水来到低压闪蒸罐，通过液位控制器控制补水量，达到设定液位时关闭控制阀；
步骤三：通过强制循环泵将低压闪蒸罐中的水送入第一中温段和第二中温段中吸收氯气与氢气反应的热量，对水进行加热，第一中温段温度低于130℃；
步骤四：第一中温段的水充分吸收热量升温，在强制循环泵和热虹吸作用下沿着循环管网上升至中第二中温段；
步骤五：第二中温段的水吸收热量后持续升温，进入低压闪蒸罐，产生低压蒸汽向后端低压蒸汽用户供气；
步骤六：低压闪蒸罐内一部分水通过给水泵输送至高温段，在高温段继续吸收氯气和氢气反应放出的热量，然后进入中压闪蒸罐中，产生中压蒸汽向后端中压蒸汽用户供气；
步骤七：将后端蒸汽用户使用蒸汽后的冷凝水再回收至冷凝水槽，冷凝水槽中的水通过冷凝水泵输送至低温段，实现闭路循环。
在本发明中，闪蒸后的过热水通过强制循环泵和/或热虹吸效应使炉体夹套内各段的水循环。
作为优选，步骤一中，纯水输送的压力大于0.5MPa，纯水流量比蒸汽冷凝水流量大140-160％，确保系统出现波动时，合成炉不会出现缺水干烧。
作为优选，步骤二中，低温段的出水温度控制在90-95℃，可降低进入石冷器的氯化氢温度，从而节约石冷器外部循环水使用量和确保防爆膜温度低于100℃(防爆膜设计安全运行温度≤100℃)，保证防爆膜安全运行，同时还起到了除氧作用，减少对设备的氧化腐蚀，延长了设备使用寿命。
作为优选，步骤五中，第二中温段的出水温度控制在115—135℃，产生0.15-0.3MPa的低压蒸汽，避免热能损耗和缺水干烧。
作为优选，步骤六中，高温段的出水温度控制在175-180℃，产生1.0MPa的中压蒸汽，保证蒸汽压力达到标准并避免设备超压运行。
本发明用冷凝水泵将冷凝水输送至低温段，通过吸收氯气和氢气混合燃烧产生的热量来冷却反应炉，同时吸收这部分热量预热后进入中温段，预热水在中温段吸收热量后进入低压闪蒸罐，副产低压蒸汽，低压闪蒸罐内的过热水通过给水泵输送到高温段内，再次吸收氯气和氢气混合燃烧产生的大量热量来冷却反应炉，吸收热量的过热水进入中压闪蒸罐副产中压蒸汽，整个系统中除靠泵的助推外，还采用了炉内上下水温存在温度差和密度差，使炉内水产生热虹吸，最终形成自循环，炉体内的石墨均采用等静压石墨作为原材来加工制作，从而确保设备高效、安全运行。设备分三段进行热回收，分别副产中、低压蒸汽，达到热能的分级利用，同时回收后端大量冷凝水代替外界纯水，既使热能得到充分利用，又可多产蒸汽和减少外界纯水制水量，最终达到闭路循环。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、可降低进入石冷器的氯化氢温度，从而节约石冷器外部循环水使用量；
2、提高了反应热的利用率，既联产了中压和低压不同的蒸汽，又增加了副产蒸汽量，降低生产成本；
3、将后端用户使用蒸汽后的冷凝水进行回收，实现热能最大化利用和系统闭路循环，并多副产蒸汽，节约了大量水资源以及纯水制作费用；
4、通过低温段预热，起到给水除氧的作用，延长设备使用寿命。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是工艺流程图；
图2是合成炉的示意图。
图中标记：1-反应炉、2-石冷器、3-炉体夹套、4-循环网管、5-防爆膜、11-低温段、12-第一中温段、13-第二中温段、14-高温段。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。后端蒸汽用户是指需要使用低压蒸汽和中压蒸汽的设备。
实施例1
如图1-2所示，本实施例的一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，包括合成炉01R01A、低压闪蒸罐01V02A、中压闪蒸罐01V01A和冷凝水槽01V03A，其中合成炉01R01A包括反应炉1、石冷器2及炉体夹套3，炉体夹套3与反应炉1之间由下至上设置第一中温段12、高温段14和第二中温段13，第一中温段12和第二中温段13通过循环网管4连通，反应炉1和石冷器2之间设置低温段11；
冷凝水槽01V03A通过冷凝水泵01P03A连通低温段11的进水口，低温段11的出水口通过调节阀LV011a1连接到强制循环泵01P01A的进口管道，同时调节阀LV011a1旁并联一根回流管道至冷凝水槽01V03A，低压闪蒸罐01V02A装有液位控制器LISA011a1并与调节阀LV011a1控制连接，用来控制调节阀LV011a1的工作状态，确保低压闪蒸罐01V02A液位正常，避免炉内缺水损坏设备，调节阀LV011a1旁并联的回流管道通过压力变送器PT014a控制回流调节阀PV014a开度，回流至冷凝水槽01V03A，同时将炉内汽化蒸汽和其他杂质气体通过冷凝水槽01V03A顶部排空管自动排出，避免造成设备局部缺水而干烧损坏设备；
强制循环泵01P01A连通第一中温段12，第二中温段13的出水口连通低压闪蒸罐01V02A，强制循环泵01P01A将预热水压入第一中温段12和第二中温段13中吸收热量后，进入低压闪蒸罐01V02A，低压闪蒸罐01V02A顶部连接有蒸汽调节阀PV016a和安全阀SV02a，蒸汽调节阀PV016a通过其连接的压力控制器PICA016a控制开启或关闭来副产低压蒸汽，低压闪蒸罐01V02A的出水口连通强制循环泵01P01A，以循环产生低压蒸汽；
低压闪蒸罐01V02A通过给水泵01P02AB连通高温段14，高温段14的出水口连通中压闪蒸罐01V01A的进水口，低压闪蒸罐01V02A内的一部分热水通过给水泵LISA011a1输送到高温段14中吸收大量的热量后进入中压闪蒸罐01V01A，中压闪蒸罐01V01A顶部连接有蒸汽调节阀PV015a和安全阀SV01a，蒸汽调节阀PV015a通过其连接的压力控制器PICA015a控制开启或关闭来副产中压蒸汽，中压闪蒸罐01V01A的出水口连通高温段14的进水口，以循环产生中压蒸汽；
低压闪蒸罐01V02A、中压闪蒸罐01V01A产生的低压蒸汽和中压蒸汽流经后端低压蒸汽用户、后端中压蒸汽用户后，通过疏水器与冷凝水槽01V03A连通，形成循环。
在本实施例中，低压闪蒸罐闪蒸后的过热水通过强制循环泵和热虹吸效应使炉体夹套内各段的水循环；中压闪蒸罐闪蒸后的过热水通过热虹吸效应使炉体夹套内各段的水循环。
作为实施例1的可选方式，反应炉直接通过导热石墨层与炉体夹套之间的第一中温段、高温段进行热交换；在第二中温段和低温段中，设置多条竖直方向的气体通道使氯化氢进入石冷器，多条横向的冷却通道流通冷凝水进行热交换，能够增大热交换面积，增大热交换效率，大幅降低氯化氢进入石冷器的温度，提高热利用率。
作为上述实施例的可选方式，导热石墨为静压石墨，静压石墨比普通石墨更精细致密，耐热性好，热膨胀系数低，导热性能良好，耐腐蚀，具有优异的机械加工性能。
作为上述实施例的可选方式，合成炉上设置防爆膜，用于保证合成炉氯化氢不会超压、超温运行，当炉内氯化氢压力或温度持续攀升达到防爆膜压力或温度上限值时防爆膜将破损自动泄压降温，确保合成炉安全运行。
实施例2
本实施例公开了一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，包括以下步骤：
步骤一：将外界纯水或蒸汽冷凝水补充到冷凝水槽，控制到冷凝水槽80％的液位，纯水输送的压力大于0.5MPa，纯水流量比蒸汽冷凝水流量大140-160％；
步骤二：启动冷凝水泵将冷凝水槽内的冷凝水注入到低温段和低压闪蒸罐，低压闪蒸罐液位达到60％时，启动强制循环泵和给水泵，分别向第一中温段和高温段注水，注水达到控制参数后，合成炉点火生产氯化氢；低温段的冷凝水通过合成炉吸收氯气与氢气反应的热量，对水进行预热，温度控制在90-95℃，预热后的水来到低压闪蒸罐，通过液位控制器控制补水量，达到设定液位时关闭控制阀，同时旁通管路上压力大于0.5MPa时压力控制器控制调节阀开大，水回流至冷凝水槽；
步骤三：通过强制循环泵将低压闪蒸罐中的水送入第一中温段和第二中温段中吸收氯气与氢气反应的热量，对水进行加热，第一中温段温度低于130℃，确保炉体灯头及视镜安全运行；
步骤四：第一中温段的水充分吸收热量升温，在强制循环泵和热虹吸作用下沿着循环管网上升至中第二中温段；
步骤五：第二中温段的水吸收热量后持续升温，出水温度控制在115—135℃，进入低压闪蒸罐，产生0.15-0.3MPa的低压蒸汽向后端低压蒸汽用户供气；
步骤六：低压闪蒸罐内一部分水通过给水泵输送至高温段，在高温段继续吸收氯气和氢气反应放出的热量，出水温度控制在175-180℃，然后进入中压闪蒸罐中，产生1.0MPa的中压蒸汽向后端中压蒸汽用户供气；
步骤七：将后端蒸汽用户使用蒸汽后的冷凝水再回收至冷凝水槽，冷凝水槽中的水通过冷凝水泵输送至低温段，实现闭路循环。
在这个过程中，因高温段中的水持续高温产生副产1.0MPa蒸汽，所以该段石墨必须采用等静压石墨才能确保设备既能耐高温又能耐压和耐腐蚀以及导热效果好，热回收效率高。该方法采用了液位控制器和压力控制器自动化控制水量和压力值，液位自动控制进入中温段的补充水量，避免合成炉缺水损坏设备，中温段的补充水进水方向与自循环方向一致，充分利用补充水余压，从而推动炉内循环水流速加快，利用炉内上下位置存在的温差和密度差，通过热虹吸效应，使炉内的水形成自循环，保证了对反应热量的充分利用，同时保证了蒸汽的产生速率，利用分段冷却、分梯度回收热能的方式提高氢气、氯气合成过程中反应热的利用率，增加了副产蒸汽量，联产了中、低蒸汽，并实现系统闭路循环。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，其特征在于：包括合成炉、低压闪蒸罐、中压闪蒸罐和冷凝水槽；
所述合成炉包括反应炉、石冷器及炉体夹套，所述炉体夹套与反应炉之间由下至上设置第一中温段、高温段和第二中温段，所述第一中温段和第二中温段通过循环网管连通，所述反应炉和石冷器之间设置低温段；
所述冷凝水槽通过冷凝水泵连通低温段；
所述低压闪蒸罐通过强制循环泵连通第一中温段，低压闪蒸罐通过给水泵连通高温段；
低温段的出水口连通强制循环泵，第二中温段的出水口连通低压闪蒸罐，高温段的出水口连通中压闪蒸罐的进水口，中压闪蒸罐的出水口连通高温段的进水口；
所述低压闪蒸罐、中压闪蒸罐产生的低压蒸汽和中压蒸汽通过后端蒸汽用户与冷凝水槽连通；
其中，冷凝水槽通过冷凝水泵连通低温段的进水口，低温段的出水口通过调节阀连接到强制循环泵的进口管道，强制循环泵连通第一中温段，第二中温段的出水口连通低压闪蒸罐，强制循环泵将预热水压入第一中温段和第二中温段中吸收热量后，进入低压闪蒸罐，低压闪蒸罐的出水口连通强制循环泵，以循环产生低压蒸汽；低压闪蒸罐通过给水泵连通高温段，高温段的出水口连通中压闪蒸罐的进水口，低压闪蒸罐内的一部分热水通过给水泵输送到高温段中吸收大量的热量后进入中压闪蒸罐，中压闪蒸罐的出水口连通高温段的进水口，以循环产生中压蒸汽。
2.如权利要求1所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，其特征在于：所述低压闪蒸罐和中压闪蒸罐上均设置压力控制器，低压闪蒸罐上设置液位控制器。
3.如权利要求1所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，其特征在于：所述低温段和第二中温段设置不连通的气体通道和冷却通道，所述反应炉与炉体夹套之间设置导热石墨，所述气体通道与冷却通道之间填充导热石墨。
4.如权利要求3所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，其特征在于：所述导热石墨为静压石墨。
5.如权利要求1所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，其特征在于：所述合成炉上设置防爆膜。
6.一种合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，利用权利要求1-5任一项所述合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将外界纯水或蒸汽冷凝水补充到冷凝水槽，控制到冷凝水槽的液位达到设定液位；
步骤二：启动冷凝水泵将冷凝水槽内的冷凝水注入到低温段和低压闪蒸罐，低压闪蒸罐液位达到设定液位时，启动强制循环泵和给水泵，分别向第一中温段和高温段注水，注水达到控制参数后，合成炉点火生产氯化氢；低温段的冷凝水通过合成炉吸收氯气与氢气反应的热量，对水进行预热，预热后的水来到低压闪蒸罐，通过液位控制器控制补水量，达到设定液位时关闭控制阀；
步骤三：通过强制循环泵将低压闪蒸罐中的水送入第一中温段和第二中温段中吸收氯气与氢气反应的热量，对水进行加热，第一中温段温度低于130℃；
步骤四：第一中温段的水充分吸收热量升温，在强制循环泵和热虹吸作用下沿着循环管网上升至中第二中温段；
步骤五：第二中温段的水吸收热量后持续升温，进入低压闪蒸罐，产生低压蒸汽向后端低压蒸汽用户供气；
步骤六：低压闪蒸罐内一部分水通过给水泵输送至高温段，在高温段继续吸收氯气和氢气反应放出的热量，然后进入中压闪蒸罐中，产生中压蒸汽向后端中压蒸汽用户供气；
步骤七：将后端蒸汽用户使用蒸汽后的冷凝水再回收至冷凝水槽，冷凝水槽中的水通过冷凝水泵输送至低温段，实现闭路循环。
7.如权利要求6所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，其特征在于：步骤一中，纯水输送的压力大于0.5MPa，纯水流量比蒸汽冷凝水流量大140-160％，确保系统出现波动时，合成炉不会出现缺水干烧。
8.如权利要求6所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，其特征在于：步骤二中，低温段的出水温度控制在90-95℃，可降低进入石冷器的氯化氢温度，从而节约石冷器外部循环水使用量和确保防爆膜温度低于100℃，保证防爆膜安全运行，同时还起到了除氧作用，减少对设备的氧化腐蚀，延长了设备使用寿命。
9.如权利要求6所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，其特征在于：步骤五中，第二中温段的出水温度控制在115—135℃，产生0.15-0.3MPa的低压蒸汽，避免热能损耗和缺水干烧。
10.如权利要求6所述的合成氯化氢三段式联产中低压蒸汽的方法，其特征在于：步骤六中，高温段的出水温度控制在175-180℃，产生1.0MPa的中压蒸汽，保证蒸汽压力达到标准并避免设备超压运行。
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