一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统.pdf

本发明涉及一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统，其创新点在于：包括氯化氢合成淡盐水浓缩炉和淡盐水浓缩用闪发罐，氯化氢合成淡盐水浓缩炉的氯化氢合成段具有一个淡盐水循环加热夹套层，淡盐水循环加热夹套层管道A和管道B与淡盐水浓缩用闪发罐连通构成一个淡盐水热浓缩循环通道。本发明的基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统既能够直接冷却制得冷凝酸，又能够通过夹套结构与闪发罐配合副产饱和蒸汽，同时，对淡盐水进行浓缩，实现氯化氢合成、制酸、副产蒸汽以及浓缩淡盐水四合一的功能，大大简化设备投入，合理整合资源，降低成本。

权利要求书
1.  一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统，其特征在于：包括氯化氢合成淡盐水浓缩炉和淡盐水浓缩用闪发罐，
所述氯化氢合成淡盐水浓缩炉自下而上依次分为氯化氢合成段和氯化氢冷却段，该氯化氢合成段具有一个用于吸收氯化氢合成段热量且位于氯化氢合成段高温部分的淡盐水循环加热夹套层，所述淡盐水循环加热夹套层上部具有一淡盐水湿蒸汽出口，下部具有一淡盐水回流进口以及至少一淡盐水补充进口；
所述淡盐水浓缩用闪发罐的罐体顶端中心具有一个蒸汽出口，罐体侧壁具有一位于侧壁上部的淡盐水湿蒸汽进口以及一位于侧壁底部的淡盐水回流出口，罐体底端具有一个浓盐水出口以及一低于浓盐水出口的第一排净口；
上述淡盐水湿蒸汽出口通过管道A与淡盐水湿蒸汽进口连通，淡盐水回流进口通过管道B与淡盐水回流出口连通，进而构成一个淡盐水热浓缩循环通道。

2.  根据权利要求1所述的利用氯化氢合成热浓缩淡盐水系统，其特征在于：所述氯化氢合成淡盐水浓缩炉自下而上主要分为第一氯化氢合成段、第二氯化氢合成段、第三氯化氢合成段和氯化氢冷却段四个部分，其均由石墨筒体及套在筒体外的钢制壳体构成；四个部分的各钢制壳体均通过法兰连接构成一个整体外壳，各石墨筒体连接导通构成一个石墨内胆；
所述第一氯化氢合成段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层；第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层底部具有一个下层冷却水循环进口；
所述第二氯化氢合成段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个淡盐水循环加热夹套层；该淡盐水循环加热夹套层上部具有一淡盐水湿蒸汽出口，下部具有一淡盐水回流进口以及至少一淡盐水补充进口；该淡盐水补充进口由淡盐水高压泵通过管道H进行供液；
所述第三氯化氢合成段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层，第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层上部具有一个下层冷却水循环出口；该第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层与第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层通过管道C连通构成一个下层冷却水循环夹套层；
所述氯化氢冷却段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个氯化氢冷却段冷却水循环夹套层，氯化氢冷却段冷却水循环夹套层的底部和顶部分别设有上层冷却水循环进口和上层冷却水循环出口；氯化氢冷却段的钢制壳体下部上设置有与其内部石墨筒体连通的氯化氢出口，氯化氢冷却段的钢制壳体底部上设置有与其内部石墨筒体连通的冷凝酸出口。

3.  根据权利要求2所述的利用氯化氢合成热浓缩淡盐水系统，其特征在于：所述第二氯化氢合成段的淡盐水循环加热夹套层底端设置有第二排净口,该第二排净口通过管道G接入一个淡盐水储罐。

4.  根据权利要求2所述的利用氯化氢合成热浓缩淡盐水系统，其特征在于：所述第二氯化氢合成段的管道H上还配备有供液气动阀。

5.  根据权利要求2所述的利用氯化氢合成热浓缩淡盐水系统，其特征在于：所述氯化氢冷却段的氯化氢出口通过向上的管道D接入氯化氢用气管道，冷凝酸出口通过向下的管道E接入一个冷凝酸槽；且管道D通过降液管与其下方的管道E连通。

6.  根据权利要求1所述的利用氯化氢合成热浓缩淡盐水系统，其特征在于：所述淡盐水浓缩用闪发罐的第一排净口通过管道F接入一淡盐水储罐，且在管道F上设置有取样口。

7.  根据权利要求5所述的利用氯化氢合成热浓缩淡盐水系统，其特征在于：所述淡盐水浓缩用闪发罐的第一排净口高出第二氯化氢合成段的淡盐水湿蒸汽出口1~2m。

说明书一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统
技术领域
本发明涉及一种淡盐水热浓缩系统，特别涉及一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统。
背景技术
氯碱行业主要采用隔膜法和离子膜电解法两种生产工艺制作相关产品，在离子膜电解法的生产过程中，电解液经电解后，其含盐量会从310g/L降至200g/L左右，需要重新提高电解液的含盐量至初始水平以便继续电解生产产品。
目前主要采用两种方式来提高电解液含盐量，第一种为采用纯固体盐溶解增浓，其缺点在于：在生产烧碱时，每吨碱需要消耗1.5倍的固体盐，其成本较高，不具有市场竞争力；第二种为采用卤水加固体盐相结合的方式，即采购单位含盐量相同情况下价格低于固体盐的卤水来替代部分固体盐，再在卤水中投入固体盐来达到电解液的含盐标准，该种方式已经被行业内大多数厂家普遍采用；第三种为采用浓缩卤水添加少量固体盐的方式，利用热泵技术浓缩卤水，其相较第二种方式，可进一步减少固体盐的添加量，降低成本，但热泵技术初期投资非常大，且在使用时也有一定的成本，浓缩卤水的成本在30元/吨左右。
因此，进一步研发一种成本更加低廉的电解液含盐量提升方法以及相关设备势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统，既能够副产蒸汽，又能够顺利实现淡盐水浓缩的，投入和运行成本低。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统，其创新点在于：包括氯化氢合成淡盐水浓缩炉和淡盐水浓缩用闪发罐，所述氯化氢合成淡盐水浓缩炉自下而上依次分为氯化氢合成段和氯化氢冷却段，该氯化氢合成段具有一个用于吸收氯化氢合成段热量且位于氯化氢合成段高温部分的淡盐水循环加热夹套层，所述淡盐水循环加热夹套层上部具有一淡盐水湿蒸汽出口，下部具有一淡盐水回流进口以及至少一淡盐水补充进口；所述淡盐水浓缩用闪发罐的罐体顶端中心具有一个蒸汽出口，罐体侧壁具有一位于侧壁上部的淡盐水湿蒸汽进口以及一位于侧壁底部的淡盐水回流出口，罐体底端具有一个浓盐水出口以及一低于浓盐水出口的第一排净口；上述淡盐水湿蒸汽出口通过管道A与淡盐水湿蒸汽进口连通，淡盐水回流进口通过管道B与淡盐水回流出口连通，进而构成一个淡盐水热浓缩循环通道。
优选的，所述氯化氢合成淡盐水浓缩炉自下而上主要分为第一氯化氢合成段、第二氯化氢合成段、第三氯化氢合成段和氯化氢冷却段四个部分，其均由石墨筒体及套在筒体外的钢制壳体构成；四个部分的各钢制壳体均通过法兰连接构成一个整体外壳，各石墨筒体连接导通构成一个石墨内胆；所述第一氯化氢合成段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层；第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层底部具有一个下层冷却水循环进口；所述第二氯化氢合成段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个淡盐水循环加热夹套层；该淡盐水循环加热夹套层上部具有一淡盐水湿蒸汽出口，下部具有一淡盐水回流进口以及至少一淡盐水补充进口；该淡盐水补充进口由淡盐水高压泵通过管道H进行供液；所述第三氯化氢合成段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层，第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层上部具有一个下层冷却水循环出口；该第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层与第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层通过管道C连通构成一个下层冷却水循环夹套层；所述氯化氢冷却段的钢制壳体与石墨筒体之间形成一个氯化氢冷却段冷却水循环夹套层，氯化氢冷却段冷却水循环夹套层的底部和顶部分别设有上层冷却水循环进口和上层冷却水循环出口；氯化氢冷却段的钢制壳体下部上设置有与其内部石墨筒体连通的氯化氢出口，氯化氢冷却段的钢制壳体底部上设置有与其内部石墨筒体连通的冷凝酸出口。
优选的，所述第二氯化氢合成段的淡盐水循环加热夹套层底端设置有第二排净口,该第二排净口通过管道G接入一个淡盐水储罐。
优选的，所述第二氯化氢合成段的管道H上还配备有供液气动阀。
优选的，所述氯化氢冷却段的氯化氢出口通过向上的管道D接入氯化氢用气管道，冷凝酸出口通过向下的管道E接入一个冷凝酸槽；且管道D通过降液管与其下方的管道E连通。
优选的，所述淡盐水浓缩用闪发罐的第一排净口通过管道F接入一淡盐水储罐，且在管道F上设置有取样口。
优选的，所述淡盐水浓缩用闪发罐的第一排净口高出第二氯化氢合成段的淡盐水湿蒸汽出口1~2m。
本发明的优点在于：
【1】利用氯化氢合成淡盐水浓缩炉和淡盐水浓缩用闪发罐组成的浓缩系统，其在制备氯化氢气体的过程中， 利用反应的热量来浓缩淡盐水，并生成饱和蒸汽，无须采用冷却循环水来吸收反应生成的大部分热量，大大降低了冷却循环水的消耗，减少水资源的消耗，降低成本。
【2】氯化氢合成淡盐水浓缩炉采用第一氯化氢合成段、第二氯化氢合成段、第三氯化氢合成段和氯化氢冷却段四个部分，在第一、三氯化氢合成段采用冷却循环水进行反应的吸热冷却，而在热量最大的第二部分则采用淡盐水冷却，同时，利用该热量对淡盐水进行集中浓缩；而最上部为氯化氢冷却段，在对氯化氢气体冷却的同时，并通过稀盐酸与降温后的氯化氢气体混合制备浓盐酸。
【3】本发明的基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统既能够直接制得成品盐酸，又能够通过夹套结构与闪发罐配合副产饱和蒸汽，同时，对淡盐水进行浓缩，实现氯化氢合成、制酸、副产蒸汽以及浓缩淡盐水四合一的功能，大大简化设备投入，合理整合资源，降低成本。
【4】氯化氢冷却段氯化氢出口的管道D与冷凝酸出口的管道E之间接入降液管，部分湿氯化氢气体在通过管道D时被分离出冷凝酸，该冷凝酸通过降液管和管道E直接流入冷凝酸槽。
【5】 淡盐水浓缩用闪发罐第一排净口的管道F上设置有取样口，以便在进行浓缩过程中准确取样，进而便于控制系统精准的控制浓缩过程和结果，确保浓缩质量。
附图说明
图1为本发明中基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统结构示意图。
图2为本发明中氯化氢合成淡盐水浓缩炉结构示意图。
图3为本发明中淡盐水浓缩用闪发罐结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，包括氯化氢合成淡盐水浓缩炉1和淡盐水浓缩用闪发罐2，氯化氢合成淡盐水浓缩炉1自下而上依次分为氯化氢合成段和氯化氢冷却段，该氯化氢合成段具有一个用于吸收氯化氢合成段热量且位于氯化氢合成段高温部分的淡盐水循环加热夹套层，淡盐水循环加热夹套层上部具有一淡盐水湿蒸汽出口j，下部具有一淡盐水回流进口y以及至少一淡盐水补充进口i；
淡盐水浓缩用闪发罐2的罐体顶端中心具有一个蒸汽出口22a，罐体侧壁具有一位于侧壁上部的淡盐水湿蒸汽进口21a以及一位于侧壁底部的淡盐水回流出口21b，罐体底端具有一个浓盐水出口23a以及一低于浓盐水出口的第一排净口23b；
上述淡盐水湿蒸汽出口j通过管道A与淡盐水湿蒸汽进口21a连通，淡盐水回流进口y通过管道B与淡盐水回流出口21b连通，进而构成一个淡盐水热浓缩循环通道。
本发明中，氯化氢合成淡盐水浓缩炉1的具体结构如图2所示：自下而上主要分为第一氯化氢合成段11、第二氯化氢合成段12、第三氯化氢合成段13和氯化氢冷却段14四个部分，其均由石墨筒体及套在筒体外的钢制壳体构成；四个部分的各钢制壳体均通过法兰连接构成一个整体外壳，各石墨筒体连接导通构成一个石墨内胆。
第一氯化氢合成段11的钢制壳体111与石墨筒体112之间形成一个第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层；并在第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层底部具有一个下层冷却水循环进口e；
第二氯化氢合成段12的钢制壳体121与石墨筒体122之间形成一个淡盐水循环加热夹套层；该淡盐水循环加热夹套层上部具有一淡盐水湿蒸汽出口j，下部具有一淡盐水回流进口y以及至少一淡盐水补充进口i；该淡盐水补充进口i由淡盐水高压泵通过管道H进行供液，并在管道H上还配备有供液气动阀121，该供液气动阀121根据淡盐水浓缩用闪发罐2的液位进行启闭补充淡盐水。此外，在第二氯化氢合成段12的淡盐水循环加热夹套层底端设置有第二排净口h通过管道G接入一个淡盐水储罐。
第三氯化氢合成段13的钢制壳体131与石墨筒体132之间形成一个第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层，第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层上部具有一个下层冷却水循环出口l；该第三氯化氢合成段冷却水循环夹套层与第一氯化氢合成段冷却水循环夹套层通过管道C连通构成一个下层冷却水循环夹套层；
上述氯化氢冷却段14的钢制壳体141与石墨筒体142之间形成一个氯化氢冷却段冷却水循环夹套层，氯化氢冷却段冷却水循环夹套层的底部和顶部分别设有上层冷却水循环进口n和上层冷却水循环出口q；氯化氢冷却段14的钢制壳体下部上设置有与其内部石墨筒体连通的氯化氢出口p，氯化氢冷却段14的钢制壳体底部上设置有与其内部石墨筒体连通的冷凝酸出口o。
作为本发明更具体的实施方式，在氯化氢冷却段14的氯化氢出口p通过向上的管道D接入氯化氢用气管道，冷凝酸出口o通过向下的管道E接入一个冷凝酸槽；为了避免部分湿氯化氢气体在通过管道D时被冷凝酸堵塞， 将管道D通过降液管141与其下方的管道E连通，使得冷凝酸通过降液管和管道E顺利流入冷凝酸槽。
本发明中，淡盐水浓缩用闪发罐2具体结构为：其包括筒体21、上封头22、下封头23，筒体21的上、下端分别焊接上封头22、下封头23构成一个密闭的容器。
在上封头2的顶端中心设置有蒸汽出口22a，以及安全阀口22b和现场压力计口22c。
筒体21的侧壁中部设置有淡盐水湿蒸汽进口21a，筒体21的侧壁底部设置有淡盐水回流出口21b，且该淡盐水回流出口21b位于淡盐水湿蒸汽进口21a对面，筒体21侧壁的上部还设置有运转压力计口21c。
筒体21的上部内置有一除沫网24，且筒体21顶部内置有位于除沫网24上方的冷却水喷淋头，该冷却水喷淋头与一冷却水循环管道连通。
另外，为了精确的控制淡盐水湿蒸汽的进液量，筒体21的侧壁分别设置有第一运转液位计接口组以及第二运转液位计接口组, 且第一运转液位计接口组21d、第二运转液位计接口组21e与筒体21轴线所形成的夹角为90°。
下封头23的底部设置有浓盐水出口23a，以及位于底端中心的第一排净口23b。
作为本发明更具体的实施方式，淡盐水浓缩用闪发罐2的第一排净口23b通过管道F接入一淡盐水储罐，该淡盐水储罐与第二排净口接入的淡盐水储罐为同一个，并在管道F上设置有取样口；另外该第一排净口23b高出第二氯化氢合成段12的淡盐水湿蒸汽出口j1~2m。
工作原理：
淡盐水通过淡盐水高压泵和管道H进入氯化氢合成淡盐水浓缩炉的淡盐水循环加热夹套层，氯化氢合成淡盐水浓缩炉在用氢气与氯气燃烧制备氯化氢气体的过程中放出大量的热，该热量大部分由淡盐水循环加热夹套层内的淡盐水吸收，形成高温高压淡盐水湿蒸汽；
淡盐水湿蒸汽通过管道A进入淡盐水浓缩用闪发罐，由于压力骤降，使得淡盐水发生蒸发现象，淡盐水中的水分被蒸发形成蒸汽从淡盐水浓缩用闪发罐顶部排出，而含盐量有所提高的淡盐水继续通过淡盐水回流出口回流至氯化氢合成淡盐水浓缩炉的淡盐水循环加热夹套层继续加热加压，以便再次进入淡盐水浓缩用闪发罐内进行蒸发。
在不断的蒸发、浓缩过程中，液位逐渐降低，利用淡盐水浓缩用闪发罐罐体侧壁的液位计监测其内部液位，当液位低于设定值时，则通过供液气动阀控制管道H导通，为淡盐水热浓缩循环通道补充淡盐水；
定时从管道F的取样口采集淡盐水浓缩用闪发罐中的盐水，在淡盐水含盐量逐步提高至要求浓度的浓盐水时，可将其从下封头底部的浓盐水出口排出。
表一：下表示出了采用本发明淡盐水热浓缩系统制备浓盐水与其他常规方式制备浓盐水的各项对比：

结论：本发明淡盐水热浓缩系统与热泵浓缩技术均采用卤水进行浓缩，添加少量固体盐，原料成本低；另外，淡盐水热浓缩系统的浓缩成本较热泵浓缩技术更低，且投入成本小。
本发明基于氯化氢合成的淡盐水热浓缩系统的附加经济效益，以氯化氢产量150t/d为例：
（1）副产蒸汽：每吨氯化氢能够副产0.65吨压力在0.6~0.9MPaGd 的饱和蒸汽，单个热浓缩系统平均副产蒸汽4.1t/h，年产月32800t/a，按150元/吨蒸汽计，可以增加效益492万元；同时，氯化氢合成反应的热量是通过淡盐水来吸收的，减少了循环冷却水系统投资、运行以及循环水消耗费用，副产蒸汽用纯水费用等，全年可累计增加附加效益597万元左右。
（2）浓缩淡盐水：以200g/l的淡盐水为例，其经过吸收氯化氢合成的热量，能够蒸发出4.1t/h的水分，即能够将13.9t/h的淡盐水（即浓度200g/l）浓缩成9.7t/h的浓盐水（浓度300g/l）。目前采用较先进的热泵蒸发工艺，其每蒸发1吨水，正常生产成本为30元，而采用本发明淡盐水热浓缩系统能够解决成本约100万元，且无需额外热泵蒸发设备投资。
（3）提升离子膜电解液含盐量时淡盐水或卤水用量：由于每吨100%烧碱盐耗在1500kg；每吨氯化钠固体成本为250-280元，而每含一吨盐的淡盐水或卤水成本为150-180元，而本发明淡盐水热浓缩系统能够直接将淡盐水浓缩至浓度300g/l的浓盐水，添加及少量固体盐，即全部或绝大部分采用淡盐水制备；能够配套100%烧碱1.69t/h，全年配套1.35万吨100%烧碱能力，采用全部或绝大部分淡盐水或卤水生产，全年降低生产成本200万元左右。