本發(fā)明涉及一種碳中和能源動(dòng)力體系驅(qū)動(dòng)的海水濃縮提溴工藝系統(tǒng)，屬于鹽化工及新能源。

背景技術(shù)：

1、雙碳政策背景下，各經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部門(mén)均紛紛發(fā)展和采用適合節(jié)能減排技術(shù)，以最終達(dá)到碳中和目標(biāo)，特別是很多需要耗費(fèi)較多熱能驅(qū)動(dòng)的工業(yè)企業(yè)，尤其需要從根本上尋求通往碳中和之路的技術(shù)途徑和方法，“新能源革命”已成時(shí)代發(fā)展的必然選擇。在這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)背景下，鹽化工產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始探尋可能的碳中和實(shí)施路徑，本專利旨在針對(duì)其中的海水濃縮提溴生產(chǎn)車間如何關(guān)停蒸汽鍋爐，通過(guò)大幅調(diào)整能源生產(chǎn)使用方式、構(gòu)建新的熱工流程及采用新能源電力驅(qū)動(dòng)等，實(shí)現(xiàn)全新的能源供應(yīng)與驅(qū)動(dòng)體系，跨入碳中和時(shí)代。

2、海水濃縮提溴的基本原理、工藝流程及能量生產(chǎn)輸配使用與排放情況簡(jiǎn)介如下。

3、基于海水制鹽的鹽化工廠可由海水或制鹽后的濃縮苦鹵中提取溴、鋰等物質(zhì)，其中通常采用的“氯氣氧化空氣吹出法制溴”的基本原理如下。

4、在酸性條件下，用氯氣作氧化劑，溴離子（br-）被氧化成溴分子(br2)，離子反應(yīng)式如下。

5、2br-＋cl2=?br2＋2?cl-。

6、游離出來(lái)的溴用空氣吹出，故稱空氣吹出法。

7、酸性制溴是以二氧化硫作吸收劑，加以淡水噴霧輔助吸收空氣與溴的混合氣，吸收完成液稱為初級(jí)酸，化學(xué)反應(yīng)式如下。

8、br2＋so2＋2h2o=2hbr＋h2so4。

9、將初級(jí)酸通入氯氣氧化，重新游離出溴，并生成鹽酸，化學(xué)反應(yīng)式如下。

10、2hbr＋cl2=2hcl＋br2。

11、最后用水蒸汽將溴蒸餾出來(lái)，經(jīng)冷凝分離，得成品溴。

12、工藝流程描述如下。

13、海水（鹵水）用泵輸送到吹出塔，稀酸和氯氣加入泵的出口管道內(nèi)，混合后的酸化氯化鹵水吹出塔上部噴淋而下，鼓風(fēng)機(jī)將空氣由塔底鼓入，當(dāng)鹵水與空氣接觸時(shí)，使鹵水中的游離溴被解析吹出。吹出廢液由吹出塔底排出進(jìn)入鹽田曬鹽。由吹出塔頂排出的混合氣體送入吸收塔，被二氧化硫、水霧進(jìn)行混合吸收，形成的完成液稱為初級(jí)酸，匯入貯酸池，經(jīng)捕沫器凈化后的空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓動(dòng)，進(jìn)入吹出塔底部，在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。初級(jí)酸從蒸餾塔頂部加入，水蒸汽和氯氣從塔底通入，初級(jí)酸自上而下沿填料流動(dòng)時(shí)與自下而上的氯氣、水蒸汽接觸，不斷被氧化、蒸餾，溴與水蒸氣混合氣從塔頂排出，經(jīng)冷凝分離，制得液溴，粗溴水則返回吸收塔繼續(xù)循環(huán)。

14、其中，氯氣通常由液氯通過(guò)水浴槽氣化制得，工藝方法如下：將液氯送入水浴瓶?jī)?nèi)，其上瓶嘴子與氯氣卡子連接緊密，將氯氣水浴槽灌水并使用蒸汽對(duì)槽內(nèi)水進(jìn)行加熱，通過(guò)電磁閥控制溫度在75℃-83℃，該溫度區(qū)間可實(shí)現(xiàn)液氯氣化并避免生成三氯化氮爆炸物，氣化后的氯氣供出。

15、so2氣體的制備工藝如下：硫磺通過(guò)布料器進(jìn)入到硫磺燃燒爐，與鼓入的空氣中氧氣在高溫下燃燒，生成二氧化硫氣體，經(jīng)過(guò)空氣冷卻、循環(huán)水水洗冷卻，溫度控制70℃以下，然后進(jìn)入吹吸塔進(jìn)行還原吸收，制取制溴完成液。

16、提溴蒸餾工序如下：完成液經(jīng)回收液預(yù)熱后，進(jìn)入蒸餾塔被氯氣氧化，同時(shí)進(jìn)行水蒸汽蒸餾，溴被蒸出，塔頂溫度控制在80-90℃，冷凝后制得粗溴，蒸溴回收液經(jīng)鹵水換熱冷卻后進(jìn)入收集池，然后用于鹵水酸化。

17、上述傳統(tǒng)海水提溴工藝中存在明顯的能源浪費(fèi)，例如：硫磺燃燒爐制備so2氣體時(shí)的高溫?zé)煔猓蛇_(dá)600～700℃級(jí)）因腐蝕性強(qiáng)、煙氣量小，通常不予回收，而是直接進(jìn)入水洗塔噴淋降溫到50～60℃級(jí)；而排出的廢硫酸液sh1因其腐蝕性極強(qiáng)、流量小且溫度品位低，而通常也不進(jìn)行回收，最終白白浪費(fèi)；提溴蒸餾塔排出的蒸溴回收液雖然通常設(shè)置特種換熱器回收了一部分余熱，但因原有的特種換熱器的傳熱性能很差、造價(jià)很高，余熱回收量相對(duì)較小，使得蒸溴回收液的排出溫度通常仍然高達(dá)50～60℃以上，其低溫段余熱仍然白白浪費(fèi)，同時(shí)導(dǎo)致加入的水蒸氣相對(duì)較多、能耗及運(yùn)行費(fèi)用較大?？傊?，由于有關(guān)煙氣及外排工藝水帶有很強(qiáng)的腐蝕性、且流量較小，導(dǎo)致占很大比例的各類余熱資源白白浪費(fèi)，在目前雙碳政策背景下，更有必要進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的和任務(wù)是，針對(duì)上述海水提溴工藝中存在的固有技術(shù)限制，采用全新的能源生產(chǎn)輸配使用方法，從根本上摒棄基于化石能源驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為符合碳中和時(shí)代要求的全新的能源動(dòng)力體系。

2、本發(fā)明的具體描述是：一種碳中和能源動(dòng)力體系驅(qū)動(dòng)的海水濃縮提溴工藝系統(tǒng)，由原海水濃縮及空氣吹出法提溴子系統(tǒng)、原硫磺燃燒爐制備so2煙氣子系統(tǒng)、原液氯氣化子系統(tǒng)、原提溴蒸餾制備液溴子系統(tǒng)和燃燒爐高溫余熱閃蒸產(chǎn)汽鍋爐子系統(tǒng)、提溴蒸餾工藝余熱深度回收子系統(tǒng)及其連接管路與部件組成，其中原海水濃縮及空氣吹出法提溴子系統(tǒng)包括鹽田40、苦鹵泵41、空氣吹出塔42及其連接管路與部件，原液氯氣化子系統(tǒng)包括液氯氣化罐50、水浴槽51及其連接管路與部件，原硫磺燃燒爐制備so2煙氣子系統(tǒng)包括硫磺燃燒爐1、煙灰沉降罐2、高溫so2煙道3、水洗塔4、凈so2煙氣管5、羅茨鼓風(fēng)機(jī)6、水洗泵7、吸收塔9及其連接管路與部件，原提溴蒸餾制備液溴子系統(tǒng)包括提溴蒸餾塔31、溴蒸汽排氣管32、溴蒸汽冷凝器33、廢液泵34、原廢液熱回收器35及其連接管路與部件，其特征在于，所述的燃燒爐高溫余熱閃蒸產(chǎn)汽鍋爐子系統(tǒng)包括換熱套筒20、換熱套管26、微型高溫余熱熱水鍋爐10、給水泵16、閃蒸罐23、送風(fēng)機(jī)21、壓縮工質(zhì)儲(chǔ)氣罐22、混合風(fēng)門(mén)19及其連接管路與部件，所述的提溴蒸餾工藝余熱深度回收子系統(tǒng)包括高效防腐深度熱回收器36、高溫?zé)岜弥普羝b置37、新能源電熱蒸汽爐38及其連接管路與部件；其中所述的空氣吹出塔42上部的進(jìn)料口分別與硫酸sh的進(jìn)水管、氯氣cl的進(jìn)氣管和苦鹵泵41的出口相通，苦鹵泵41的進(jìn)口與鹽田40的苦鹵出口相連，鹽田40設(shè)有海水ws的進(jìn)口、粗鹽na的出口，空氣吹出塔42下部設(shè)置有環(huán)境空氣a的進(jìn)口，底部設(shè)置有酸性廢水p的排水口，頂部為溴與空氣混合氣bra的排氣口，并與吸收塔9下部的溴與空氣混合氣bra的進(jìn)氣口相連；空氣吹出塔42的氯氣cl的進(jìn)氣口與液氯氣化罐50的氯氣出口相連，液氯氣化罐50的下部設(shè)置于液氯cly的將可望，液氯氣化罐50設(shè)置于水浴槽51的槽內(nèi)，水浴槽51設(shè)置有熱源汽/水h1的進(jìn)口和熱源退水h2的出口；所述的吸收塔9的上部設(shè)置有吸收噴淋水r的進(jìn)口，底部設(shè)置有完成液brh的排液口，頂部設(shè)置有凈so2煙氣s2的進(jìn)氣口；所述的硫磺燃燒爐1的進(jìn)風(fēng)端設(shè)置有硫磺s的進(jìn)口和空氣進(jìn)口，其中空氣進(jìn)口通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機(jī)6與環(huán)境空氣a相通，硫磺燃燒爐1的排煙端設(shè)置有高溫so2煙氣s1的出口，并與煙灰沉降罐2的進(jìn)口相連，煙灰沉降罐2的出口與高溫so2煙道3的進(jìn)口相連，高溫so2煙道3與所述的水洗塔4的連接處為降溫so2煙氣s3，水洗塔4的頂部排氣口通過(guò)凈so2煙氣管5與吸收塔9的頂部進(jìn)氣口相連，水洗塔4的底部出液口與水洗泵7的進(jìn)口相連，水洗泵7的出口分別與水洗塔4的循環(huán)水進(jìn)口、補(bǔ)水b的來(lái)水管和廢硫酸液sh1的排水管相連；所述的高溫so2煙道3的管道外側(cè)設(shè)置一個(gè)換熱套管26，兩者之間的封閉式環(huán)狀空間為換熱工質(zhì)進(jìn)行流動(dòng)換熱的區(qū)域，其中換熱套管26的進(jìn)氣口設(shè)置在降溫so2煙氣s3所在的一端，換熱套管26的出氣口設(shè)置在高溫so2煙氣s1所在的進(jìn)風(fēng)口一端；硫磺燃燒爐1的殼體外側(cè)設(shè)置一個(gè)換熱套筒20，兩者之間的封閉式環(huán)狀空間為換熱工質(zhì)進(jìn)行流動(dòng)換熱的區(qū)域，其中換熱套筒20的進(jìn)氣口設(shè)置在硫磺燃燒爐1的出煙口一端，換熱套筒20的出氣口設(shè)置在硫磺燃燒爐1的進(jìn)風(fēng)口一端；換熱套筒20的出氣口與混合風(fēng)門(mén)19的高壓進(jìn)口和微型高溫余熱熱水鍋爐10的進(jìn)口整流段11的進(jìn)口相連，微型高溫余熱熱水鍋爐10還包括外殼12、超大溫差換熱器13和出口漸縮段，出口漸縮段的中溫?fù)Q熱工質(zhì)出口與混合風(fēng)門(mén)19的低壓出口、送風(fēng)機(jī)21的進(jìn)口和壓縮工質(zhì)儲(chǔ)氣罐22的出氣口相連，送風(fēng)機(jī)21的出氣口與換熱套管26的進(jìn)氣口相連，換熱套管26的出氣口與換熱套筒20的進(jìn)氣口相連；其中超大溫差換熱器13的進(jìn)水口與給水泵16的出口相連，超大溫差換熱器13的出水口與閃蒸罐23的高溫水進(jìn)口相連，閃蒸罐23的中溫水出口與給水泵16的進(jìn)口和除鹽水補(bǔ)水bc的供水管相通，閃蒸罐23頂部的二次蒸汽q2的出口分別與水浴槽51的熱源汽/水h1的進(jìn)口、提溴蒸餾塔31的加熱蒸汽q的進(jìn)口、新能源電熱蒸汽爐38的一次蒸汽q1的出口和高溫?zé)岜弥普羝b置37的第三蒸汽q3的出口相連；其中新能源電熱蒸汽爐38還設(shè)置有電鍋爐補(bǔ)水w2的進(jìn)口，新能源電熱蒸汽爐38的的內(nèi)部設(shè)置于電熱器39，電熱器39的兩端分別與新能源電源e的電源線相連；所述的高效防腐深度熱回收器36的低溫側(cè)進(jìn)口通過(guò)完成液brh的供液管與吸收塔9底部的排液口相連，高效防腐深度熱回收器36的低溫側(cè)出口與原廢液熱回收器35的低溫側(cè)進(jìn)口相連，原廢液熱回收器35的低溫側(cè)出口與提溴蒸餾塔31上部的料液進(jìn)口相連，提溴蒸餾塔31下部的氯氣cl的進(jìn)口與液氯氣化罐50的氯氣出口相連，提溴蒸餾塔31的底部料液出口與廢液泵34的進(jìn)口相連，廢液泵34的出口與原廢液熱回收器35的高溫側(cè)進(jìn)口相連，原廢液熱回收器35的高溫側(cè)出口與高效防腐深度熱回收器36的高溫側(cè)進(jìn)口相連，高效防腐深度熱回收器36的高溫側(cè)出口與提溴廢液sh2的退水管相通；提溴蒸餾塔31的頂部為溴與水蒸氣混合氣br1的聚集區(qū)，頂部出氣口通過(guò)溴蒸汽排氣管32與溴蒸汽冷凝器33上部的進(jìn)氣口相連，溴蒸汽冷凝器33下部出液口與液溴br的出水管相通，溴蒸汽冷凝器33的底部的粗溴水br2的出液口與提溴蒸餾塔31上部的料液進(jìn)口相連；溴蒸汽冷凝器33的冷卻水出水口通過(guò)冷卻退水c2的退水管與高溫?zé)岜弥普羝b置37的低溫?zé)嵩催M(jìn)口相連，溴蒸汽冷凝器33的冷卻水進(jìn)水口通過(guò)冷卻來(lái)水c1的來(lái)水管與高溫?zé)岜弥普羝b置37的低溫?zé)嵩闯鏊噙B，高溫?zé)岜弥普羝b置37的制熱側(cè)進(jìn)口與熱泵給水w3的來(lái)水管相通，高溫?zé)岜弥普羝b置37的制熱側(cè)出口為第三蒸汽q3的出口。

3、超大溫差換熱器13的出水管段上設(shè)置有安全閥組14、供水溫度傳感器15，硫磺燃燒爐1的煙氣出口管段上設(shè)置于燃燒爐排煙溫度傳感器17，送風(fēng)機(jī)21的出口管段上設(shè)置有混煙溫度傳感器18，高溫so2煙道3與所述的水洗塔4的連接處設(shè)置有中溫?zé)煔鈧鞲衅?7；其中所述的供水溫度傳感器15的運(yùn)行溫度由給水泵16出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制，混煙溫度傳感器18的低限溫度由混合風(fēng)門(mén)19的開(kāi)度控制；燃燒爐排煙溫度傳感器17的低限溫度和中溫?zé)煔鈧鞲衅?7的低限溫度均由送風(fēng)機(jī)21通過(guò)變頻器或進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉調(diào)整的流量控制。

4、壓縮工質(zhì)儲(chǔ)氣罐22內(nèi)的工質(zhì)為高壓氮?dú)饣驂嚎s空氣。

5、換熱套筒20的材質(zhì)為碳鋼或鍋爐鋼，外部設(shè)置或不設(shè)置保溫層；換熱套管26的材質(zhì)為碳鋼或鍋爐鋼，外部設(shè)置保溫層。

6、超大溫差換熱器13采用蛇形盤(pán)管結(jié)構(gòu)、橫向或縱向管束結(jié)構(gòu)、板式結(jié)構(gòu)或管板式結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用橫向或縱向管束結(jié)構(gòu)時(shí)的換熱管采用光管或翅片管結(jié)構(gòu)；超大溫差換熱器13的換熱材質(zhì)采用碳鋼、nd鋼、不銹鋼304或不銹鋼316l。

7、給水泵16的材質(zhì)采用高溫鑄鐵泵或不銹鋼水泵。

8、高效防腐深度熱回收器36采用高效石墨烯塑料管換熱器；原廢液熱回收器35采用碳化硅換熱器、玻璃換熱器和/或氟塑料換熱器。

9、高溫?zé)岜弥普羝b置37的熱泵主機(jī)采用單級(jí)電壓縮式高溫?zé)岜眯褪?，并串?lián)電加熱器產(chǎn)生水蒸氣。

10、本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和有益效果如下。

11、（1）采用全新的能源生產(chǎn)輸配使用方法實(shí)現(xiàn)海水濃縮提溴的工藝用能及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，包括大幅調(diào)整工藝生產(chǎn)中的能源生產(chǎn)輸配使用工藝流程、通過(guò)節(jié)能措施大幅降低能耗、通過(guò)采用余熱制蒸汽、熱泵制蒸汽、新能源發(fā)電及電熱制蒸汽等，從根本上摒棄基于化石能源驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)，從而使該領(lǐng)域跨入碳中和能源動(dòng)力時(shí)代。

12、（2）針對(duì)高溫so2煙氣具有很強(qiáng)的腐蝕性問(wèn)題，本專利基于酸露點(diǎn)控制法，確保與煙氣接觸的硫磺燃燒爐殼體內(nèi)壁及鍋爐排煙管道的溫度始終維持在酸露點(diǎn)以上，從而確保不會(huì)出現(xiàn)酸露點(diǎn)腐蝕，保證余熱回收過(guò)程中原有設(shè)備系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題。

13、（3）本專利采用硫磺燃燒爐外殼及其后的高溫?zé)煔夤艿劳鈧?cè)設(shè)置套筒、并通過(guò)環(huán)狀區(qū)域進(jìn)行換熱的方式，換熱介質(zhì)為氮?dú)饣蚩諝?，無(wú)腐蝕性問(wèn)題，因此可采用常用的鍋爐鋼等碳鋼、nd鋼、不銹鋼304或不銹鋼316l等作為換熱管管材，從而極大地降低了換熱器及整個(gè)余熱鍋爐的加工難度和造價(jià)，解決了硫磺燃燒爐煙氣余熱回收的難題。

14、（4）該余熱鍋爐可制取高參數(shù)的余熱水，也可通過(guò)閃蒸罐制取0.1～0.6mpa級(jí)的飽和濕蒸汽，更便于回用于工藝生產(chǎn)。

15、（5）通過(guò)精準(zhǔn)控制最關(guān)鍵的鍋爐供水溫度以滿足外供熱源的參數(shù)需要；控制套筒進(jìn)氣溫度和燃燒爐排煙溫度以避免出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕性問(wèn)題，保證了設(shè)備安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行，提高了了使用壽命，顯著降低了全周期運(yùn)行成本。