氯乙烯生產(chǎn)過程中廢熱利用技術(shù)探索

劉海濤，趙　清（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北唐山063305）

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氯乙烯生產(chǎn)過程中廢熱利用技術(shù)探索

劉海濤，趙清
（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北唐山063305）

摘要：介紹了電石法聚氯乙烯生產(chǎn)過程中對(duì)于氯乙烯合成反應(yīng)熱實(shí)施綜合利用的初步研究成果。

關(guān)鍵詞：廢熱；無動(dòng)力；熱水；循環(huán)；轉(zhuǎn)化

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“三友氯堿”）成立于2005年1月11日，總資產(chǎn)30億元。經(jīng)過10年來的持續(xù)擴(kuò)建，三友氯堿已擁有40萬t/a通用聚氯乙烯、50萬t/a燒堿、5萬t/a特種樹脂生產(chǎn)能力。隨著樹脂產(chǎn)能的增加，三友氯堿在化工生產(chǎn)中用于廢熱處理的成本也在增多，既浪費(fèi)了公用工程資源，也不利于節(jié)能減排。

根據(jù)氯乙烯轉(zhuǎn)化工藝和設(shè)備特點(diǎn)，三友氯堿工程技術(shù)人員對(duì)氯乙烯轉(zhuǎn)化反應(yīng)廢熱利用進(jìn)行了重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)，擬從源頭削減能源的無效排放，實(shí)現(xiàn)能源綜合利用。

1　熱水無動(dòng)力循環(huán)技術(shù)研究

傳統(tǒng)的氯乙烯轉(zhuǎn)化工藝中，熱水循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要通過熱水泵強(qiáng)制循環(huán)將轉(zhuǎn)化器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)熱移出。熱水循環(huán)冷卻系統(tǒng)有效能耗主要是低溫?zé)崮艿臒o效浪費(fèi)和熱水泵的運(yùn)行。因此，三友氯堿把攻關(guān)重心放在充分利用轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱、實(shí)現(xiàn)熱水系統(tǒng)循環(huán)方面。

利用水的密度與溫度變化的關(guān)系，結(jié)合對(duì)流效應(yīng)，開發(fā)了熱水無動(dòng)力自循環(huán)技術(shù)。其具體工藝為：轉(zhuǎn)化器中的冷卻水吸收氯乙烯化學(xué)反應(yīng)熱，溫度上升，密度降低，通過管道對(duì)流至高位閃蒸罐；進(jìn)入閃蒸罐后，冷卻水周邊水壓降低，部分氣化，熱量以蒸汽形式引出；與此同時(shí)，冷卻水溫度降低，密度增加，通過閃蒸罐底部的回水管，重新進(jìn)入轉(zhuǎn)化器吸收化學(xué)反應(yīng)熱。

本項(xiàng)技術(shù)的核心在于利用水溫度與密度關(guān)系，以熱量作為推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器內(nèi)外熱水系統(tǒng)的無動(dòng)力循環(huán)，從而有效減少外部的動(dòng)力需求。三友氯堿在技術(shù)推廣應(yīng)用過程中對(duì)熱水無動(dòng)力循環(huán)技術(shù)進(jìn)行了完善：在每臺(tái)轉(zhuǎn)化器上方增加1臺(tái)閃蒸罐，保持原循環(huán)熱水的流程不變，將出轉(zhuǎn)化器的熱循環(huán)水接入閃蒸罐，閃蒸罐底部管道與通入反應(yīng)器的熱水入口相連接，閃蒸罐中部管道與原熱水返回管道相連，閃蒸罐頂部為出汽口，實(shí)現(xiàn)熱推動(dòng)的冷卻水自然循環(huán)。

與強(qiáng)制循環(huán)技術(shù)相比，熱水無動(dòng)力自循環(huán)技術(shù)不僅大幅度降低了動(dòng)力消耗，也穩(wěn)定了冷卻水相態(tài)，避免形成汽液混合物損害動(dòng)力設(shè)備和管道。三友氯堿一期10萬t/a氯乙烯生產(chǎn)裝置采用熱水強(qiáng)制循環(huán)，使用4臺(tái)大功率熱水泵；而采用了熱水無動(dòng)力自循環(huán)技術(shù)后，只需使用1臺(tái)熱水泵即可滿足生產(chǎn)要求；同時(shí)，采用了冷卻水自循環(huán)技術(shù)后，轉(zhuǎn)化器列管受熱水沖刷和電化腐蝕程度也大為減輕，延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)化器的使用壽命。

2　熱水無動(dòng)力循環(huán)廢熱回收

在熱水無動(dòng)力循環(huán)技術(shù)實(shí)施后，雖然節(jié)約了動(dòng)力消耗，但是閃蒸出的廢蒸汽蘊(yùn)含大量反應(yīng)熱，卻沒有得到有效利用。據(jù)調(diào)研了解，蒸汽型溴化鋰熱制冷技術(shù)已實(shí)現(xiàn)成熟應(yīng)用，但蒸汽溴化鋰熱源介質(zhì)需要有一定的壓力，閃蒸廢蒸汽無法滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

確定如下技術(shù)方案：廢蒸汽通過管道輸送至除氧塔，采用錯(cuò)流的方式加熱溫水型溴化鋰機(jī)組熱水回水，將廢蒸汽熱量轉(zhuǎn)用于溴化鋰機(jī)組制冷。溴化鋰機(jī)組利用廢蒸汽制取7℃水，供應(yīng)生產(chǎn)和生活需要，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用，達(dá)到節(jié)能降耗的預(yù)期目標(biāo)。

3　熱水無動(dòng)力循環(huán)技術(shù)優(yōu)化

完善后熱水無動(dòng)力循環(huán)工藝流程見圖1。轉(zhuǎn)化的熱水通過熱水泵分別送至轉(zhuǎn)化器和溴化鋰機(jī)組；轉(zhuǎn)化器副產(chǎn)蒸汽與溴化鋰機(jī)組的熱水回水一同進(jìn)入除氧塔。在除氧塔中，廢蒸汽將溴化鋰回水加熱并除氧，通過在除氧塔下部的熱水罐又回至熱水循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料和熱量的平衡。

圖1　熱水無動(dòng)力循環(huán)工藝流程圖

裝置運(yùn)行后，系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，與舊工藝相比節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯，但存在氣錘現(xiàn)象，更換新觸媒后情況尤其明顯。經(jīng)過研究分析，認(rèn)為單位時(shí)間反應(yīng)熱多，氣化速度快是造成氣錘現(xiàn)象的主要原因；更換新觸媒后，轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率更快，熱水氣化加速，氣錘現(xiàn)象就更嚴(yán)重。

針對(duì)上述原因，對(duì)無動(dòng)力循環(huán)進(jìn)行工藝優(yōu)化改造，在閃蒸罐溢流口上方開孔，使閃蒸罐內(nèi)的水不會(huì)進(jìn)入管道，即使單臺(tái)轉(zhuǎn)化器在低溫檢修期間也不會(huì)造成管道凍裂。另外，開孔位于液面以上，有利于氣水混合物的分離。將轉(zhuǎn)化器放氣口與閃蒸罐開孔直接用管道連接，轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應(yīng)劇烈時(shí)，熱水氣化后可以迅速通過該管道進(jìn)入閃蒸罐內(nèi)，避免氣錘現(xiàn)象發(fā)生，工藝簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2　無動(dòng)力循環(huán)改造后工藝流程簡(jiǎn)圖

4　實(shí)施效果

2014年，三友氯堿推廣應(yīng)用熱水無動(dòng)力循環(huán)技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行良好，生產(chǎn)穩(wěn)定。該項(xiàng)目攻克了氯乙烯合成廢熱綜合利用的技術(shù)難題，既保證了生產(chǎn)正常運(yùn)行，又實(shí)現(xiàn)了能源綜合利用，年可創(chuàng)效854萬元。

該技術(shù)關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)在于廢蒸汽進(jìn)入除氧塔與溴化鋰機(jī)組熱水回水進(jìn)行熱量交換的平衡溫度在93℃。應(yīng)用該技術(shù)后，氯乙烯轉(zhuǎn)化工序不再增加熱水循環(huán)泵，節(jié)約電能200萬kW·h/a。

5　結(jié)論

熱水無動(dòng)力循環(huán)技術(shù)減少了工業(yè)廢熱的排放，提升了廢棄資源的附加值，符合以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念指導(dǎo)企業(yè)發(fā)展，合理配置和循環(huán)綜合利用資源，節(jié)能降耗，科學(xué)發(fā)展的目標(biāo)。三友氯堿將持續(xù)改進(jìn)，不斷創(chuàng)新，優(yōu)化能源利用配置，以進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)能減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，逐步實(shí)現(xiàn)合理用能，按需供能，減少能源無效損失，提升能源管理水平。

Waste heat utilization technology research in production of vinyl chloride

LIU Hai-tao，ZHAO Qing
（Tangshan sanyou Chlor-alkali Co.，Ltd.，Tanshang 063305，China）

Abstract：This paper mainly introduces the process of production of vinyl chloride by calcium carbide method for the preliminary research on the comprehensive utilization of waste heat technology，technical methods and the present form.

Key words：waste heat；non-power；hot water；circulation；conversion

中圖分類號(hào)：TQ083+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-1785（2016）02-0044-02

收稿日期：2015-07-21