氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器的節(jié)能改造方案

于長洪　邢寬

摘 要：氯乙烯是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的一種化工原材料。在氯乙烯的制備過程中乙炔與氯化氫反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的熱量主要是通過與列管外部水溫高達(dá)95℃的熱水進(jìn)行熱交換的，傳統(tǒng)的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器在熱交換時所采用的水泵強(qiáng)制泵送方式熱交換效率低，從而導(dǎo)致能耗較大，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能增效需要對氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)行改造以提升氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化中的傳遞效率，本文在分析傳統(tǒng)氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器高能耗特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對如何通過對氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)行改造以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：氯乙烯轉(zhuǎn)化器 熱水強(qiáng)制循環(huán)工藝 熱水自循環(huán) 節(jié)能增效

中圖分類號：TQ222.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0074-02

在現(xiàn)今的氯乙烯制備工藝中，采用傳統(tǒng)的熱水強(qiáng)制循環(huán)工藝用以對氯乙烯制備過程中所產(chǎn)生的反應(yīng)熱是很多化工企業(yè)所采用的。在這一轉(zhuǎn)化過程中，氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器主要通過泵送法來完成對于氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化過程中熱水的循環(huán)，在這種泵送強(qiáng)制循環(huán)工藝中，所采用的泵送級較多從而導(dǎo)致氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器工作時能耗較高、耗電量巨大，為提升氯乙烯的制備量，降低氯乙烯反應(yīng)過程中的能耗，需要對傳統(tǒng)的強(qiáng)制泵送水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，以使得氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器在工作的過程中無需泵送來推動熱水流的流動，從而有效降低了氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器的能耗。

1 傳統(tǒng)氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器工序熱水強(qiáng)制泵送工藝所存在的缺陷

某傳統(tǒng)的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化熱水強(qiáng)制泵送循環(huán)工藝采用了48臺直徑達(dá)到Φ2400m的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器，強(qiáng)者熱水循環(huán)泵送采用4臺功率在75kW的熱水泵來實(shí)現(xiàn)，4臺熱水泵采用的是3開1備的工作方式，由于熱水循環(huán)泵長期處于工作狀態(tài)，導(dǎo)致熱水泵的能耗巨大，據(jù)統(tǒng)計，每年在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化工藝中因熱水泵所消耗掉的電能就高達(dá)kW/h。此外，在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化工藝中采用的強(qiáng)制泵水循環(huán)工藝會導(dǎo)致熱水泵長期處于高負(fù)荷的工作狀態(tài)，從而使得熱水循環(huán)泵的故障率極高。長時間使用后極易導(dǎo)致熱水循環(huán)泵因故障而停車，導(dǎo)致氯乙烯制備的停頓，影響氯乙烯的制備效率。傳統(tǒng)的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器在熱轉(zhuǎn)化過程中其中所得熱量大部分都會化成水蒸氣而消耗掉，僅有一小部分應(yīng)用精餾工序和熱散失，這大部分所損失掉的熱量會帶走大量的水汽，從而導(dǎo)致氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器中的熱水因濃度變高而導(dǎo)致水質(zhì)的變壞，同時熱水濃度的變高會使得氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器在排污時熱水中的緩蝕劑大量的損失。尤其是在夏天進(jìn)行氯乙烯制備時，氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器中的熱水槽溫度最高可以達(dá)到104℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常指標(biāo)所規(guī)定的范圍，從而極大地降低了氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器的熱交換效率，同時會造成氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器憋氣嚴(yán)重，需要時常對氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)行排汽操作，從而導(dǎo)致氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器可控性變差。因此，在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器工作時需要及時地移走反應(yīng)熱，從而使得氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器中的循環(huán)熱水進(jìn)行氣水分離，從而將氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器中的溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)的熱交換區(qū)間內(nèi)，這一舉措是氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器改造的關(guān)鍵也是核心。

2 氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器改造方案分析

2.1 氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器改造方案原理

做好對于氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器的改造需要將傳統(tǒng)的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器泵送熱水循環(huán)系統(tǒng)更改為熱水自循環(huán)的方式，從而減小氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化過程中所使用水泵所帶來的高能耗。在對傳統(tǒng)氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)行改造的過程中，僅需要在各處氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器上方加裝1臺小罐，在不改變原工藝的基礎(chǔ)上使得原循環(huán)熱水通過小罐底部的管道與之相連。將小罐的底部與原氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化熱水循環(huán)工藝中的循環(huán)熱水入水口相連接，而小罐的中部則需要與回水管相連接，在小罐的頂部設(shè)置出氣口，通過這一改造將能夠使得傳統(tǒng)的泵送強(qiáng)制水循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳脽崴芏炔顚?shí)現(xiàn)的自然循環(huán)，從而極大地降低了傳統(tǒng)的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器所帶來的能耗。

2.2 氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器改造的相關(guān)計算

在確定氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器改造相關(guān)參數(shù)時需要對氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器自循環(huán)工藝進(jìn)行計算。在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化工藝中1臺轉(zhuǎn)化器所能夠轉(zhuǎn)換的熱量如下：單臺轉(zhuǎn)化器每小時乙炔通量為11.5×0.6×30=207m3，按前臺90%轉(zhuǎn)化率計算單臺反應(yīng)放熱每小時實(shí)際反應(yīng)的乙炔體積為207×90%=186.3m3，換算物質(zhì)的量186.3m3×1000L/m3/22.4L/mol（理想狀態(tài)）=8316.96mol，前臺單臺反應(yīng)放熱8316.96mol×124.8kJ/mol=1.04×106kJ。單臺熱水流量L=1.04×106kJ/4.2kJ/kg·℃×2℃=1.23×105kg=123m3。其中熱損按15%計算可得熱水流量為123/（1-15%）=144m3/h。取熱水在水管中的流速為1m/s，因此，小罐出水管的內(nèi)徑為226mm，因此可以選用DN250的出水管。在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化熱水自循環(huán)工藝中，流經(jīng)熱水管中的熱水的流速較低，可以有效地減少熱水罐中熱水渦流的產(chǎn)生。在確定小罐的安裝高度上，由于新疆地區(qū)夏、冬兩季的氣溫和氣壓變化較大，夏天大氣壓為0.93～0.98個大氣壓，冬天的呼圖壁，大氣壓為0.95～1.02個大氣壓。取夏季轉(zhuǎn)化操作時轉(zhuǎn)化出口的水溫為102℃，經(jīng)過對照查表所獲得這一氣壓下的蒸汽壓力避免熱水在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器內(nèi)部氣化，應(yīng)當(dāng)控制好小罐的安裝高度。對于所使用小罐尺寸的選擇，流經(jīng)小罐的熱水需要在小罐內(nèi)停留約30s的時間，以小罐內(nèi)蒸汽流速為0.4m/s的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，小罐內(nèi)的蒸汽量應(yīng)當(dāng)滿足氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器所產(chǎn)生的蒸汽量。在氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化熱水自循環(huán)工藝中，在原始的開車時，仍然需要使用泵強(qiáng)制循環(huán)啟動，因此小罐的補(bǔ)水溢流口可以作為原始開車時的強(qiáng)制循環(huán)熱水出口，在出口管徑的選擇上需要根據(jù)熱水的相關(guān)流速進(jìn)行計算。對于氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化熱水自循環(huán)工藝中的其他設(shè)施的配置中，需要在熱水槽的上方加設(shè)一個蒸汽回水冷凝設(shè)備，用以回收蒸汽的熱量和水分，減少工純水的揮發(fā)損失。完成了對于氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器的改造后，新的氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器熱水自循環(huán)工藝在操作時首先對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化器進(jìn)行強(qiáng)制預(yù)熱至80℃～85℃，待到熱水自循環(huán)正常運(yùn)作后，再將其轉(zhuǎn)換為熱水自循環(huán)的方式用以減少循環(huán)泵的電能損耗，同時在熱水自循環(huán)的過程中，對于轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)可以通過對自循環(huán)過程中循環(huán)水的循環(huán)量和排水量調(diào)節(jié)的方式來加以實(shí)現(xiàn)。氯乙烯合成觸媒以活性炭為載體，浸漬吸附8%～12%的升汞制備而成。在氯乙烯制備過程中需要控制好溫度避免溫度過高或是過低而影響反應(yīng)效果。過高的溫度容易導(dǎo)致觸媒吸附所形成的氯化高汞升華而流失，而過低的溫度將會影響觸媒的使用壽命，在轉(zhuǎn)化的過程中根據(jù)系統(tǒng)流量及轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)溫度，適時地對強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)或是自循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行選用，盡量將轉(zhuǎn)化器的溫度控制在最佳反應(yīng)點(diǎn)附近，降低循環(huán)泵的使用數(shù)量，節(jié)能、增效。

3 結(jié)語

通過對氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化器進(jìn)行改造，將氯乙烯制備工藝中所采用的泵送強(qiáng)制熱水循環(huán)工藝更改為自循環(huán)方式，有效地降低了氯乙烯反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化過程中循環(huán)泵的使用數(shù)量，降低了電能消耗，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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