石墨爐副產低壓蒸汽在PVC干燥床中的利用

隋忠興，張曉東

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

石墨爐副產低壓蒸汽在PVC干燥床中的利用

隋忠興，張曉東

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

分析了石墨爐合成爐低壓蒸汽工藝原理以及工藝優化關鍵點，介紹回收氯化氫合成爐副產低壓蒸汽替代內熱式沸騰干燥床高壓蒸汽的生產技術，主要敘述了熱能源對接計算，闡述工藝改造內容和生產操作注意事項，對國內采用乙炔法生產PVC的企業在節能降耗方面有一定借鑒意義。

PVC 合成爐 干燥床 低壓蒸汽 回收利用

目前，在我國通過電石途徑生產聚氯乙烯仍有很強的競爭優勢，其優點在于電石法工藝流程簡單；國內煤炭、石灰石等原料資源豐富，在一定程度上可以避開國際石油價格對 PVC生產成本的影響。采用電石法生產氯乙烯主要包括：乙炔發生、乙炔清凈、氯化氫合成、氯乙烯合成和氯乙烯精餾等工藝環節。合成爐是氯化氫氣體合成的主要設備，舊式鋼制合成爐因受使用壽命、工作效率、節能降耗等因素制約，已逐漸被石墨合成爐取代。石墨合成爐按冷卻形式不同可分為循環水冷卻爐、副產熱水爐和副產低壓蒸汽爐 3種。后兩種合成爐廢熱可以根據不同企業的生產工藝情況加以回收利用，尤其副產低壓蒸汽具有較高的汽化焓值，并且輸送工藝簡單，其利用范圍更加廣泛。

1 石墨合成爐產低壓蒸汽工藝原理

石墨合成爐結構包括：石墨爐體、爐夾套、氯氣和氫氣進口管件、燈頭和出口冷卻器等主要部件。HCl生產過程中，氯氣與氫氣在爐底燈頭處混合燃燒，反應生成 HCl；高溫 HCl氣體在石墨爐膛內上行至頂部出口，經石墨冷卻降溫后輸送給氯乙燃合成工序。合成爐中氯氣和氫氣燃燒為放熱反應：

合成反應生產的高溫 HCl先后經過石墨爐內壁和冷卻器降溫，反應熱被爐夾套內無離子水吸收，后者吸熱產生蒸汽；通常石墨合成爐膛中溫度會超過300,℃，爐夾套能產生壓力在 0.1,MPa以上的蒸汽。合成爐夾套蒸汽產量與HCl生產負荷、無離子水溫、石墨爐體換熱能力大小有關；反應負荷高和爐體換熱效率高可以生產更多的低壓蒸汽，這是反應放熱回收的基礎。

2 石墨合成爐工藝優化

天津大沽化工股份有限公司PVC分廠通過乙炔與氯化氫合成自產氯乙烯單體，其中氯化氫由氫氣和氯氣在合成爐中燃燒制得。以前，氯化氫合成曾使用鋼制爐，技術落后，單臺合成爐的生產能力低于2,t/h；在生產流量大時，鋼制合成爐的安全性會變差，氯化氫純度不易控制；合成反應放出大量的熱都經冷卻后直接排放，余熱浪費嚴重。2003年末，HCl工序開始試應用新型合成石墨爐，該爐可副產少量低壓蒸汽；由于流量小，無法有效利用，這些蒸汽被直接排空處理。2004年又對石墨爐進行了改造，即在合成爐的石墨筒節中加入3塊石墨冷凝器，用于擴大爐體的換熱面積，提高換熱能力。改造后，新增石墨冷卻器內通入無離子水與合成反應產生的 HCl氣體傳熱，合成爐的生產能力得到大幅提高，單臺爐日產量達到 100,t，并可副產壓力為 0.15～0.2,MPa的蒸汽。石墨合成爐改造提高了氯化氫生產運行的可控性；副產低壓蒸汽對外輸送流量穩定，為廢熱蒸汽回收利用提供了必要條件。

圖1 HCl合成石墨爐流程改造圖Fig.1 Process improvement diagram of a hydrogen chloride synthesis furnace

3 內熱式沸騰干燥床工藝

PVC樹脂的干燥過程主要包括離心機脫水和熱空氣流干燥兩部分，在氣流干燥階段，大化 PVC分廠主要采用內熱式沸騰床干燥器對含水量為 20%～25%的濕態聚氯乙烯樹脂進行干燥。自2000年起，天津大沽化工股份有限公司自主開發研制了干燥能力為10萬t/年、15萬t/年和20萬t/年3種型號的內加熱式二室一段沸騰干燥床。該類床體下部為風室，通入熱空氣；分布板結構不同于多室臥式沸騰床，從進料端到床末端排床口和出料口有一定傾角，便于物料在床板上的沸騰流動。分布板上均布著若干個可調式風帽，呈正三角排列，每個風帽下面的分布板上開有 6個直徑為 11,mm的進風孔，孔的直徑比多室臥式沸騰床的風孔大得多。熱空氣從風帽底部邊緣與分布板的間隙均勻吹出。風帽獨特的設計和合理的分布，保證了床內各點的風壓分布均勻，物料在床內充分混合沸騰，床內各點沒有死角。風帽與床板間隙不易堵塞，物料也不會漏到風室中。此外，內熱式二室沸騰床分布板上還設有專門停車排床的排床口和排床閥，既能保證排床時床板上的物料全部排凈，又能均勻有效地控制排床時物料的通量，避免堵塞送風系統管線，實現自動排床。床體內裝有多組內熱列管管箱，管箱主管選用日本進口 316,L材料，保證干燥床可以長期穩定運行。

根據樹脂干燥原理，用隔板將干燥床分為前后兩室：前室設計為恒速干燥階段，內熱管采用低壓蒸汽加熱，物料水分由離心機分離后的25%降至樹脂的臨界含水量 3%左右；后室設計為降速干燥階段，內熱管采用前室蒸汽泛水加熱，大幅提高蒸汽利用率，同時保證了 PVC物料的含水量由 3%降至成品樹脂要求的 0.3%以下。內熱式沸騰干燥床的突出特點是傳熱效率高，干燥溫度低；產品中紅黃點較少，樹脂白度好；蒸汽消耗在 0.45,t/t·PVC 以下；熱空氣、內熱管與濕態物料間傳質充分，產成品樹脂水分可以輕松控制在 0.3%以下。該干燥床前室內熱管蒸汽操作壓力為 0.08,MPa，除系統開、停車情況外，蒸汽使用控制過程穩定，流量波動范圍小，蒸汽需求量大，基本符合與石墨爐副產低壓蒸汽對接的條件。

4 合成爐與干燥床對接低壓蒸汽量

水在 0.1,MPa下的汽化潛熱為 2,201.7,kJ/kg，現單臺爐的最大氯氣流量為 1,500,m3/h，則每小時產生的熱量為：

如全部用于產出低壓蒸汽，則能產生的低壓蒸汽量為：

正常生產以 3臺爐滿負荷運行計算，每小時產0.1,MPa低壓蒸汽量為16.8,t/h，若替代高壓蒸汽作用于內熱式沸騰床的一室蒸汽列管，可以干燥的 PVC物料量在35,t/h左右。

5 低壓蒸汽回收工藝流程及措施

① 從石墨爐低壓蒸汽出口到干燥床原高壓蒸汽減壓閥后，輔設 DN300碳鋼管線；高、低壓蒸汽對接處安裝切倒閘閥，縮小閥門切倒操作距離。②石墨爐安裝蒸汽壓力表和自動排空壓力調節閥，以保證夾套內副產低壓蒸汽的輸出壓力。③低壓蒸汽管到干燥床端閘閥前安裝現場壓力表，開、停車和高壓蒸汽向低壓蒸汽切倒時，可以及時讀取低壓管線壓力。④石墨合成爐到干燥床低壓蒸汽管線在設計和鋪設過程中充分考慮管線排空、泛水排放、膨脹節設置、管道保溫等問題，方便低壓蒸汽開、停車操作，減少熱損失。

圖2 低壓蒸汽使用流程圖Fig.2 Process flow diagram of low-pressure steam recycling

6 低壓蒸汽使用注意事項

①干燥床開車鋪床過程中，床內料層較低，物料間、物料與內熱管間傳熱效率低，系統對蒸汽焓值要求較高，不易使用石墨爐低壓蒸汽。②干燥床內濕態樹脂流量穩定時，可以逐漸開啟低壓蒸汽替代高壓蒸汽；切倒過程中，密切關注床溫變化。③干燥床停車時，前室內熱管蒸汽控制波動范圍較大，此時應提前將低壓蒸汽切換至原高壓蒸汽源，以避免因低壓蒸汽流量大幅波動對石墨爐操作的不良影響。④石墨合成爐到干燥床蒸汽管線實際距離長，低壓蒸汽在低溫管線內液化泛水量較大，尤其開、停車過程中，應注意管線預熱和泛水排放；管線壓力正常后，可以進行高、低壓蒸汽切倒。⑤石墨滬爐副產蒸汽流量波動時，可通過調節高壓蒸汽閥門加以補償，確保干燥床溫度平穩。

7 結 語

許多化學反應都是放熱反應，放出的熱量不僅數量大而且溫度較高，這是化工生產中一項寶貴的資源。合成爐副產低壓蒸汽具有流量穩定，能量品級高，短距離輸送方便等優點，在電石法生產 PVC樹脂企業中回收利用措施、途徑眾多。熱能回收利用時中應充分考慮幾方面問題：首先，不同企業可以根據自身工藝情況，選擇最佳的利用方式，不應拘泥于模仿其他企業固定的工藝過程；其次，對于連續的熱源應選擇連續的回收利用工藝裝置，并分析計算能量大小是否對等，避免大馬拉小車或者小馬拉大車，從而達到較高的能量利用率；最后，合理組織能量利用梯度，防止高位熱能無償降級。

［1］邴涓林，黃志明. 聚氯乙烯工藝技術[M]. 北京：化學工業出版社，2007：242-245.

［2］劉建文，董家輝. 高效、環保PVC聚合物后處理裝置的開發應用[J]. 中國氯堿，2005(3)：16-20.

Application of Low-pressure Steam as a Graphite Furnace By-product in PVC Dry Bed

SUI Zhongxing，ZHANG Xiaodong
(Tianjin Dagu Chemical Co.，Ltd.，Tianjin 300455，China)

The production technology of replacing high-pressure steam in internal heating boiling dry bed with lowpressure steam，a by-product from hydrogen chloride synthesis furnace，was introduced. The connection calculation of thermal energy was described and the technology transformation contents and precautions during production were elaborated. This technology may be used for reference for domestic enterprises which adopt the acetylene method for PVC production in the aspects of energy saving and cost reduction.

PVC；synthetic furnace；dry bed；low-pressure steam；recycling

TK266

A

1006-8945(2014)10-0032-03

2014-09-10