氯乙烯生產過程中廢熱利用技術探索

劉海濤，趙　清（唐山三友氯堿有限責任公司，河北唐山063305）

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氯乙烯生產過程中廢熱利用技術探索

劉海濤，趙清
（唐山三友氯堿有限責任公司，河北唐山063305）

摘要：介紹了電石法聚氯乙烯生產過程中對于氯乙烯合成反應熱實施綜合利用的初步研究成果。

關鍵詞：廢熱；無動力；熱水；循環；轉化

唐山三友氯堿有限責任公司（以下簡稱“三友氯堿”）成立于2005年1月11日，總資產30億元。經過10年來的持續擴建，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特種樹脂生產能力。隨著樹脂產能的增加，三友氯堿在化工生產中用于廢熱處理的成本也在增多，既浪費了公用工程資源，也不利于節能減排。

根據氯乙烯轉化工藝和設備特點，三友氯堿工程技術人員對氯乙烯轉化反應廢熱利用進行了重點技術攻關，擬從源頭削減能源的無效排放，實現能源綜合利用。

1　熱水無動力循環技術研究

傳統的氯乙烯轉化工藝中，熱水循環冷卻系統主要通過熱水泵強制循環將轉化器內化學反應熱移出。熱水循環冷卻系統有效能耗主要是低溫熱能的無效浪費和熱水泵的運行。因此，三友氯堿把攻關重心放在充分利用轉化反應熱、實現熱水系統循環方面。

利用水的密度與溫度變化的關系，結合對流效應，開發了熱水無動力自循環技術。其具體工藝為：轉化器中的冷卻水吸收氯乙烯化學反應熱，溫度上升，密度降低，通過管道對流至高位閃蒸罐；進入閃蒸罐后，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，冷卻水溫度降低，密度增加，通過閃蒸罐底部的回水管，重新進入轉化器吸收化學反應熱。

本項技術的核心在于利用水溫度與密度關系，以熱量作為推動力，實現轉化器內外熱水系統的無動力循環，從而有效減少外部的動力需求。三友氯堿在技術推廣應用過程中對熱水無動力循環技術進行了完善：在每臺轉化器上方增加1臺閃蒸罐，保持原循環熱水的流程不變，將出轉化器的熱循環水接入閃蒸罐，閃蒸罐底部管道與通入反應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，實現熱推動的冷卻水自然循環。

與強制循環技術相比，熱水無動力自循環技術不僅大幅度降低了動力消耗，也穩定了冷卻水相態，避免形成汽液混合物損害動力設備和管道。三友氯堿一期10萬t/a氯乙烯生產裝置采用熱水強制循環，使用4臺大功率熱水泵；而采用了熱水無動力自循環技術后，只需使用1臺熱水泵即可滿足生產要求；同時，采用了冷卻水自循環技術后，轉化器列管受熱水沖刷和電化腐蝕程度也大為減輕，延長了轉化器的使用壽命。

2　熱水無動力循環廢熱回收

在熱水無動力循環技術實施后，雖然節約了動力消耗，但是閃蒸出的廢蒸汽蘊含大量反應熱，卻沒有得到有效利用。據調研了解，蒸汽型溴化鋰熱制冷技術已實現成熟應用，但蒸汽溴化鋰熱源介質需要有一定的壓力，閃蒸廢蒸汽無法滿足機組運行要求。

確定如下技術方案：廢蒸汽通過管道輸送至除氧塔，采用錯流的方式加熱溫水型溴化鋰機組熱水回水，將廢蒸汽熱量轉用于溴化鋰機組制冷。溴化鋰機組利用廢蒸汽制取7℃水，供應生產和生活需要，實現能源的合理利用，達到節能降耗的預期目標。

3　熱水無動力循環技術優化

完善后熱水無動力循環工藝流程見圖1。轉化的熱水通過熱水泵分別送至轉化器和溴化鋰機組；轉化器副產蒸汽與溴化鋰機組的熱水回水一同進入除氧塔。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系統，實現物料和熱量的平衡。

圖1　熱水無動力循環工藝流程圖

裝置運行后，系統整體運行良好，與舊工藝相比節能優勢明顯，但存在氣錘現象，更換新觸媒后情況尤其明顯。經過研究分析，認為單位時間反應熱多，氣化速度快是造成氣錘現象的主要原因；更換新觸媒后，轉化反應速率更快，熱水氣化加速，氣錘現象就更嚴重。

針對上述原因，對無動力循環進行工藝優化改造，在閃蒸罐溢流口上方開孔，使閃蒸罐內的水不會進入管道，即使單臺轉化器在低溫檢修期間也不會造成管道凍裂。另外，開孔位于液面以上，有利于氣水混合物的分離。將轉化器放氣口與閃蒸罐開孔直接用管道連接，轉化器內反應劇烈時，熱水氣化后可以迅速通過該管道進入閃蒸罐內，避免氣錘現象發生，工藝簡圖見圖2。

圖2　無動力循環改造后工藝流程簡圖

4　實施效果

2014年，三友氯堿推廣應用熱水無動力循環技術，系統運行良好，生產穩定。該項目攻克了氯乙烯合成廢熱綜合利用的技術難題，既保證了生產正常運行，又實現了能源綜合利用，年可創效854萬元。

該技術關鍵運行指標在于廢蒸汽進入除氧塔與溴化鋰機組熱水回水進行熱量交換的平衡溫度在93℃。應用該技術后，氯乙烯轉化工序不再增加熱水循環泵，節約電能200萬kW·h/a。

5　結論

熱水無動力循環技術減少了工業廢熱的排放，提升了廢棄資源的附加值，符合以循環經濟理念指導企業發展，合理配置和循環綜合利用資源，節能降耗，科學發展的目標。三友氯堿將持續改進，不斷創新，優化能源利用配置，以進一步推進節能減排目標實現，逐步實現合理用能，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：TQ083+.4

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）02-0044-02

收稿日期：2015-07-21