燒堿生產過程低溫熱能資源化利用

劉明杰，劉海濤，趙 清，肖文莉

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯堿有限責任公司自2005年投產以來，不斷運用技術改造手段應用溴化鋰制冷、蒸汽式氯化氫合成爐以及流化干燥床等一系列節能新技術裝備，提升了企業整體技術水平，產品綜合能耗不斷降低。2017年，燒堿產品綜合能耗298.93 kgce/t，PVC綜合能耗160.14 kgce/t，低于行業平均水平。

1 燒堿低溫熱能回收理論分析

2017年，燒堿低溫熱能資源化利用以合理化建議形式被提出，經過1年的討論完善，形成最終可行方案，列入2018年計劃內技改實施。

1.1 燒堿低溫熱能回收利用可行性分析

燒堿生產工藝中，鹽水精制系統需要將溫度控制在60℃左右，主要原因是既要提高原鹽溶解速度，也要縮短鹽水精制反應時間，還要保證下游螯合樹脂反應活性。

燒堿正常生產中，精鹽水在電解反應中損耗50%氯化鈉和20%的水，需在化鹽操作過程中補足。其中20%的水分損耗主要通過補充常溫生產水實現。補充的原鹽和生產水均為常溫，通過化鹽操作不僅將其融入生產系統，還需要通過熱水或副產蒸汽加熱提溫至65℃。與此同時，電解工序成品燒堿濃度32%，溫度在80℃左右，需通過循環水冷卻降溫，降低燒堿對管道、設備的腐蝕。

從工藝需求上分析，生產水需要從25℃（常溫）被加熱至55℃左右，32%成品燒堿需從80℃冷卻至45℃以下。理論上，用生產水冷卻成品燒堿，同時被成品燒堿加熱提溫在理論上完全可行。

根據系統水平衡計算，燒堿系統需補充新鮮生產水在150 m3/h左右，為保證操作性能，引出140 m3/h生產水用于冷卻燒堿。

生產水從25℃提溫至55℃，再進入化鹽水系統，只需少量補充蒸汽即可確保生產工藝需求。項目有效利用燒堿余熱即為節約蒸汽熱量和生產水提溫吸收熱量 140×（50-20）×1=420（萬kcal/h）。

根據生產運行數據，現有燒堿生產裝置可回收32%成品燒堿產品低溫熱能 35℃×（88+74）t/h×0.864 kcal/kg.℃=489（萬kcal/h），完全能夠滿足生產水提溫需要。

1.2 燒堿低溫熱能回收工程技術方案

燒堿低溫余熱利用方案整體圍繞生產水冷卻成品燒堿進行設計，并增加附屬工藝完善內容。主要技術方案包括以下內容。

（1）新增燒堿/生產水換熱器與原有成品燒堿冷卻器串聯，正常情況下可獨立運行，增加換熱器使用壽命；備用換熱器冷卻介質（循環水）側增加不經換熱器的連通管，滿足冬季防凍需要。

（2）生產水進入換熱器前增加籃式過濾器，延長生產水結垢堵塞換熱器周期。生產水側設置流量計和調節閥，嚴格定量控制冷卻成品燒堿的生產水流量（稍小于正常生產水補充量），并遵循“固定流量+變量調節”方式，由燒堿二車間進行生產水流量調節和總體把控。

（3）生產水采用無壓回水，增加生產水冷卻系統的流動性能，所有冷卻用生產水提溫后無壓進入蒸發界區的生產水罐，通過水泵和出口調節閥平穩輸送至化鹽水罐。

（4）提溫后生產水自緩沖罐泵引出1支分支管線，通過加壓泵提壓用于清洗鹽泥，降低鹽泥含鹽量。

（5）鋪設蒸汽管線至南區溴化鋰機組，利用副產蒸汽加熱熱水，供溴化鋰機組通過熱制冷制取冷凍水，同時，鋪設蒸汽管線至聚合樹脂干燥流化床，采用飽和蒸汽對離心分離后的PVC樹脂進行干燥。

1.3 節約的高級熱能利用方式分析

140 m3/h生產水提溫所需熱量供應強度為420萬kcal/h，而根據飽和蒸汽物理性質，副產飽和蒸汽冷凝為水放熱55.7萬kcal/t。生產水加熱所需熱量需要通過420÷55.7=7.5（t/h）的副產飽和蒸汽提供。根據生產實際測算，副產蒸汽節約6.8 t/h，其余為95℃熱水（熱值折中壓蒸汽0.7 t/h）。其應用方向主要有以下2個。

1.3.1 溴化鋰制冷

2007年以來，三友氯堿根據熱平衡相繼安裝了6臺溫水型溴化鋰制冷機組，采用氯化氫合成爐和氯乙烯轉化器副產的熱水作為熱介質制取7℃冷凍水。

隨著技術裝備的不斷進步，氯化氫合成反應熱利用技術也出現重大變革，余熱攜帶介質由95℃熱水升級為0.4 MPa中壓蒸汽，余熱回收價值大幅上升。受此影響，三友氯堿不僅在擴產新項目當中全面采用蒸汽式氯化氫合成爐，也不斷將原有熱水型氯化氫合成爐替換為蒸汽式氯化氫合成爐。雖然企業總體創效提升，但也造成了用于溴化鋰制冷的熱水供應不足，溫水型溴化鋰機組開工率不足50%，

燒堿低溫熱能資源化利用后，生產水改用成品燒堿提溫后節省了以飽和蒸汽或高溫熱水為載體的加熱介質，能夠維持1臺溴化鋰制冷機組滿負荷運行，進而供應7℃冷凍水550 m3/h，年創效326萬元。

1.3.2 樹脂干燥流化床

三友氯堿60%以上的通用聚氯乙烯樹脂生產裝置（產能20萬t/a）仍采用氣流旋風工藝技術進行產品干燥，技術相對落后，單位能耗高，且容易造成部分PVC產品雜質偏高。

三友氯堿直接采用國際先進水平的丹麥尼魯樹脂干燥流化床替代原有樹脂旋風干燥系統，直接應用飽和蒸汽進行PVC干燥操作，降低樹脂蒸汽單耗0.2 t，效益顯著。

根據核算，生產實際當中用于生產水加熱的蒸汽在6.8 t/h，通過燒堿低溫熱能回收后，可滿足新樹脂流化床60%左右的蒸汽需求，年可創效770萬元。

2 低溫熱能利用推廣

在現有工藝中，離心式空壓機需要通過多級循環水冷卻移出壓縮熱，同時采用電加熱方式催動儀表氣再生干燥器恢復工作性能。

停用離心式空壓機末級冷卻器，節省循環水消耗；終極壓縮后的高溫工藝空氣代替熱再生氣進入再生干燥器（改型為熱壓縮空氣再生干燥器），充分利用工藝氣壓縮余熱對儀表氣設備進行干燥脫附，減少了電能消耗，降低儀表空氣制造成本。

3 結論

三友氯堿通過大力推廣先進技術，優化生產工藝，不斷深入挖潛，推進節能減排和可持續發展，降低生產成本，取得了極大的經濟和社會效益。經測算，上述兩項低溫熱能資源化利用措施年創效在800萬元以上，而投資僅300萬元左右。

化工企業尤其是高耗能企業需積極優化生產工藝，采用能量優化利用原則合理組織能量多次利用，高能高用，低能低用，按質用能，按需供能。具體說來就是對熱資源要盡量先產功再用熱，即使對熱量利用也要按能級高低分別回收使用，高溫熱源加熱高溫物料，低溫熱源加熱低溫物料，構成按能量等級高低綜合利用的總能體系，從而達到較高的能量利用效率，實現節能和經濟發展的有效平衡。