己內酰胺生產附屬物的資源化利用

馬志鵑

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

引 言

己內酰胺作為一種重要的化工原料，其主要用來制備尼龍6系列的纖維以及樹脂，同時也可以用于部分醫藥中間體的制備，是一種重要的化工產品原材料，目前已廣泛的應用于交通、船舶、國防、電子、包裝等領域[1]；隨著尼龍6行業的穩步發展，國內己內酰胺的需求也是急劇增加，己內酰胺的生產技術也得到了快速的發展[2]。

目前，我國己內酰胺主要采用環己酮氨肟化法來進行生產，在全國已有超過10家生產單位引用這個具有自主知識產權的技術[3]；但是整體來講該技術同樣存在生產流程長、工藝復雜、能源消耗大等不利因素[4]，隨著市場競爭的逐步加劇，己內酰胺生產廠的競爭力除了提升產品質量，另一個重中之重就是降低生產成本，這主要可以通過兩種途徑來實現：一是優化現有工藝路線，二是對生產附屬物進行資源化利用，工藝路線的優化必定帶來現有裝置的停產、資金的投入以及設備的異動，因此對生產附屬物進行資源化利用是一種快而有效的方式，在己內酰胺的成本中，在原材料之外的一個重要部分就是生產過程的能源消耗，其占己內酰胺成本超過了20%，因此對己內酰胺生產過程中的能源進行有效利用異常重要[5]；目前采用化工生產的余熱來發電得到了大力的發展[6]，如果對己內酰胺生產過程中的余熱進行資源化利用，除了能實現己內酰胺生產附屬物的深度利用，還能有效的降低己內酰胺的成本，增加產品的競爭力。

1 工業生產余熱發電

近些年隨著工業技術的快速發展，我國關于工藝生產余熱的梯級利用技術也得到了快速的發展，其中利用余熱來發電相關的開發設計以及配套設備制造都已經相對比較成熟且已有成功投產的先例[7]；隨著國家對于環保的嚴管、對資源化利用的要求以及在余熱利用領域的政策扶持，利用工業生產余熱來發電必定會越來越廣泛[8]。

目前成熟的余熱發電裝置主要有兩類。一是膨脹發電機，該種裝置主要通過攜帶余熱的蒸汽促進膨脹機的膨脹進而驅動轉子來做功，隨后通過溫度壓力的調節來驅動發電機來進行發電；二是基于有機朗肯循環(ORC)的發電機，這種裝置主要是采用工業生產中攜帶余熱的蒸汽來促使介質的相態變化，通過相態的變化來促進發電機進行發電，攜帶余熱的蒸汽在放熱后又可以進入工業生產冷卻過程，實現資源循環利用。

2 己內酰胺生產余熱的資源化利用

在己內酰胺的生產過程中由于生產工藝的需求，會采用大量不同狀態的蒸汽來對裝置進行供熱，不同狀態蒸汽轉化過程中會造成大量的能源損耗；同時在熱蒸汽冷卻后會形成冷卻液，這部分冷卻液溫度約為130 ℃，同樣可以用來發電；另外反應過程中會存在大量的反應熱也可以進行有效利用來發電，因此可以通過蒸汽的壓差、冷卻液中的余熱以及反應熱來進行發電。

2.1 利用生產中蒸汽壓差發電

通常己內酰胺生產過程中需要用到大量不同狀態的蒸汽，主要包括高壓，其壓力約為3.5 MPa；中壓，其壓力約為1 MPa；低壓，其壓力約為0.5 MPa。其中，中壓蒸汽以及低壓蒸汽通常是將高壓蒸汽降溫降壓而得，在這個處理過程中就會造成蒸汽的能量損耗，因此如果高壓蒸汽轉變為中壓以及低壓蒸汽過程中如果剛好可以與膨脹發電機的啟動條件相匹配，這樣采用膨脹發電機來代替原有的降溫降壓裝置對這部分能量損耗進行資源化利用并轉化為電能，是一種異常高效的資源化利用方式。

浙江晉巨化工在余熱利用上進行了嘗試，該公司采用螺桿膨脹發電機對公司內部生產過程中2 MPa轉化為0.6 MPa蒸汽的過程進行了余熱發電利用的探索，通過設備改造前后的數據對比發現采用螺桿膨脹發電機替代原有的裝置，蒸汽降溫降壓過程中的壓差得到了更為充分的利用；通過費用的核算，本次引用螺桿膨脹發電機累計投資了約135萬元，而本套發電裝置投入使用后年度工作時間約為8 000 h，如果電價按0.675元/kW·h來核算，則本套發電裝置年度發電帶來的效益約為90萬元，經過約一年半就可以實現該過程的盈利，是一種高效的降本增效方式[9]。

2.2 利用生產中蒸汽冷卻液發電

己內酰胺在生產過程中會用到大量的蒸汽，這些蒸汽在冷卻后形成冷卻液，雖然大部分熱量均已供給系統，但是冷卻液溫度依舊在100 ℃以上，是一種優異的低溫熱源，目前對于這部分熱量的回收主要采用富集閃蒸進行部分回收后采用循環水冷卻后作為工藝水，該種方式不僅需要循環水，而且造成了熱量的流失；如果利用冷卻液中的熱源來采用有機朗肯循環發電機進行發電，不僅可以達到降低冷卻液溫度的目的，同時可以減少循環水的使用，同時對熱能進行有效利用。

2.3 利用生產中反應熱發電

己內酰胺在生產過程中由于化學反應的存在，會形成大量的反應熱，這部分熱量通常主要通過循環水帶走，這不僅需要大量的循環水，同時也造成了熱量的流失，如果采用有機朗肯循環發電機來建立一個新的水循環系統，是工藝水經過發電機后在運送至反應器的各個換熱點進行循環利用，這樣不僅充分的利用了反應熱，同時還可以大大的減少循環水的使用，同時也可以降低循環水系統的能耗，增加設備的使用壽命。

海南煉化在反應熱的利用上進行了嘗試，反應熱循環水溫度達到120 ℃后引入有機朗肯循環發電機來發電，經過發電系統降溫后的循環水再次循環進入反應器的各個熱交換點來吸收反應熱，不僅減少了循環水的使用量，同時也有效的利用了反應熱，在系統運行后熱水的消耗量約為200 t/h，在夏季時發電量可以達到790 kW·h，引入的發電機組年度效益可以達到月1 650萬元[10]。

3 結語

己內酰胺作為一種重要的化工原料廣泛的應用于各個領域，目前我國己內酰胺主要采用環己酮氨肟化法來進行生產，但是整體來講該技術同樣存在生產流程長、工藝復雜、能源消耗大等不利因素，隨著市場競爭的逐步加劇，降低己內酰胺的生產成本，進行資源化利用異常重要，其中利用余熱發電是一種重要的手段，在己內酰胺生產過程中，可以利用不同狀態蒸汽轉化過程中的壓差、蒸汽冷卻液以及反應熱中的熱量來進行余熱發電，不僅可以降低生產消耗以及己內酰胺的生產成本，同時也能實現資源的有效利用，提高產品的競爭力。