氯甲烷合成氣余熱綜合利用技術

徐 穎

（唐山三友硅業(yè)有限責任公司，河北唐山063305）

目前，國內(nèi)對甲醇氯化氫合成氯甲烷的工藝研究全部集中在生產(chǎn)效率提升、設備維護、氯甲烷精制等領域，尚無對生產(chǎn)工藝節(jié)能技術的研究。唐山三友硅業(yè)有限責任公司現(xiàn)有的甲醇汽化器使用0.5 MPa的低壓蒸汽對甲醇進行加熱，然后送入合成釜與氯化氫氣體反應生成氯甲烷，氯甲烷合成氣經(jīng)過循環(huán)水的兩級冷卻由152℃降低至35℃后進入氯甲烷精制系統(tǒng)，前一過程甲醇液體需要用0.5 MPa蒸汽加熱，后一過程氯甲烷合成氣需要用循環(huán)水降溫，0.5 MPa蒸汽消耗約0.315 t/t氯甲烷，這部分合成氣的熱量全部浪費，不利于降低能耗。因此，可設計一套氯甲烷合成氣余熱綜合利用系統(tǒng)對合成氣余熱進行利用，達到節(jié)能降耗的目的[1]。

1 氯甲烷合成氣余熱綜合利用系統(tǒng)的工藝流程

氯甲烷合成氣余熱綜合利用系統(tǒng)的工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氯甲烷合成氣余熱綜合利用系統(tǒng)工藝流程示意圖

甲醇經(jīng)原料甲醇泵進行加壓后，通過甲醇管道由石墨換熱器預熱段液態(tài)甲醇入口進入預熱段，升溫后由預熱段甲醇出口進入石墨換熱器汽化段，汽化后的甲醇由甲醇氣體出口進入老系統(tǒng)的甲醇氣體緩沖罐。

從氯甲烷合成釜出來的152℃的氯甲烷合成氣經(jīng)過氯甲烷氣體管道進入甲醇加熱器汽化段，汽化由石墨換熱器預熱段進入的甲醇，再通過補償器進入石墨換熱器預熱段，與液態(tài)甲醇進行換熱。換熱后冷卻的氯甲烷合成氣體由出口進入酸氣冷卻器，冷凝的酸液進入酸水罐，完成了氯甲烷合成氣利用余熱汽化甲醇的整個過程[2]。

此流程中的關鍵設備就是余熱加熱甲醇裝置，設計原理是通過石墨換熱器將152℃氯甲烷合成氣與常溫的甲醇進行逆流換熱，從而實現(xiàn)對氯甲烷合成氣余熱的綜合利用。石墨換熱器的下部、上部分別為預熱段和汽化段，下部和上部之間連接方式為膨脹節(jié)。氯甲烷合成氣從合成釜出來之后分2部分，其中一部分進入原系統(tǒng)的酸氣冷凝器，其余部分先進入石墨換熱器的上段、再進入下段；為了強化傳熱效果，原料甲醇進入石墨換熱器的順序與之相反，先進入的下段再進入上段。經(jīng)過汽化的甲醇與原系統(tǒng)甲醇汽化器出來的甲醇合并后，供氯甲烷合成釜使用。氯甲烷合成氣經(jīng)冷凝后的酸液在石墨換熱器下段，由液位調(diào)節(jié)閥根據(jù)液位高低進行調(diào)節(jié)，冷凝酸液進入原系統(tǒng)的酸水罐，不凝氣體進入酸氣冷卻器進行再次冷凝。

2 合成氣余熱綜合利用系統(tǒng)工藝流程深度優(yōu)化

對合成氣余熱綜合利用系統(tǒng)工藝參數(shù)確定及其如何與現(xiàn)有工藝流程進行高效匹配進行深度優(yōu)化。

2.1 甲醇加熱器液位的選定

甲醇加熱器液位暫定85%～90%，經(jīng)過試運行發(fā)現(xiàn)，因甲醇加熱器液位高導致甲醇氣體帶液嚴重，造成甲醇消耗增加，綜合考量甲醇消耗和蒸汽消耗，確定甲醇加熱器液位控制在70%～75%。

2.2 合成釜余熱利用系統(tǒng)閥門開度和進閥門開度的選定

根據(jù)合成釜降溫使用量及甲醇加熱器壓力、下酸溫度等指標，對兩邊的閥門開度大小進行摸索試驗，由最初的1/3的開度，逐漸摸索到現(xiàn)在的1/2的開度，既能保證合成釜降溫，又能保證在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下余熱利用產(chǎn)能有效發(fā)揮。

2.3 余熱利用下酸管道流程優(yōu)化改造

為了最大限度挖掘余熱利用系統(tǒng)潛能，減輕酸氣冷凝器檢修對氯甲烷產(chǎn)能制約，對余熱利用下酸管道進行了優(yōu)化，將其直接用于給合成釜降溫，逐步減少進酸氣冷凝器的氯甲烷氣體，直到氯甲烷氣體全部切入余熱系統(tǒng)，流程優(yōu)化后，原合成釜的下酸流程與改造后的余熱下酸流程互不影響，回流罐液位可由20%～80%的控制范圍降低到20%，即可保證合成釜溫度在145～150℃。

產(chǎn)酸比（副產(chǎn)酸產(chǎn)量/氯甲烷產(chǎn)量）高低影響氯化氫消耗，同時對環(huán)保也有一定影響，綜合考慮，產(chǎn)酸比越低越好。流程優(yōu)化后，新系統(tǒng)出酸溫度高，合成釜要保持145～150℃，必須加大降溫酸量，造成產(chǎn)酸比降低，但是出酸溫度不能無限度升高，如果太高就會導致合成釜液位過高，氣體帶液嚴重，甲醇消耗增加，一般控制在80～92℃。氯甲烷產(chǎn)酸比及系統(tǒng)出酸溫度見表1。

表1 氯甲烷產(chǎn)酸比及系統(tǒng)出酸溫度

2.4 余熱利用系統(tǒng)與現(xiàn)有工藝流程進行高效切換

在余熱系統(tǒng)進氣管道上增加調(diào)節(jié)閥，在原酸氣冷凝器進氣管道上增加調(diào)節(jié)閥，使合成釜的出氣全部進余熱系統(tǒng)，將酸氣冷凝器全部切出，當余熱系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時，可迅速打開酸氣冷凝器進氣閥，關閉進余熱系統(tǒng)進氣閥門，實現(xiàn)2個系統(tǒng)快速切換，系統(tǒng)不會出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。

為了確保系統(tǒng)安全，在合成釜進氣管線調(diào)節(jié)閥前增加一條放空管線及調(diào)節(jié)閥，當余熱系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時，也可迅速打開放空調(diào)節(jié)閥，關閉進余熱系統(tǒng)進氣閥門，打開進酸氣冷凝器進氣閥，實現(xiàn)2個系統(tǒng)快速穩(wěn)定切換，系統(tǒng)不會出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。

3 氯甲烷合成氣余熱利用技術效果評價

3.1 新舊工藝流程對比

與該公司現(xiàn)有的甲醇氯化氫生產(chǎn)氯甲烷工藝相比，新系統(tǒng)增加了余熱加熱甲醇裝置，用于將152℃氯甲烷合成氣與常溫的甲醇進行逆流換熱，從而實現(xiàn)對氯甲烷合成氣余熱的綜合利用，且通過工藝流程深度優(yōu)化，可將原系統(tǒng)酸氣冷凝器安全快速切出，合成氣全部進入新系統(tǒng)，以免因酸氣冷凝器檢修影響氯甲烷生產(chǎn)。

3.2 投用前后經(jīng)濟效益對比

系統(tǒng)優(yōu)化完成后，對氯甲烷合成氣余熱利用技術進行效果評價，氯甲烷0.5 MPa蒸汽消耗數(shù)據(jù)見表2。由表2數(shù)據(jù)可以看出，生產(chǎn)氯甲烷蒸汽消耗降低100 kg/t，考慮折舊費后，年可創(chuàng)效160萬元。

表2 氯甲烷蒸汽消耗數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

綜上所述，氯甲烷合成氣余熱綜合利用技術改變了行業(yè)傳統(tǒng)工藝，降低了生產(chǎn)成本，解決了利用氯甲烷合成氣的顯熱及HCl冷凝成鹽酸放出的溶解熱，加熱、汽化甲醇的難題，促進了國內(nèi)行業(yè)整體技術進步。但是因為氯甲烷合成氣中夾帶的部分雜質(zhì)如HCl、硅氧烷等可液化在換熱器夾層中，造成設備堵塞，該公司將對減少甲醇加熱器的檢修次數(shù)方面進行進一步研究。