有機(jī)硅生產(chǎn)中氯甲烷深度回收工藝優(yōu)化分析

馬穎

（唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

隨著環(huán)保要求的不斷提高，綠色與節(jié)能是當(dāng)今有機(jī)硅發(fā)展的主題，我國(guó)有機(jī)硅企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)的氯甲烷是合成甲基綠硅烷的主要原料。大多數(shù)企業(yè)在提升氯甲烷產(chǎn)量的同時(shí)，為保護(hù)環(huán)境，會(huì)將產(chǎn)生的尾氣通過(guò)焚燒等方式進(jìn)行處理，有機(jī)硅生產(chǎn)過(guò)程中本身含有氯甲烷的排放尾氣直接進(jìn)行焚燒處理，不利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。氯甲烷還有回收的空間，需要進(jìn)一步優(yōu)化利用。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約，本研究也在以往工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行有效回收處理，提升氯甲烷回收量。

1 氯甲烷回收工藝

1.1 傳統(tǒng)冷凝回收

傳統(tǒng)冷凝回收方法是直接將排放氣體經(jīng)過(guò)換熱器展開(kāi)處理，借助-30℃的冷媒將氯甲烷進(jìn)行冷凝，之后利用廢氣焚燒裝置將其焚燒后排放。其中分離罐可以作為精餾系統(tǒng)的輔助存在，與去焚燒系統(tǒng)展開(kāi)配合。需要注意的是為了保障回收效果，排放系需要進(jìn)行冷凍降溫，一般控制在-25℃。但是，在使用傳統(tǒng)冷凝回收工藝進(jìn)行回收時(shí)，效果并不十分突出，有一部分的氯甲烷未能得到有效回收利用。

1.2 膜分離回收

膜分離回收法借助混合氣體中的分壓差展開(kāi)氣體滲透，考慮到各組分具有不同的滲透速率，因此混合氣體不同組分的分離可以同步進(jìn)行，分離結(jié)束后的氣體在經(jīng)過(guò)處理排放后可以實(shí)現(xiàn)典型的回收流程。具體來(lái)看，不凝性排放氣體進(jìn)入膜分離器之后，回收工藝流程仍然通過(guò)回精餾系統(tǒng)和去焚燒系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在既往的內(nèi)容中，也有計(jì)算氯甲烷排放氣膜分離效果的研究，結(jié)果證實(shí)，回收排放氣體的組成流量相比于傳統(tǒng)冷凝回收法有了明顯改善。不過(guò)膜分離回收方法也有一些缺陷，例如膜工作組件需要定期更換，可能會(huì)帶來(lái)額外的成本。

1.3 膨脹節(jié)流回收

節(jié)流回收工藝?yán)玫氖且合喙?jié)流減壓氣化所產(chǎn)生的能量，通過(guò)膨脹節(jié)流回收，把之后能夠讓一定數(shù)量的氯甲烷排放至焚燒裝置之內(nèi)。而冷凝后的氣相流體具有較高的壓力，也可以作為能源得到重復(fù)利用。然而，冷凝后排放氣節(jié)流產(chǎn)生能量效果并不十分突出，綜合計(jì)算流體溫度壓力參數(shù)之后可以得到膨脹節(jié)流回收工藝的優(yōu)化方法。整體來(lái)看，膨脹節(jié)流回收的最大優(yōu)勢(shì)在于不需要借助外部能量的支持，就可以保障有效的回收率，膨脹過(guò)程甚至可以輸出功。所以在目前的有機(jī)硅行業(yè)中膨脹節(jié)流回收工藝的設(shè)備操作比較簡(jiǎn)單，且運(yùn)行成本較低，回收后排放氣體中的氯甲烷含量顯著降低，不影響焚燒系統(tǒng)的工作性能，也不會(huì)增加焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的二噁英，危害性明顯減少，環(huán)保性能突出。

1.4 冷卻液相節(jié)流回收

液體降壓后部分氣化所產(chǎn)生的冷量，可以將一些工作過(guò)程中未減壓的不凝氣進(jìn)行冷凝，此時(shí)不凝氣的溫度進(jìn)一步下降，保障了后續(xù)工作中氯甲烷回收性能。從整體工作流程來(lái)看該工藝只要將排放器冷卻制一定范圍即可，同時(shí)在回收率能夠提升的前提下，以傳統(tǒng)工藝更加節(jié)能，物料溫度降低幅度大，氯甲烷回收率較高，從排放氣體的流量和組成中也可以推測(cè)出結(jié)果。

2 氯甲烷回收流程的改造優(yōu)化

2.1 傳統(tǒng)冷凝改造

傳統(tǒng)冷凝改造主要目標(biāo)是為了降低尾氣中的氯甲烷含量，將降溫后的氯甲烷從混合氣中分離出來(lái)，含有氯甲烷的尾氣降溫后進(jìn)入氣液分離罐，冷凝后液相物料會(huì)返回系統(tǒng)進(jìn)行精制回收，通過(guò)對(duì)尾氣中的氯甲烷進(jìn)行回收后，尾氣繼續(xù)送到焚燒進(jìn)行處理，完成氯甲烷回收流程。隨著冷凝溫度逐漸降低，整個(gè)改造流程中的氯甲烷含量也會(huì)同步降低。原因在于冷凝設(shè)備發(fā)揮降溫、分離作用，氯甲烷產(chǎn)品的回收量得到提高，也能在一定程度上保障經(jīng)濟(jì)效益。而從實(shí)際的溫度變化趨勢(shì)來(lái)看，最佳性能溫度為-37.5℃。因此將這一溫度作為改造流程模擬溫度時(shí)效果最為突出。

2.2 膜分離法改造

膜分離法改造流程是在原有流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，通過(guò)增加有機(jī)蒸汽膜，利用合成尾氣中不同氣體組分滲透速率在有機(jī)蒸汽膜中的存在的差異，滲透?jìng)?cè)有氯甲烷的濃縮氣體，經(jīng)過(guò)循環(huán)回收處理后進(jìn)行焚燒，完成膜分離法流程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)含有氯甲烷的合成尾氣的回收優(yōu)化處理。通過(guò)有機(jī)蒸汽膜面積調(diào)整，可以影響氯甲烷在尾氣中的含量比例。原因在于有機(jī)蒸汽膜起到的分離作用，提升了氯甲烷產(chǎn)品的回收量，且經(jīng)濟(jì)效益得到增加。將膜面積控制在某個(gè)最佳值時(shí)可以得到最優(yōu)模擬結(jié)果，具體數(shù)據(jù)可以按照實(shí)際工作需求展開(kāi)調(diào)整。

2.3 吸收法改造方式

吸收法改造方式借助二甲基甲酰胺作為吸收劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)氯甲烷為其的回收。在有機(jī)硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，吸收劑與排放尾氣在吸收塔底部接觸后，大部分的氯甲烷尾氣可以直接地被吸收劑吸收，并進(jìn)行后續(xù)的焚燒處理。塔底的吸收劑進(jìn)行解吸和循環(huán)回收，通過(guò)循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化。隨著吸收劑用量增加，尾氣中的氯甲烷含量會(huì)隨之降低，說(shuō)明吸收劑發(fā)揮良好的吸收作用，讓氯甲烷從尾氣中有效分離。與前文提到的改造方法類似，在某個(gè)吸收劑用量閾值時(shí)可以達(dá)到最佳改造效果。

2.4 回收流程的動(dòng)態(tài)模擬

有機(jī)硅生產(chǎn)主要是新鮮氣態(tài)氯甲烷與硅粉在催化劑存在的條件下，在流化床內(nèi)進(jìn)行的氣固相催化反應(yīng)。反應(yīng)會(huì)受反應(yīng)溫度、壓力、硅粉粒徑等等因素的影響，生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，氯甲烷的回收流程在復(fù)雜的實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)因?yàn)椴僮鳁l件等的改變產(chǎn)生不同的波動(dòng)和不同類型的技術(shù)問(wèn)題。所以穩(wěn)態(tài)的模擬是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，根據(jù)生產(chǎn)情況連續(xù)的時(shí)間內(nèi)模擬生產(chǎn)過(guò)程的不同工藝參數(shù)，模擬過(guò)程做好實(shí)時(shí)監(jiān)控，跟蹤反饋產(chǎn)生的波動(dòng)情況，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，并不斷對(duì)其優(yōu)化。

國(guó)外針對(duì)流程模擬的研究起步時(shí)間較早，其原理是根據(jù)生產(chǎn)工藝構(gòu)建模擬模型，控制生產(chǎn)成本。回收流程的動(dòng)態(tài)模擬基于靜態(tài)模擬的流程基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到，而靜態(tài)模擬流程中涉及到的操作參數(shù)較多，包括氣液分離罐的體積、閥門種類等。為了得到準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，要求動(dòng)態(tài)模擬環(huán)節(jié)中，所有的設(shè)備、工藝參數(shù)及操作都要與生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行匹配，才能對(duì)波動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)分析，確定回收流程的優(yōu)化方法才能對(duì)波動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)分析，確定回收流程的優(yōu)化方法。以膜組件分離優(yōu)化調(diào)節(jié)為例，如果流程進(jìn)料未產(chǎn)生明顯波動(dòng)，變化時(shí)與平穩(wěn)狀態(tài)相比，氯甲烷在尾氣中的含量有所增加，此時(shí)必然導(dǎo)致一部分氯甲烷資源未能得到充分利用，產(chǎn)生浪費(fèi)。通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬軟件進(jìn)行監(jiān)控后，就能讓膜分離設(shè)備的回收操作過(guò)程更加穩(wěn)定，讓氯甲烷波動(dòng)控制在更小的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本次研究針對(duì)有機(jī)硅生產(chǎn)中的氯甲烷回收工藝優(yōu)化方法進(jìn)行了討論，在現(xiàn)有工藝方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同類型的技術(shù)轉(zhuǎn)變，在投資少能耗低的情況下，追求工藝最優(yōu)。減少資源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，合理保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。在未來(lái)的技術(shù)研究中，還可以對(duì)有機(jī)硅生產(chǎn)中氯甲烷的整個(gè)回收過(guò)程進(jìn)行更廣泛的動(dòng)態(tài)模擬分析，以便于對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行理論指導(dǎo)。