氯乙烯生产过程中废热利用技术探索

刘海涛，赵　清（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）



氯乙烯生产过程中废热利用技术探索

刘海涛，赵清
（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）

摘要：介绍了电石法聚氯乙烯生产过程中对于氯乙烯合成反应热实施综合利用的初步研究成果。

关键词：废热；无动力；热水；循环；转化

唐山三友氯碱有限责任公司（以下简称“三友氯碱”）成立于2005年1月11日，总资产30亿元。经过10年来的持续扩建，三友氯碱已拥有40万t/a通用聚氯乙烯、50万t/a烧碱、5万t/a特种树脂生产能力。随着树脂产能的增加，三友氯碱在化工生产中用于废热处理的成本也在增多，既浪费了公用工程资源，也不利于节能减排。

根据氯乙烯转化工艺和设备特点，三友氯碱工程技术人员对氯乙烯转化反应废热利用进行了重点技术攻关，拟从源头削减能源的无效排放，实现能源综合利用。

1　热水无动力循环技术研究

传统的氯乙烯转化工艺中，热水循环冷却系统主要通过热水泵强制循环将转化器内化学反应热移出。热水循环冷却系统有效能耗主要是低温热能的无效浪费和热水泵的运行。因此，三友氯碱把攻关重心放在充分利用转化反应热、实现热水系统循环方面。

利用水的密度与温度变化的关系，结合对流效应，开发了热水无动力自循环技术。其具体工艺为：转化器中的冷却水吸收氯乙烯化学反应热，温度上升，密度降低，通过管道对流至高位闪蒸罐；进入闪蒸罐后，冷却水周边水压降低，部分气化，热量以蒸汽形式引出；与此同时，冷却水温度降低，密度增加，通过闪蒸罐底部的回水管，重新进入转化器吸收化学反应热。

本项技术的核心在于利用水温度与密度关系，以热量作为推动力，实现转化器内外热水系统的无动力循环，从而有效减少外部的动力需求。三友氯碱在技术推广应用过程中对热水无动力循环技术进行了完善：在每台转化器上方增加1台闪蒸罐，保持原循环热水的流程不变，将出转化器的热循环水接入闪蒸罐，闪蒸罐底部管道与通入反应器的热水入口相连接，闪蒸罐中部管道与原热水返回管道相连，闪蒸罐顶部为出汽口，实现热推动的冷却水自然循环。

与强制循环技术相比，热水无动力自循环技术不仅大幅度降低了动力消耗，也稳定了冷却水相态，避免形成汽液混合物损害动力设备和管道。三友氯碱一期10万t/a氯乙烯生产装置采用热水强制循环，使用4台大功率热水泵；而采用了热水无动力自循环技术后，只需使用1台热水泵即可满足生产要求；同时，采用了冷却水自循环技术后，转化器列管受热水冲刷和电化腐蚀程度也大为减轻，延长了转化器的使用寿命。

2　热水无动力循环废热回收

在热水无动力循环技术实施后，虽然节约了动力消耗，但是闪蒸出的废蒸汽蕴含大量反应热，却没有得到有效利用。据调研了解，蒸汽型溴化锂热制冷技术已实现成熟应用，但蒸汽溴化锂热源介质需要有一定的压力，闪蒸废蒸汽无法满足机组运行要求。

确定如下技术方案：废蒸汽通过管道输送至除氧塔，采用错流的方式加热温水型溴化锂机组热水回水，将废蒸汽热量转用于溴化锂机组制冷。溴化锂机组利用废蒸汽制取7℃水，供应生产和生活需要，实现能源的合理利用，达到节能降耗的预期目标。

3　热水无动力循环技术优化

完善后热水无动力循环工艺流程见图1。转化的热水通过热水泵分别送至转化器和溴化锂机组；转化器副产蒸汽与溴化锂机组的热水回水一同进入除氧塔。在除氧塔中，废蒸汽将溴化锂回水加热并除氧，通过在除氧塔下部的热水罐又回至热水循环系统，实现物料和热量的平衡。

图1　热水无动力循环工艺流程图

装置运行后，系统整体运行良好，与旧工艺相比节能优势明显，但存在气锤现象，更换新触媒后情况尤其明显。经过研究分析，认为单位时间反应热多，气化速度快是造成气锤现象的主要原因；更换新触媒后，转化反应速率更快，热水气化加速，气锤现象就更严重。

针对上述原因，对无动力循环进行工艺优化改造，在闪蒸罐溢流口上方开孔，使闪蒸罐内的水不会进入管道，即使单台转化器在低温检修期间也不会造成管道冻裂。另外，开孔位于液面以上，有利于气水混合物的分离。将转化器放气口与闪蒸罐开孔直接用管道连接，转化器内反应剧烈时，热水气化后可以迅速通过该管道进入闪蒸罐内，避免气锤现象发生，工艺简图见图2。

图2　无动力循环改造后工艺流程简图

4　实施效果

2014年，三友氯碱推广应用热水无动力循环技术，系统运行良好，生产稳定。该项目攻克了氯乙烯合成废热综合利用的技术难题，既保证了生产正常运行，又实现了能源综合利用，年可创效854万元。

该技术关键运行指标在于废蒸汽进入除氧塔与溴化锂机组热水回水进行热量交换的平衡温度在93℃。应用该技术后，氯乙烯转化工序不再增加热水循环泵，节约电能200万kW·h/a。

5　结论

热水无动力循环技术减少了工业废热的排放，提升了废弃资源的附加值，符合以循环经济理念指导企业发展，合理配置和循环综合利用资源，节能降耗，科学发展的目标。三友氯碱将持续改进，不断创新，优化能源利用配置，以进一步推进节能减排目标实现，逐步实现合理用能，按需供能，减少能源无效损失，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

中图分类号：TQ083+.4

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）02-0044-02

收稿日期：2015-07-21