优化PVC生产工艺降低能源消耗
2017-08-07魏以峰
魏以峰
(天津大沽化工股份有限公司,天津300455)
优化PVC生产工艺降低能源消耗
魏以峰
(天津大沽化工股份有限公司,天津300455)
介绍了悬浮法PVC生产过程中通过技术革新改善水和蒸汽消耗,从而节约生产运行成本,降低能源使用量。
离心母液;蒸汽凝液;换热器;回用水;离子交换
企业在激烈的市场竞争中,除了开发蓝海市场及对应产品外,对目前运行成本的降低或节约也迫在眉睫。本文将通过对工厂能源潜力的开发研究,寻找节约运行成本的方法。
1 蒸汽消耗的降低
天津大沽化工股份有限公司深入研讨,先用热能平衡图对蒸汽使用量进行分层,找出研究对象见图1,蒸汽消耗示意图见图2。从图1和图2可以知道PVC生产过程蒸汽分布及消耗分配。通过全面系统地改善过程中每一个可能的部分或设施。按照先易后难、先简后烦的思路进行。
图1 工厂热平衡示意图
图2 蒸汽消耗工程
1.1 缺陷检查和回复(见表1)
表1 缺陷检查和回复
1.2 系统能源浪费或设计不合理及改善措施
1.2.1 汽提塔系统分析和改善
蒸汽经汽提塔塔板逐渐上升,最后携带着VCM和大部分剩余热能从顶部去回收系统。为了回收这部分余热,在其顶部安装了汽提塔自生冲洗水热回收螺旋板换热器,将常温水加热到90℃以上;剩余热能由冷却水换热器再次换热,将脱出来的VCM(含水汽)降到低温回收使用。
通过计算和测量发现,经由冷却水回收的热能是上部自生冲洗水回收热能的3倍,假设汽提塔使用蒸汽为2 t/h,那么就有约1.5 t蒸汽进入到冷却水中。通过系统调查和计算,认为入料的纯水是一个去处,因为他是常温脱盐水升温后入料,本身需要较多蒸汽。改善前后对比图分别见图3和图4。
图3 汽提塔改善前工艺
图4 汽提塔改善后工艺
改善前,大部分热能由冷却水移走,改善后又有1.2 t/h蒸汽回收到系统的入料水中使用。
1.2.2 干燥冷凝液系统分析和改进
干燥凝液是低压蒸汽与干燥换热热水热交换后产生的蒸汽凝液,原来主要去向是回到一次水系统利用。其温度在90~100℃,水质较好。通过其品质进行了对比分析,纯水和凝液有区别,所以不能进入聚合加料系统,只能作为辅助用水使用。
干燥热风系统是一个可能的途径,因为干燥热风是通过翅片换热器对常温空气加热到80~110℃。该方案技术可行且投较少。
通过实际改进,实现总蒸汽节约1.8 t/h。且凝液降温后可以去向任何一次水地方,使得水资源得到充分利用。
1.2.3 系统潜在可利用能源回收使用
通过全面分析水、气、汽和固体的输入和输出能源情况。通过能源平衡图可以发现系统内是否存在大的、可以利用的能源。
对于PVC生产,离心母液是工艺主要排水工序,40万t/a产能约150 m3/h,一般母液温度55~65℃。由于母液CODcr含量为200~300 mg/L,因此大多注意其排放问题,而忽略其所含的巨大能源。这个隐含能量一般都在污水处理区域通过冷却塔蒸发掉了。
计算其含有的可以回收能源可以估计利用总量。假设60℃母液水降低到40℃,则其可以利用能源总量是:(折合每小时蒸汽用量))
Q=(60-40)×150 000/653/1 000=4.6(t/h),为了验证计算结果,使用现场其他列管换热器进行了换热实验,数据见表2。
表2 换热实验数据表
从实验数据分析得知,热回收是可行的,效率达到95%。为此设计并投资进行母液水热能回收,初步设计纯水流量50 m3/h,全部母液(150 m3/h)与其换热,使得纯水温度升到规定的设定值50℃。简易流程示意图见图5。
图5 母液水热能回用示意图
为了防范换热器泄漏风险,采取了在纯水换热后增设pH计、电导仪措施,以确保运行时对生产没有影响或及时消除影响。
系统进行以上改善后,蒸汽单耗下降45 kg/t PVC,提高企业成本竞争力,另外节约成本的同时也对防止温室效应和防止大气污染有利。
2 减少水消耗的研究和实践
通过对水消耗关键因子进行分层,找出潜在因素见图6。阴影部分框内列为需要改善关键部分,即再生过程水消耗作为重点。以下详细分析和研究使用的2B3T离子交换系统情况并找出改善机会。
2.1 影响再生系统逻辑分析鱼刺图(见图7)
利用因果图对影响脱盐水周期制水量的因子进行分析,通过分析了解到再生液流量、再生液浓度(比重)、中间水箱液位控制控制阀开关频率、树脂是否泄漏对脱盐水再生水耗影响较大。
图6 水消耗潜在因素
图7 影响再生系统逻辑分析鱼刺图
2.2 树脂泄漏原因分析及解决方法
2.2.1 现象及初步措施
目前树脂的泄漏往往都是在树脂量明显减少后才被发现。为了及时发现和防止树脂的泄漏,减少树脂损失,在中排排水管上安装树脂捕捉器和树脂装卸喷射器。这样就可以从树脂捕捉器的视镜中及时发现树脂的泄漏,并采取相应措施。泄漏出来的树脂可以由树脂装卸喷射器加回到交换器中。
2.2.2 发生树脂泄漏的根本原因
2B3T脱盐水制水系统为逆流水顶压再生离子交换系统,树脂层从上至下依次分为压实层(失效层)、工作层、保护层。一般树脂层的泄漏,主要是压实层的树脂,漏树脂的渠道主要是中排装置,发生树脂泄漏示意图见图8。
生产中发现,目前中间水箱液位控制是靠交换器的进水阀开关控制。由于控制阀门为开关阀,再加上中间水箱容积较小,使进水阀门频繁开关,造成的震动对中排、水帽的伤害很大。振动的频繁发生,使得中排装置故障,造成树脂泄漏、布水不均,影响再生质量,此为交换床泄漏树脂的根本原因,亟待改善。
改善开关阀为自控调节阀,则完全消除此种故障,确保稳定制水。
2.3 再生液浓度控制分析
再生液浓度是对再生效果影响非常大的一个指标。目前完全靠手动抽测,取样后测定再生液比重,据此推算再生液的浓度。由于比重测定误差很大,这种测定不能达到控制再生过程的稳定、及时,测定数据也不具有代表性。
安装在线检测仪并连锁自控阀调节,实现精确调节控制,确保再生过程。改善内容见表3。改善完成后,吨PVC水消耗减少0.5 t。
2.4 新技术采用
图8 树脂泄漏示意图
表3 改善内容及原因
通过以上改善,虽然节约水消耗,但还没有出现大幅减少水消耗的预期。满室床制纯水技术是罗门哈斯开发的最新制水技术。其优点是再生酸碱消耗少,制水周期长(比2B3T长1倍以上时间)。该公司目前使用的是固定床制水技术。
2.4.1 固定床现有缺陷
离子交换器为固定床,为水顶压逆流再生式:运行时上部进水,下部出水,再生时下部进再生液,中上部排再生废液,同时为了再生过程使树脂不乱层,上部需进水进行顶压见图9。
图9 固定床进出水情况
(1)水质不稳定。由于再生时再生液从下向上进入,容易产生偏流和乱层,再生效果不好,造成水质不稳定;(2)制水周期短。由于树脂填充量只有整个床子的一半,树脂容量少,以及由于再生效果不好,造成制水周期短;(3)再生水耗、酸碱消耗大。由于再生时效率不高和需要顶压,造成再生水耗、酸碱消耗大。
2.4.2 满室床技术说明
满室床运行时是底进上出水,再生时再生剂是上进底出。这种制水运行方式效率高,树脂交换充分,制水周期长;再生时再生剂与树脂接触充分有效,因此酸碱使用量少,见图10。
图10 满室床的特点
(1)出水水质好;(2)酸碱消耗量低;(3)再生水耗少;(4)制水周期长;(5)操作简单。
该公司将现有系统升级更换系统为满室床系统,经过3个月运行,水消耗指标明显降低,酸碱费用也大幅节约。具体核算此项目水单耗节约1 t/t PVC。
综合改善后,系统水单耗从5 t/t PVC下降到3.5 t/t PVC以下(PVC总水单耗,含工艺用水、循环水、生活用水、消防水)。
3 结语
能源和水的节约是PVC企业永恒的方向,既有利于提高企业成本竞争力,又具有环保意义。因此,企业和社会动力都很高,今后应努力学习先进企业经验,力争早日实现离心母液全程处理并制作纯水回用到生产工艺,实现真正闭路循环和零排放,使废水资源化并达成PVC生产总体用水小于1.8 t/t PVC目标;开发新的节约蒸汽技术,利用热泵等工艺将干燥尾气中能量早日回收,力争做到减少PVC工艺50%蒸汽节约,为CO2减排和减少温室效应再做新贡献。
印度氯化钾进口量同比将下降5%~7%
日前,印度主要进口商IPL表示,由于全球价格上涨和政府补贴减少,印度氯化钾进口量可能同比下滑5%~7%。据统计,2016年4月至今年3月,印度进口氯化钾374万t,较上一年增长15%。
经印度化肥部确认,印度将把2017—2018财政年度对氯化钾的补贴减少20%,至7437卢比/t。
5月份日本乙烯产量环比下降3%
据媒体报道,日本经济产业省(METI)近日表示,5月日本乙烯产量环比4月下降2.5%至53.59万t。与去年同期相比,5月日本乙烯产量则增加了5.8%。
月度环比下降是由于旭化成三菱化学乙烯公司在5月10日关闭了位于水岛的石脑油裂解装置进行年度检修。该裂解装置计划在7月3日重启。该裂解装置设计年产49.5万t的乙烯和32万t的丙烯。
Optimize PVC production process to reduce energy consumption
WEI Yi-feng
(Tianjin Dagu Chemical Co.,Ltd.,Tianjin 300455,China)
The production process of PVC is introduced,through technological innovation,improve water and steam consumption,so as to save production operation cost and reduce energy consumption.
centrifugal mother liquor;steam condensate;heat exchanger;water reuse;ion exchange
TQ083+.4
B
1009-1785(2017)06-0021-05
2017-05-02