烧碱生产过程低温热能资源化利用

刘明杰，刘海涛，赵 清，肖文莉

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯碱有限责任公司自2005年投产以来，不断运用技术改造手段应用溴化锂制冷、蒸汽式氯化氢合成炉以及流化干燥床等一系列节能新技术装备，提升了企业整体技术水平，产品综合能耗不断降低。2017年，烧碱产品综合能耗298.93 kgce/t，PVC综合能耗160.14 kgce/t，低于行业平均水平。

1 烧碱低温热能回收理论分析

2017年，烧碱低温热能资源化利用以合理化建议形式被提出，经过1年的讨论完善，形成最终可行方案，列入2018年计划内技改实施。

1.1 烧碱低温热能回收利用可行性分析

烧碱生产工艺中，盐水精制系统需要将温度控制在60℃左右，主要原因是既要提高原盐溶解速度，也要缩短盐水精制反应时间，还要保证下游螯合树脂反应活性。

烧碱正常生产中，精盐水在电解反应中损耗50%氯化钠和20%的水，需在化盐操作过程中补足。其中20%的水分损耗主要通过补充常温生产水实现。补充的原盐和生产水均为常温，通过化盐操作不仅将其融入生产系统，还需要通过热水或副产蒸汽加热提温至65℃。与此同时，电解工序成品烧碱浓度32%，温度在80℃左右，需通过循环水冷却降温，降低烧碱对管道、设备的腐蚀。

从工艺需求上分析，生产水需要从25℃（常温）被加热至55℃左右，32%成品烧碱需从80℃冷却至45℃以下。理论上，用生产水冷却成品烧碱，同时被成品烧碱加热提温在理论上完全可行。

根据系统水平衡计算，烧碱系统需补充新鲜生产水在150 m3/h左右，为保证操作性能，引出140 m3/h生产水用于冷却烧碱。

生产水从25℃提温至55℃，再进入化盐水系统，只需少量补充蒸汽即可确保生产工艺需求。项目有效利用烧碱余热即为节约蒸汽热量和生产水提温吸收热量 140×（50-20）×1=420（万kcal/h）。

根据生产运行数据，现有烧碱生产装置可回收32%成品烧碱产品低温热能 35℃×（88+74）t/h×0.864 kcal/kg.℃=489（万kcal/h），完全能够满足生产水提温需要。

1.2 烧碱低温热能回收工程技术方案

烧碱低温余热利用方案整体围绕生产水冷却成品烧碱进行设计，并增加附属工艺完善内容。主要技术方案包括以下内容。

（1）新增烧碱/生产水换热器与原有成品烧碱冷却器串联，正常情况下可独立运行，增加换热器使用寿命；备用换热器冷却介质（循环水）侧增加不经换热器的连通管，满足冬季防冻需要。

（2）生产水进入换热器前增加篮式过滤器，延长生产水结垢堵塞换热器周期。生产水侧设置流量计和调节阀，严格定量控制冷却成品烧碱的生产水流量（稍小于正常生产水补充量），并遵循“固定流量+变量调节”方式，由烧碱二车间进行生产水流量调节和总体把控。

（3）生产水采用无压回水，增加生产水冷却系统的流动性能，所有冷却用生产水提温后无压进入蒸发界区的生产水罐，通过水泵和出口调节阀平稳输送至化盐水罐。

（4）提温后生产水自缓冲罐泵引出1支分支管线，通过加压泵提压用于清洗盐泥，降低盐泥含盐量。

（5）铺设蒸汽管线至南区溴化锂机组，利用副产蒸汽加热热水，供溴化锂机组通过热制冷制取冷冻水，同时，铺设蒸汽管线至聚合树脂干燥流化床，采用饱和蒸汽对离心分离后的PVC树脂进行干燥。

1.3 节约的高级热能利用方式分析

140 m3/h生产水提温所需热量供应强度为420万kcal/h，而根据饱和蒸汽物理性质，副产饱和蒸汽冷凝为水放热55.7万kcal/t。生产水加热所需热量需要通过420÷55.7=7.5（t/h）的副产饱和蒸汽提供。根据生产实际测算，副产蒸汽节约6.8 t/h，其余为95℃热水（热值折中压蒸汽0.7 t/h）。其应用方向主要有以下2个。

1.3.1 溴化锂制冷

2007年以来，三友氯碱根据热平衡相继安装了6台温水型溴化锂制冷机组，采用氯化氢合成炉和氯乙烯转化器副产的热水作为热介质制取7℃冷冻水。

随着技术装备的不断进步，氯化氢合成反应热利用技术也出现重大变革，余热携带介质由95℃热水升级为0.4 MPa中压蒸汽，余热回收价值大幅上升。受此影响，三友氯碱不仅在扩产新项目当中全面采用蒸汽式氯化氢合成炉，也不断将原有热水型氯化氢合成炉替换为蒸汽式氯化氢合成炉。虽然企业总体创效提升，但也造成了用于溴化锂制冷的热水供应不足，温水型溴化锂机组开工率不足50%，

烧碱低温热能资源化利用后，生产水改用成品烧碱提温后节省了以饱和蒸汽或高温热水为载体的加热介质，能够维持1台溴化锂制冷机组满负荷运行，进而供应7℃冷冻水550 m3/h，年创效326万元。

1.3.2 树脂干燥流化床

三友氯碱60%以上的通用聚氯乙烯树脂生产装置（产能20万t/a）仍采用气流旋风工艺技术进行产品干燥，技术相对落后，单位能耗高，且容易造成部分PVC产品杂质偏高。

三友氯碱直接采用国际先进水平的丹麦尼鲁树脂干燥流化床替代原有树脂旋风干燥系统，直接应用饱和蒸汽进行PVC干燥操作，降低树脂蒸汽单耗0.2 t，效益显著。

根据核算，生产实际当中用于生产水加热的蒸汽在6.8 t/h，通过烧碱低温热能回收后，可满足新树脂流化床60%左右的蒸汽需求，年可创效770万元。

2 低温热能利用推广

在现有工艺中，离心式空压机需要通过多级循环水冷却移出压缩热，同时采用电加热方式催动仪表气再生干燥器恢复工作性能。

停用离心式空压机末级冷却器，节省循环水消耗；终极压缩后的高温工艺空气代替热再生气进入再生干燥器（改型为热压缩空气再生干燥器），充分利用工艺气压缩余热对仪表气设备进行干燥脱附，减少了电能消耗，降低仪表空气制造成本。

3 结论

三友氯碱通过大力推广先进技术，优化生产工艺，不断深入挖潜，推进节能减排和可持续发展，降低生产成本，取得了极大的经济和社会效益。经测算，上述两项低温热能资源化利用措施年创效在800万元以上，而投资仅300万元左右。

化工企业尤其是高耗能企业需积极优化生产工艺，采用能量优化利用原则合理组织能量多次利用，高能高用，低能低用，按质用能，按需供能。具体说来就是对热资源要尽量先产功再用热，即使对热量利用也要按能级高低分别回收使用，高温热源加热高温物料，低温热源加热低温物料，构成按能量等级高低综合利用的总能体系，从而达到较高的能量利用效率，实现节能和经济发展的有效平衡。