己内酰胺生产附属物的资源化利用

马志鹃

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

引 言

己内酰胺作为一种重要的化工原料，其主要用来制备尼龙6系列的纤维以及树脂，同时也可以用于部分医药中间体的制备，是一种重要的化工产品原材料，目前已广泛的应用于交通、船舶、国防、电子、包装等领域[1]；随着尼龙6行业的稳步发展，国内己内酰胺的需求也是急剧增加，己内酰胺的生产技术也得到了快速的发展[2]。

目前，我国己内酰胺主要采用环己酮氨肟化法来进行生产，在全国已有超过10家生产单位引用这个具有自主知识产权的技术[3]；但是整体来讲该技术同样存在生产流程长、工艺复杂、能源消耗大等不利因素[4]，随着市场竞争的逐步加剧，己内酰胺生产厂的竞争力除了提升产品质量，另一个重中之重就是降低生产成本，这主要可以通过两种途径来实现：一是优化现有工艺路线，二是对生产附属物进行资源化利用，工艺路线的优化必定带来现有装置的停产、资金的投入以及设备的异动，因此对生产附属物进行资源化利用是一种快而有效的方式，在己内酰胺的成本中，在原材料之外的一个重要部分就是生产过程的能源消耗，其占己内酰胺成本超过了20%，因此对己内酰胺生产过程中的能源进行有效利用异常重要[5]；目前采用化工生产的余热来发电得到了大力的发展[6]，如果对己内酰胺生产过程中的余热进行资源化利用，除了能实现己内酰胺生产附属物的深度利用，还能有效的降低己内酰胺的成本，增加产品的竞争力。

1 工业生产余热发电

近些年随着工业技术的快速发展，我国关于工艺生产余热的梯级利用技术也得到了快速的发展，其中利用余热来发电相关的开发设计以及配套设备制造都已经相对比较成熟且已有成功投产的先例[7]；随着国家对于环保的严管、对资源化利用的要求以及在余热利用领域的政策扶持，利用工业生产余热来发电必定会越来越广泛[8]。

目前成熟的余热发电装置主要有两类。一是膨胀发电机，该种装置主要通过携带余热的蒸汽促进膨胀机的膨胀进而驱动转子来做功，随后通过温度压力的调节来驱动发电机来进行发电；二是基于有机朗肯循环(ORC)的发电机，这种装置主要是采用工业生产中携带余热的蒸汽来促使介质的相态变化，通过相态的变化来促进发电机进行发电，携带余热的蒸汽在放热后又可以进入工业生产冷却过程，实现资源循环利用。

2 己内酰胺生产余热的资源化利用

在己内酰胺的生产过程中由于生产工艺的需求，会采用大量不同状态的蒸汽来对装置进行供热，不同状态蒸汽转化过程中会造成大量的能源损耗；同时在热蒸汽冷却后会形成冷却液，这部分冷却液温度约为130 ℃，同样可以用来发电；另外反应过程中会存在大量的反应热也可以进行有效利用来发电，因此可以通过蒸汽的压差、冷却液中的余热以及反应热来进行发电。

2.1 利用生产中蒸汽压差发电

通常己内酰胺生产过程中需要用到大量不同状态的蒸汽，主要包括高压，其压力约为3.5 MPa；中压，其压力约为1 MPa；低压，其压力约为0.5 MPa。其中，中压蒸汽以及低压蒸汽通常是将高压蒸汽降温降压而得，在这个处理过程中就会造成蒸汽的能量损耗，因此如果高压蒸汽转变为中压以及低压蒸汽过程中如果刚好可以与膨胀发电机的启动条件相匹配，这样采用膨胀发电机来代替原有的降温降压装置对这部分能量损耗进行资源化利用并转化为电能，是一种异常高效的资源化利用方式。

浙江晋巨化工在余热利用上进行了尝试，该公司采用螺杆膨胀发电机对公司内部生产过程中2 MPa转化为0.6 MPa蒸汽的过程进行了余热发电利用的探索，通过设备改造前后的数据对比发现采用螺杆膨胀发电机替代原有的装置，蒸汽降温降压过程中的压差得到了更为充分的利用；通过费用的核算，本次引用螺杆膨胀发电机累计投资了约135万元，而本套发电装置投入使用后年度工作时间约为8 000 h，如果电价按0.675元/kW·h来核算，则本套发电装置年度发电带来的效益约为90万元，经过约一年半就可以实现该过程的盈利，是一种高效的降本增效方式[9]。

2.2 利用生产中蒸汽冷却液发电

己内酰胺在生产过程中会用到大量的蒸汽，这些蒸汽在冷却后形成冷却液，虽然大部分热量均已供给系统，但是冷却液温度依旧在100 ℃以上，是一种优异的低温热源，目前对于这部分热量的回收主要采用富集闪蒸进行部分回收后采用循环水冷却后作为工艺水，该种方式不仅需要循环水，而且造成了热量的流失；如果利用冷却液中的热源来采用有机朗肯循环发电机进行发电，不仅可以达到降低冷却液温度的目的，同时可以减少循环水的使用，同时对热能进行有效利用。

2.3 利用生产中反应热发电

己内酰胺在生产过程中由于化学反应的存在，会形成大量的反应热，这部分热量通常主要通过循环水带走，这不仅需要大量的循环水，同时也造成了热量的流失，如果采用有机朗肯循环发电机来建立一个新的水循环系统，是工艺水经过发电机后在运送至反应器的各个换热点进行循环利用，这样不仅充分的利用了反应热，同时还可以大大的减少循环水的使用，同时也可以降低循环水系统的能耗，增加设备的使用寿命。

海南炼化在反应热的利用上进行了尝试，反应热循环水温度达到120 ℃后引入有机朗肯循环发电机来发电，经过发电系统降温后的循环水再次循环进入反应器的各个热交换点来吸收反应热，不仅减少了循环水的使用量，同时也有效的利用了反应热，在系统运行后热水的消耗量约为200 t/h，在夏季时发电量可以达到790 kW·h，引入的发电机组年度效益可以达到月1 650万元[10]。

3 结语

己内酰胺作为一种重要的化工原料广泛的应用于各个领域，目前我国己内酰胺主要采用环己酮氨肟化法来进行生产，但是整体来讲该技术同样存在生产流程长、工艺复杂、能源消耗大等不利因素，随着市场竞争的逐步加剧，降低己内酰胺的生产成本，进行资源化利用异常重要，其中利用余热发电是一种重要的手段，在己内酰胺生产过程中，可以利用不同状态蒸汽转化过程中的压差、蒸汽冷却液以及反应热中的热量来进行余热发电，不仅可以降低生产消耗以及己内酰胺的生产成本，同时也能实现资源的有效利用，提高产品的竞争力。