有机硅生产中氯甲烷深度回收工艺优化分析

马颖

（唐山三友硅业有限责任公司，河北 唐山 063305）

随着环保要求的不断提高，绿色与节能是当今有机硅发展的主题，我国有机硅企业生产过程中，生产的氯甲烷是合成甲基绿硅烷的主要原料。大多数企业在提升氯甲烷产量的同时，为保护环境，会将产生的尾气通过焚烧等方式进行处理，有机硅生产过程中本身含有氯甲烷的排放尾气直接进行焚烧处理，不利于经济效益的提高。氯甲烷还有回收的空间，需要进一步优化利用。为了进一步实现资源节约，本研究也在以往工艺基础上进行有效回收处理，提升氯甲烷回收量。

1 氯甲烷回收工艺

1.1 传统冷凝回收

传统冷凝回收方法是直接将排放气体经过换热器展开处理，借助-30℃的冷媒将氯甲烷进行冷凝，之后利用废气焚烧装置将其焚烧后排放。其中分离罐可以作为精馏系统的辅助存在，与去焚烧系统展开配合。需要注意的是为了保障回收效果，排放系需要进行冷冻降温，一般控制在-25℃。但是，在使用传统冷凝回收工艺进行回收时，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 膜分离回收

膜分离回收法借助混合气体中的分压差展开气体渗透，考虑到各组分具有不同的渗透速率，因此混合气体不同组分的分离可以同步进行，分离结束后的气体在经过处理排放后可以实现典型的回收流程。具体来看，不凝性排放气体进入膜分离器之后，回收工艺流程仍然通过回精馏系统和去焚烧系统来实现。在既往的内容中，也有计算氯甲烷排放气膜分离效果的研究，结果证实，回收排放气体的组成流量相比于传统冷凝回收法有了明显改善。不过膜分离回收方法也有一些缺陷，例如膜工作组件需要定期更换，可能会带来额外的成本。

1.3 膨胀节流回收

节流回收工艺利用的是液相节流减压气化所产生的能量，通过膨胀节流回收，把之后能够让一定数量的氯甲烷排放至焚烧装置之内。而冷凝后的气相流体具有较高的压力，也可以作为能源得到重复利用。然而，冷凝后排放气节流产生能量效果并不十分突出，综合计算流体温度压力参数之后可以得到膨胀节流回收工艺的优化方法。整体来看，膨胀节流回收的最大优势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，膨胀过程甚至可以输出功。所以在目前的有机硅行业中膨胀节流回收工艺的设备操作比较简单，且运行成本较低，回收后排放气体中的氯甲烷含量显著降低，不影响焚烧系统的工作性能，也不会增加焚烧过程中产生的二噁英，危害性明显减少，环保性能突出。

1.4 冷却液相节流回收

液体降压后部分气化所产生的冷量，可以将一些工作过程中未减压的不凝气进行冷凝，此时不凝气的温度进一步下降，保障了后续工作中氯甲烷回收性能。从整体工作流程来看该工艺只要将排放器冷却制一定范围即可，同时在回收率能够提升的前提下，以传统工艺更加节能，物料温度降低幅度大，氯甲烷回收率较高，从排放气体的流量和组成中也可以推测出结果。

2 氯甲烷回收流程的改造优化

2.1 传统冷凝改造

传统冷凝改造主要目标是为了降低尾气中的氯甲烷含量，将降温后的氯甲烷从混合气中分离出来，含有氯甲烷的尾气降温后进入气液分离罐，冷凝后液相物料会返回系统进行精制回收，通过对尾气中的氯甲烷进行回收后，尾气继续送到焚烧进行处理，完成氯甲烷回收流程。随着冷凝温度逐渐降低，整个改造流程中的氯甲烷含量也会同步降低。原因在于冷凝设备发挥降温、分离作用，氯甲烷产品的回收量得到提高，也能在一定程度上保障经济效益。而从实际的温度变化趋势来看，最佳性能温度为-37.5℃。因此将这一温度作为改造流程模拟温度时效果最为突出。

2.2 膜分离法改造

膜分离法改造流程是在原有流程的基础上进行改造，通过增加有机蒸汽膜，利用合成尾气中不同气体组分渗透速率在有机蒸汽膜中的存在的差异，渗透侧有氯甲烷的浓缩气体，经过循环回收处理后进行焚烧，完成膜分离法流程，从而实现对含有氯甲烷的合成尾气的回收优化处理。通过有机蒸汽膜面积调整，可以影响氯甲烷在尾气中的含量比例。原因在于有机蒸汽膜起到的分离作用，提升了氯甲烷产品的回收量，且经济效益得到增加。将膜面积控制在某个最佳值时可以得到最优模拟结果，具体数据可以按照实际工作需求展开调整。

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为吸收剂，实现对氯甲烷为其的回收。在有机硅生产环节中，吸收剂与排放尾气在吸收塔底部接触后，大部分的氯甲烷尾气可以直接地被吸收剂吸收，并进行后续的焚烧处理。塔底的吸收剂进行解吸和循环回收，通过循环利用实现工艺优化。随着吸收剂用量增加，尾气中的氯甲烷含量会随之降低，说明吸收剂发挥良好的吸收作用，让氯甲烷从尾气中有效分离。与前文提到的改造方法类似，在某个吸收剂用量阈值时可以达到最佳改造效果。

2.4 回收流程的动态模拟

有机硅生产主要是新鲜气态氯甲烷与硅粉在催化剂存在的条件下，在流化床内进行的气固相催化反应。反应会受反应温度、压力、硅粉粒径等等因素的影响，生产过程比较复杂，氯甲烷的回收流程在复杂的实际生产中，会因为操作条件等的改变产生不同的波动和不同类型的技术问题。所以稳态的模拟是无法实现的，需要进行动态模拟，根据生产情况连续的时间内模拟生产过程的不同工艺参数，模拟过程做好实时监控，跟踪反馈产生的波动情况，然后进行现场指导，并不断对其优化。

国外针对流程模拟的研究起步时间较早，其原理是根据生产工艺构建模拟模型，控制生产成本。回收流程的动态模拟基于静态模拟的流程基础进行转换得到，而静态模拟流程中涉及到的操作参数较多，包括气液分离罐的体积、阀门种类等。为了得到准确的模拟结果，要结合实际生产过程，要求动态模拟环节中，所有的设备、工艺参数及操作都要与生产实际情况进行匹配，才能对波动情况进行实时观测分析，确定回收流程的优化方法才能对波动情况进行实时观测分析，确定回收流程的优化方法。以膜组件分离优化调节为例，如果流程进料未产生明显波动，变化时与平稳状态相比，氯甲烷在尾气中的含量有所增加，此时必然导致一部分氯甲烷资源未能得到充分利用，产生浪费。通过动态模拟软件进行监控后，就能让膜分离设备的回收操作过程更加稳定，让氯甲烷波动控制在更小的范围内。

3 结语

综上所述，本次研究针对有机硅生产中的氯甲烷回收工艺优化方法进行了讨论，在现有工艺方法的基础上进行了不同类型的技术转变，在投资少能耗低的情况下，追求工艺最优。减少资源浪费，降低生产成本，合理保护环境，实现环境与经济效益的双赢。在未来的技术研究中，还可以对有机硅生产中氯甲烷的整个回收过程进行更广泛的动态模拟分析，以便于对实际生产进行理论指导。