隋忠興，張曉東

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

石墨爐副產(chǎn)低壓蒸汽在PVC干燥床中的利用

隋忠興，張曉東

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

分析了石墨爐合成爐低壓蒸汽工藝原理以及工藝優(yōu)化關(guān)鍵點(diǎn)，介紹回收氯化氫合成爐副產(chǎn)低壓蒸汽替代內(nèi)熱式沸騰干燥床高壓蒸汽的生產(chǎn)技術(shù)，主要敘述了熱能源對(duì)接計(jì)算，闡述工藝改造內(nèi)容和生產(chǎn)操作注意事項(xiàng)，對(duì)國(guó)內(nèi)采用乙炔法生產(chǎn)PVC的企業(yè)在節(jié)能降耗方面有一定借鑒意義。

PVC 合成爐 干燥床 低壓蒸汽 回收利用

目前，在我國(guó)通過電石途徑生產(chǎn)聚氯乙烯仍有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)在于電石法工藝流程簡(jiǎn)單；國(guó)內(nèi)煤炭、石灰石等原料資源豐富，在一定程度上可以避開國(guó)際石油價(jià)格對(duì) PVC生產(chǎn)成本的影響。采用電石法生產(chǎn)氯乙烯主要包括：乙炔發(fā)生、乙炔清凈、氯化氫合成、氯乙烯合成和氯乙烯精餾等工藝環(huán)節(jié)。合成爐是氯化氫氣體合成的主要設(shè)備，舊式鋼制合成爐因受使用壽命、工作效率、節(jié)能降耗等因素制約，已逐漸被石墨合成爐取代。石墨合成爐按冷卻形式不同可分為循環(huán)水冷卻爐、副產(chǎn)熱水爐和副產(chǎn)低壓蒸汽爐 3種。后兩種合成爐廢熱可以根據(jù)不同企業(yè)的生產(chǎn)工藝情況加以回收利用，尤其副產(chǎn)低壓蒸汽具有較高的汽化焓值，并且輸送工藝簡(jiǎn)單，其利用范圍更加廣泛。

1 石墨合成爐產(chǎn)低壓蒸汽工藝原理

石墨合成爐結(jié)構(gòu)包括：石墨爐體、爐夾套、氯氣和氫氣進(jìn)口管件、燈頭和出口冷卻器等主要部件。HCl生產(chǎn)過程中，氯氣與氫氣在爐底燈頭處混合燃燒，反應(yīng)生成 HCl；高溫 HCl氣體在石墨爐膛內(nèi)上行至頂部出口，經(jīng)石墨冷卻降溫后輸送給氯乙燃合成工序。合成爐中氯氣和氫氣燃燒為放熱反應(yīng)：

合成反應(yīng)生產(chǎn)的高溫 HCl先后經(jīng)過石墨爐內(nèi)壁和冷卻器降溫，反應(yīng)熱被爐夾套內(nèi)無離子水吸收，后者吸熱產(chǎn)生蒸汽；通常石墨合成爐膛中溫度會(huì)超過300,℃，爐夾套能產(chǎn)生壓力在 0.1,MPa以上的蒸汽。合成爐夾套蒸汽產(chǎn)量與HCl生產(chǎn)負(fù)荷、無離子水溫、石墨爐體換熱能力大小有關(guān)；反應(yīng)負(fù)荷高和爐體換熱效率高可以生產(chǎn)更多的低壓蒸汽，這是反應(yīng)放熱回收的基礎(chǔ)。

2 石墨合成爐工藝優(yōu)化

天津大沽化工股份有限公司PVC分廠通過乙炔與氯化氫合成自產(chǎn)氯乙烯單體，其中氯化氫由氫氣和氯氣在合成爐中燃燒制得。以前，氯化氫合成曾使用鋼制爐，技術(shù)落后，單臺(tái)合成爐的生產(chǎn)能力低于2,t/h；在生產(chǎn)流量大時(shí)，鋼制合成爐的安全性會(huì)變差，氯化氫純度不易控制；合成反應(yīng)放出大量的熱都經(jīng)冷卻后直接排放，余熱浪費(fèi)嚴(yán)重。2003年末，HCl工序開始試應(yīng)用新型合成石墨爐，該爐可副產(chǎn)少量低壓蒸汽；由于流量小，無法有效利用，這些蒸汽被直接排空處理。2004年又對(duì)石墨爐進(jìn)行了改造，即在合成爐的石墨筒節(jié)中加入3塊石墨冷凝器，用于擴(kuò)大爐體的換熱面積，提高換熱能力。改造后，新增石墨冷卻器內(nèi)通入無離子水與合成反應(yīng)產(chǎn)生的 HCl氣體傳熱，合成爐的生產(chǎn)能力得到大幅提高，單臺(tái)爐日產(chǎn)量達(dá)到 100,t，并可副產(chǎn)壓力為 0.15～0.2,MPa的蒸汽。石墨合成爐改造提高了氯化氫生產(chǎn)運(yùn)行的可控性；副產(chǎn)低壓蒸汽對(duì)外輸送流量穩(wěn)定，為廢熱蒸汽回收利用提供了必要條件。

圖1 HCl合成石墨爐流程改造圖Fig.1 Process improvement diagram of a hydrogen chloride synthesis furnace

3 內(nèi)熱式沸騰干燥床工藝

PVC樹脂的干燥過程主要包括離心機(jī)脫水和熱空氣流干燥兩部分，在氣流干燥階段，大化 PVC分廠主要采用內(nèi)熱式沸騰床干燥器對(duì)含水量為 20%～25%的濕態(tài)聚氯乙烯樹脂進(jìn)行干燥。自2000年起，天津大沽化工股份有限公司自主開發(fā)研制了干燥能力為10萬t/年、15萬t/年和20萬t/年3種型號(hào)的內(nèi)加熱式二室一段沸騰干燥床。該類床體下部為風(fēng)室，通入熱空氣；分布板結(jié)構(gòu)不同于多室臥式沸騰床，從進(jìn)料端到床末端排床口和出料口有一定傾角，便于物料在床板上的沸騰流動(dòng)。分布板上均布著若干個(gè)可調(diào)式風(fēng)帽，呈正三角排列，每個(gè)風(fēng)帽下面的分布板上開有 6個(gè)直徑為 11,mm的進(jìn)風(fēng)孔，孔的直徑比多室臥式沸騰床的風(fēng)孔大得多。熱空氣從風(fēng)帽底部邊緣與分布板的間隙均勻吹出。風(fēng)帽獨(dú)特的設(shè)計(jì)和合理的分布，保證了床內(nèi)各點(diǎn)的風(fēng)壓分布均勻，物料在床內(nèi)充分混合沸騰，床內(nèi)各點(diǎn)沒有死角。風(fēng)帽與床板間隙不易堵塞，物料也不會(huì)漏到風(fēng)室中。此外，內(nèi)熱式二室沸騰床分布板上還設(shè)有專門停車排床的排床口和排床閥，既能保證排床時(shí)床板上的物料全部排凈，又能均勻有效地控制排床時(shí)物料的通量，避免堵塞送風(fēng)系統(tǒng)管線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排床。床體內(nèi)裝有多組內(nèi)熱列管管箱，管箱主管選用日本進(jìn)口 316,L材料，保證干燥床可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)樹脂干燥原理，用隔板將干燥床分為前后兩室：前室設(shè)計(jì)為恒速干燥階段，內(nèi)熱管采用低壓蒸汽加熱，物料水分由離心機(jī)分離后的25%降至樹脂的臨界含水量 3%左右；后室設(shè)計(jì)為降速干燥階段，內(nèi)熱管采用前室蒸汽泛水加熱，大幅提高蒸汽利用率，同時(shí)保證了 PVC物料的含水量由 3%降至成品樹脂要求的 0.3%以下。內(nèi)熱式沸騰干燥床的突出特點(diǎn)是傳熱效率高，干燥溫度低；產(chǎn)品中紅黃點(diǎn)較少，樹脂白度好；蒸汽消耗在 0.45,t/t·PVC 以下；熱空氣、內(nèi)熱管與濕態(tài)物料間傳質(zhì)充分，產(chǎn)成品樹脂水分可以輕松控制在 0.3%以下。該干燥床前室內(nèi)熱管蒸汽操作壓力為 0.08,MPa，除系統(tǒng)開、停車情況外，蒸汽使用控制過程穩(wěn)定，流量波動(dòng)范圍小，蒸汽需求量大，基本符合與石墨爐副產(chǎn)低壓蒸汽對(duì)接的條件。

4 合成爐與干燥床對(duì)接低壓蒸汽量

水在 0.1,MPa下的汽化潛熱為 2,201.7,kJ/kg，現(xiàn)單臺(tái)爐的最大氯氣流量為 1,500,m3/h，則每小時(shí)產(chǎn)生的熱量為：

如全部用于產(chǎn)出低壓蒸汽，則能產(chǎn)生的低壓蒸汽量為：

正常生產(chǎn)以 3臺(tái)爐滿負(fù)荷運(yùn)行計(jì)算，每小時(shí)產(chǎn)0.1,MPa低壓蒸汽量為16.8,t/h，若替代高壓蒸汽作用于內(nèi)熱式沸騰床的一室蒸汽列管，可以干燥的 PVC物料量在35,t/h左右。

5 低壓蒸汽回收工藝流程及措施

① 從石墨爐低壓蒸汽出口到干燥床原高壓蒸汽減壓閥后，輔設(shè) DN300碳鋼管線；高、低壓蒸汽對(duì)接處安裝切倒閘閥，縮小閥門切倒操作距離。②石墨爐安裝蒸汽壓力表和自動(dòng)排空壓力調(diào)節(jié)閥，以保證夾套內(nèi)副產(chǎn)低壓蒸汽的輸出壓力。③低壓蒸汽管到干燥床端閘閥前安裝現(xiàn)場(chǎng)壓力表，開、停車和高壓蒸汽向低壓蒸汽切倒時(shí)，可以及時(shí)讀取低壓管線壓力。④石墨合成爐到干燥床低壓蒸汽管線在設(shè)計(jì)和鋪設(shè)過程中充分考慮管線排空、泛水排放、膨脹節(jié)設(shè)置、管道保溫等問題，方便低壓蒸汽開、停車操作，減少熱損失。

圖2 低壓蒸汽使用流程圖Fig.2 Process flow diagram of low-pressure steam recycling

6 低壓蒸汽使用注意事項(xiàng)

①干燥床開車鋪床過程中，床內(nèi)料層較低，物料間、物料與內(nèi)熱管間傳熱效率低，系統(tǒng)對(duì)蒸汽焓值要求較高，不易使用石墨爐低壓蒸汽。②干燥床內(nèi)濕態(tài)樹脂流量穩(wěn)定時(shí)，可以逐漸開啟低壓蒸汽替代高壓蒸汽；切倒過程中，密切關(guān)注床溫變化。③干燥床停車時(shí)，前室內(nèi)熱管蒸汽控制波動(dòng)范圍較大，此時(shí)應(yīng)提前將低壓蒸汽切換至原高壓蒸汽源，以避免因低壓蒸汽流量大幅波動(dòng)對(duì)石墨爐操作的不良影響。④石墨合成爐到干燥床蒸汽管線實(shí)際距離長(zhǎng)，低壓蒸汽在低溫管線內(nèi)液化泛水量較大，尤其開、停車過程中，應(yīng)注意管線預(yù)熱和泛水排放；管線壓力正常后，可以進(jìn)行高、低壓蒸汽切倒。⑤石墨滬爐副產(chǎn)蒸汽流量波動(dòng)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)高壓蒸汽閥門加以補(bǔ)償，確保干燥床溫度平穩(wěn)。

7 結(jié) 語

許多化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，放出的熱量不僅數(shù)量大而且溫度較高，這是化工生產(chǎn)中一項(xiàng)寶貴的資源。合成爐副產(chǎn)低壓蒸汽具有流量穩(wěn)定，能量品級(jí)高，短距離輸送方便等優(yōu)點(diǎn)，在電石法生產(chǎn) PVC樹脂企業(yè)中回收利用措施、途徑眾多。熱能回收利用時(shí)中應(yīng)充分考慮幾方面問題：首先，不同企業(yè)可以根據(jù)自身工藝情況，選擇最佳的利用方式，不應(yīng)拘泥于模仿其他企業(yè)固定的工藝過程；其次，對(duì)于連續(xù)的熱源應(yīng)選擇連續(xù)的回收利用工藝裝置，并分析計(jì)算能量大小是否對(duì)等，避免大馬拉小車或者小馬拉大車，從而達(dá)到較高的能量利用率；最后，合理組織能量利用梯度，防止高位熱能無償降級(jí)。

［1］邴涓林，黃志明. 聚氯乙烯工藝技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：242-245.

［2］劉建文，董家輝. 高效、環(huán)保PVC聚合物后處理裝置的開發(fā)應(yīng)用[J]. 中國(guó)氯堿，2005(3)：16-20.

Application of Low-pressure Steam as a Graphite Furnace By-product in PVC Dry Bed

SUI Zhongxing，ZHANG Xiaodong
(Tianjin Dagu Chemical Co.，Ltd.，Tianjin 300455，China)

The production technology of replacing high-pressure steam in internal heating boiling dry bed with lowpressure steam，a by-product from hydrogen chloride synthesis furnace，was introduced. The connection calculation of thermal energy was described and the technology transformation contents and precautions during production were elaborated. This technology may be used for reference for domestic enterprises which adopt the acetylene method for PVC production in the aspects of energy saving and cost reduction.

PVC；synthetic furnace；dry bed；low-pressure steam；recycling

TK266

A

1006-8945(2014)10-0032-03

2014-09-10