甲烷氯化物装置余热资源利用

【摘要】甲烷氯化物作为一种基本有机化工原料，广泛应用于化工的其他行业，如制冷和硅酮聚合物的原料，制药，橡胶行，涂料等行业，本文就甲烷氯化物的生产装置余热资源进行了探讨性的研究。

【关键词】甲烷氯化物；生产过程 ；余热资源；利用

甲烷氯化物装置是以甲醇、液氯为原料，采用氢氯化反应、氯化反应机理生产一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四碳的较大规模的化工生产装置。此生产工艺技术及工程设计引进于日本曹达公司，在国内应用已二十余年，随着对甲烷氯化物装置的研究，社会对节能降耗的要求日益增加，特针对甲烷氯化物装置的余热资源利用做了深入的分析及研究。

1 甲烷氯化物装置反应热利用

1.1 甲烷氯化物装置的能耗来源介绍

甲烷氯化物装置的能耗来源主要有两部分：电、蒸汽，且用量相当庞大，如何降低蒸汽用量是节能降耗的关键环节，以节约蒸汽为出发点，甲烷氯化物装置的余热资源利用分为两部：1、反应热的回收利用自制蒸汽，2、冷凝水的余热利用3、精馏塔余热利用研究4、热泵的开发研究。

1.2 氢氯化反应器余热利用

氢氯化反应为放热反应，反应生成的热量是巨大的，但反应温度控制又需要相对稳定，否则直接影响到反应器催化剂的使用寿命 ，因此将反应余热有效的利用可以产生巨大的经济效益。

氢氯化反应：CH3OH+HCl→CH3Cl﹢H2O

1.3 温度对反应的影响

一般说来提高反应温度可提高甲醇转化率及氯甲烷的选择性，但是在300℃以上这种影响变得不太明显，但温度超过了300℃催化剂的寿命加速缩短，所以确定最佳温度在300℃左右[4]。另一方面，较低的反应温度有利于选择接触高温气流的设备结构材料，但如果反应温度降至290℃以下时，甲醇的转化率随之降低而甲醚生成量增加。

1.4 甲烷氯化物反应热余热利用技术改进

反应热加热蒸汽冷凝水制造低压蒸汽，工艺简单、安全仅仅需要一台换热器即可。

1、冷凝水回收系统回收：蒸汽系统排出的高温冷凝水，可最大限度地利用冷凝水的热量，节约用水，节约燃料。对工厂的节能降耗，提高经济效益有显著的作用。冷凝水回收系统大致可分为开式回收系统和闭式回收系统两种，回收得到的冷凝水100℃至103℃，处于饱和状态，在获得最低的热量后可以产生2.7kgf/cm2蒸汽，

2、技术改造结果

技术改进前：氢氯化反应器产生的热量由热媒带走，然后通过热媒换循环水带走，从而达到温度控制的目的，这样以来既造成了循环水的浪费，也浪费了反应热。

技术改造后：将循环水换热器更换为冷凝水气化器，充分利用反应余热加热来自冷凝水槽的蒸汽冷凝水，将汽化后的蒸汽利用到精馏系统，起到节能目的。

2 冷凝水的余热利用

2.1 冷凝水回收节能的主要措施

1、对于高压或中压冷凝水进行闪蒸产生低压蒸汽，对低压蒸汽进行重复利用，回收排放余热。

2、把热的冷凝水送至锅炉类设备，重新产出低压蒸汽，减少冷水加热过程中产气的热能利用。

2.2 冷凝水的闪蒸蒸汽余热

蒸汽作为一种清洁、安全的载能体在各行各业中被广泛应用。蒸汽作为高能载体，通过其余热利用达到节能减排的目的被业内认可。蒸汽在各用汽设备中放出汽化潜热后，变为近乎同温同压下的饱和凝结水，由于蒸汽的使用压力大于大气压力，所以凝结水的余热利用率可达蒸汽全热量的20%～30%，且压力、温度越高的凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大。因此，蒸汽冷凝水余热利用变得很有必要。

2.3 蒸汽冷凝水余热利用的方式

1 .采用密闭回收冷凝水余热回收技术

密闭式冷凝水回收系统指的是冷凝水在回收利用的过程中不与大气接触的系统。闪蒸损失的大大减少和冷凝水的及时输送，使冷凝水本身的热量得到比较充分的利用；冷凝水与空气的隔离状态使得水质保持较好的软化状态，并使得回水管道和附件减轻腐蚀；系统的可靠运行同时带来整个供热系统的平稳运行，既减少了热排放的环境污染，也减少了装置的热损失。采用开式回收冷凝水余热回收技术

开式回收系统是把冷凝水回收到锅炉的给水罐中，在冷凝水的回收和利用过程中，回收管路的一端敞开向大气，即冷凝水的集水箱敞开于大气。当冷凝水的压力较低，靠自压不能达到再利用场所时，利用高温水泵对冷凝水进行压送。这种系统的优点是设备简单，操作方便，初始投资小；但是系统占地面积大，所得的经济效益差、对环境污染较大，且由于冷凝水直接与大气接触，冷凝水中的溶氧浓度提高，易产生设备腐蚀。这种系统适用于小型蒸汽供应系统，冷凝水量较小，二次蒸汽量较少的系统。使用该系统时，应尽量减少二次蒸汽的排放量。

2.采用密闭回收冷凝水余热回收技术研究

在开式和闭式回收系统中，人们越来越认为闭式回收系统是一种较为理想的回收方式，其投资在日后使用中能得到有效回收，所以，被广大厂家和研究单位采用和研究。

密闭水箱回收法其特点是：①用汽设备不安装疏水器，冷凝水连水带汽进入密闭水箱而形成带压的汽水两相饱和状态。②锅炉上水泵和水箱均设在地下，且水箱高出泵4～5m左右，利用闪蒸汽压和水箱与泵的位差将冷凝水泵人锅炉。

2）利用现有设备的技改[2]

将活塞式空气压缩机进行技术改造，用于回收连水带汽的冷凝水。特点是用汽设备不安装疏水器，活塞式压缩机将连水带汽的冷凝水全部输入锅炉。但设备热能利用率低，且受压缩机容量限制，仅适合小流量、用汽设备压力比较均等的冷凝水回收。

3）引进先进节能设备

以高温冷凝水回收装置为主体的密闭式冷凝水回收技术是在引进同类设备基础上消化吸收而研制开发的[2]。高温冷凝水经回收装置直接泵入锅炉。特点是利用喷射泵增压原理来防止离心泵在泵送高温饱和水时的汽蚀问题。它是靠喷射器的增压对泵的进口强制加压，流人的冷凝水，一部分从泵喷出，送到喷射器进行经常性的循环，保证泵的人口压力；另一部分经压力调整阀后被泵连续压送。使用这种泵的回收系统，冷凝水回收管直接接在回收系统中，不需要冷凝水箱。可以连续回收冷凝水，不同压力的冷凝水可以用不同管道来回收。

3 精馏塔余热利用研究

3.1 利用塔釜液预热粗产品

从原理上来看，进料温度的提高可以使精馏塔操作曲线接近平衡曲线，使精馏过程更趋近于热力学的可逆过程，提高了过程的热力学效率。在利用塔底产品的显热时需要注意：若塔底产品流量较小，可用的热量往往不足，这样就需要在换热器后面再装一个预热器作为补偿，而预热器的能量来源可以来自于蒸汽余热利用。从实际的操作实验中发现，预热器以外部热源的补偿再沸器流量的变化，使得工艺操作过程更为稳定[7]。

3.2 提高精馏塔进料的热状态

精馏塔进料热状态的不同，将造成精馏塔内精馏段和提留段的气液相流率的波动，从而影响最小回流比，理论塔板数以及再沸器和冷凝器的热负荷。再实际的生产操作过程中，适当的降低精馏塔压力，这样以来分离组分之间的相对挥发度度增加，保证同样产品纯度的情况下，可以适当的减小回流比，降低了再沸器的热负荷，实现了原料自身热余量的利用，节约了能源消耗。

【参考文献】

[1] 巨化集团科技院编. 甲烷氯化物工艺流程图[Z] 衢州巨化 2002

[2] 郭年祥. 化工过程及设备[M] 北京 冶金工业出版社 2003，3

[3] 娄爱娟，吴志泉，吴叙美. 化工设计[M] 武汉 武汉大学出版社 2002，8

[4] 魏文德著. 有机化工原料大全[M] 北京 化学工业出版社 1989，12

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