化工企业节能减排潜力分析

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本文将以福建省某烧碱企业为例，在多年来对该行业企业推进清洁生产研究的基础上，通过在企业的清洁生产审核和能源审计中采用化工模拟方法［6］，分析和探讨了氯乙烯(VC)实际生产工艺过程中可能存在的各种问题和清洁生产潜力，进而提出切实可行的清洁生产方案，可为同类化工企业清洁生产审核和能源审计提供借鉴。

烧碱生产车间计算机模拟

1计算机模拟过程

烧碱生产工艺流程可采用过程稳态模拟方法，“序贯法”(SequentialMethod)进行求解。将生产流程中各个设备分别建立其数学模型，按其物料及能量流向建立流程模拟系统。序贯模拟法的优点是方法直观，应用灵活，适于模块式处理方法，即序贯模块法，但对于复杂系统，尤其是对环路较多、藕合性强的系统，则难以收敛［7］。以福建某聚氯乙烯企业氯乙烯(VC)实际生产工艺过程的情况进行模拟，其生产规模为精制聚氯乙烯90kt/a。氯乙烯生产过程的主要工艺参数见表1，模拟工艺流程见图1。

2计算机模拟结果及分析

本次模拟以过程稳态模拟为基础，结合灵敏度分析、最优化分析等工具手段进行分析。根据给定的参数(表1)，通过计算机模拟计算得出的各出料物流数据见表2。从表2可以看出:在氯乙烯生产过程中，可能产生了大量的废酸，经过现场考察，该废酸主要由三部分组成:氯化氢生产废气洗涤酸性废水(含酸1.2%)、VC合成水洗废水(含酸2.2%)以及其他可回收的高浓盐酸。氯化氢生产废气洗涤酸性废水和VC合成水洗废水中的废酸具有一定的回收价值，因此，认为该部位具有一定的清洁生产潜力。

通过计算机模拟计算，可得出各设备中产生和交换的能量情况:氯化氢合成炉产生－16281.7MJ/h的热能，石墨冷却器移走－535.7MJ/h的热能;石墨冷却器移走－669.5MJ/h的热量，石墨换热器消耗1095.9MJ/h的热量，氯乙烯转化炉产生了－18335.9MJ/h的热量;单体气柜损失－213.7MJ/h的热量，压缩机消耗8102.5MJ/h的电能，低沸塔塔顶需要移走－26696.1MJ/h的热量，塔底需要加入2099.8MJ/h的热量，高沸塔塔顶需要移走－36863.2MJ/h的热量，塔底需要加入35438.2MJ/h的热量。聚氯乙烯合成与精制工序热量的入方主要是:乙炔原料带入显热、氯化氢显热、石墨换热器加入的热量、合成释放的反应热以及低塔塔底蒸汽加热量和高塔塔底蒸汽加热量。出方主要分为以下7个部分:1)石墨冷却器带走的显热，约占总热量的0.88%;2)低塔放空轻组分带走的热量(直接排入大气，占总热量的0.002%);3)高、低塔移走的热量(用低温水带走该股热量，进入冷冻水工段，两股热流占总热量的83.23%);4)压缩机前的气柜热损失带走的热量(耗散排入环境中散失，占总热量的0.28%);5)精制氯乙烯带出热量(进入聚合工段，占总热量的0.29%);6)盐酸带出热量(作为产品带走热量，占总热量的0.02%);7)其余热损失，约占总热量的15.31%，主要是管道和储槽等保温不密导致的散失;从理论上讲，可以采用各种手段回收或降低上述7个方面的热量，但是增加设备，改变工艺会带来投资费用和操作费用的增加。因此，采取适当的节能技术降低能耗，只有在回收或降低能耗所取得的经济效益大于因设备折旧及操作管理费用等提高引起的产品增加成本时才是合理和可取的。氯乙烯生产过程的热量平衡见表3。数据经整理后与企业实际指标和计划指标进行对比结果见表4。表4中数据显示，能耗最高的是氯乙烯单体精制工段;产生热能最多的是氯乙烯单体合成工段;合成压缩机实际消耗的电能超过理论值的47%;氯乙烯单体精制工段实际消耗的蒸汽量超过理论值的0.1%。通过现场考察发现，本企业现有2台3L-10/8型、5台4L-20/8型活塞式压缩机油耗约24t、水耗为15.5m3/h，效率仅60%～70%，因此，认为该部位具有清洁生产潜力。

节能减排对策和清洁生产方案

借助工艺过程模拟、灵敏度分析、最优化分析等工具的最终分析结论，该企业提出了合成压缩机改造、VC合成水洗酸回收、氯化氢废酸水回收3个清洁生产方案。

1合成压缩机改造

将公司PVC分厂单体车间压缩岗位现有2台3L-10/8型、5台4L-20/8型活塞式压缩机全部跟换为螺杆式压缩机。螺杆式压缩机与活塞式压缩机相比，具有运转平稳、压缩效率高、维修量小、零配件数量少、节电省油、防漏油等优点。经过改造后，螺杆式压缩机采用封闭的油路系统，克服了活塞式压缩机冷却水中经常带油的构造缺陷，完全解决了冷却水带油的问题。该方案总投资180万元，实施后油耗降低了99%，电耗降低了24.4%，同时提高压缩能力，降低电耗与设备维护费用，取得87万元/年的经济效益。

2VC合成水洗酸回收

聚氯乙烯合成车间废酸水中酸含量约为2.2%，年排放量近2.3万t，既造成浪费又污染环境。回收方案为:粗氯乙烯单体由新增加的膜式吸收器、水洗塔进行循环吸收，稀酸在多次循环中逐渐增大到28%左右，成为合格的副产盐酸外售。经过多方考察，公司集多年的生产经验，在国内某企业研制的水洗酸回收装置的基础上进行优化，研制出一套适合本公司工艺的水洗酸回收装置。经过改造后，水洗酸回收装置具有结构合理、阻力小、吸收效率高、可靠性强等特点。该方案总投资21万元，实施后每年可回收盐酸2.3万t，取得41.91万元的经济效益。

3氯化氢废酸水回收

该公司盐酸车间中盐酸生产炉和氯化氢气体生产炉在开车生产期间会排放含有微量氯化氢的尾气，原工艺是通过水流喷射泵抽负压吸收后成废酸水直接排放，废水中废酸含量1.2%左右，排放量3.3万t/年。该公司技术人员根据实际情况设计了一套废酸水闭路循环回收工艺，用于治理氯化氢废酸水。采用的工艺路线为:工艺HCl尾气由水流泵喷射吸收产生的废酸水，通过气液分离后经酸泵加压一部分送回水流泵进口循环使用，进一步吸收尾气中的HCl;另一部分含酸废水经分配台分别送入各台盐酸膜式吸收器，取代自来水，与氯化氢直接接触吸收生产食品盐酸。为保证盐酸质量，水流泵进口由工业水改为自来水。为确保盐酸吸收器操作稳定，增加一个8m3循环酸水贮槽。该方案总投资21万元，实施后每年可以回收盐酸废水3.3万t，取得41.91万元的经济效益。

结论

借助计算机模拟等相关的计算方法，对该企业的氯乙烯生产过程进行分析，可以发现氯化氢合成、氯乙烯合成生产过程产生了大量的废酸，合成压缩机能耗过高，实际消耗的电能超过理论值的47%等问题，具有实施清洁生产方案、节能降耗的较大潜力。最后根据模拟结果，提出和实施了合成压缩机改造、VC合成水洗酸回收、氯化氢废酸水回收3个清洁生产方案，达到了预期的节能减排要求。本文所论述的方法是一种全新的清洁生产潜力定量分析工具，可为该行业企业实施清洁生产和节能减排提供科学的思路和方法，同时，也适用于其他化工企业的清洁生产审核和节能审计等。（本文作者：赵扬蔡、如钰、郑成辉 单位：福建省环境科学研究院）