氯乙烯反應熱轉化器的節能改造方案

于長洪　邢寬

摘 要：氯乙烯是在工業生產中應用較為廣泛的一種化工原材料。在氯乙烯的制備過程中乙炔與氯化氫反應過程中所產生的熱量主要是通過與列管外部水溫高達95℃的熱水進行熱交換的，傳統的氯乙烯反應熱轉化器在熱交換時所采用的水泵強制泵送方式熱交換效率低，從而導致能耗較大，為實現企業的節能增效需要對氯乙烯反應熱轉化器進行改造以提升氯乙烯反應熱轉化中的傳遞效率，本文在分析傳統氯乙烯反應熱轉化器高能耗特點的基礎上對如何通過對氯乙烯反應熱轉化器進行改造以實現節能降耗的目的。

關鍵詞：氯乙烯轉化器 熱水強制循環工藝 熱水自循環 節能增效

中圖分類號：TQ222.423 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0074-02

在現今的氯乙烯制備工藝中，采用傳統的熱水強制循環工藝用以對氯乙烯制備過程中所產生的反應熱是很多化工企業所采用的。在這一轉化過程中，氯乙烯反應熱轉化器主要通過泵送法來完成對于氯乙烯反應熱轉化過程中熱水的循環，在這種泵送強制循環工藝中，所采用的泵送級較多從而導致氯乙烯反應熱轉化器工作時能耗較高、耗電量巨大，為提升氯乙烯的制備量，降低氯乙烯反應過程中的能耗，需要對傳統的強制泵送水循環系統進行升級改造，以使得氯乙烯反應熱轉化器在工作的過程中無需泵送來推動熱水流的流動，從而有效降低了氯乙烯反應熱轉化器的能耗。

1 傳統氯乙烯反應熱轉化器工序熱水強制泵送工藝所存在的缺陷

某傳統的氯乙烯反應熱轉化熱水強制泵送循環工藝采用了48臺直徑達到Φ2400m的氯乙烯反應熱轉化器，強者熱水循環泵送采用4臺功率在75kW的熱水泵來實現，4臺熱水泵采用的是3開1備的工作方式，由于熱水循環泵長期處于工作狀態，導致熱水泵的能耗巨大，據統計，每年在氯乙烯反應熱轉化工藝中因熱水泵所消耗掉的電能就高達kW/h。此外，在氯乙烯反應熱轉化工藝中采用的強制泵水循環工藝會導致熱水泵長期處于高負荷的工作狀態，從而使得熱水循環泵的故障率極高。長時間使用后極易導致熱水循環泵因故障而停車，導致氯乙烯制備的停頓，影響氯乙烯的制備效率。傳統的氯乙烯反應熱轉化器在熱轉化過程中其中所得熱量大部分都會化成水蒸氣而消耗掉，僅有一小部分應用精餾工序和熱散失，這大部分所損失掉的熱量會帶走大量的水汽，從而導致氯乙烯反應熱轉化器中的熱水因濃度變高而導致水質的變壞，同時熱水濃度的變高會使得氯乙烯反應熱轉化器在排污時熱水中的緩蝕劑大量的損失。尤其是在夏天進行氯乙烯制備時，氯乙烯反應熱轉化器中的熱水槽溫度最高可以達到104℃，遠遠超過正常指標所規定的范圍，從而極大地降低了氯乙烯反應熱轉化器的熱交換效率，同時會造成氯乙烯反應熱轉化器憋氣嚴重，需要時常對氯乙烯反應熱轉化器進行排汽操作，從而導致氯乙烯反應熱轉化器可控性變差。因此，在氯乙烯反應熱轉化器工作時需要及時地移走反應熱，從而使得氯乙烯反應熱轉化器中的循環熱水進行氣水分離，從而將氯乙烯反應熱轉化器中的溫度控制在標準的熱交換區間內，這一舉措是氯乙烯反應熱轉化器改造的關鍵也是核心。

2 氯乙烯反應熱轉化器改造方案分析

2.1 氯乙烯反應熱轉化器改造方案原理

做好對于氯乙烯反應熱轉化器的改造需要將傳統的氯乙烯反應熱轉化器泵送熱水循環系統更改為熱水自循環的方式，從而減小氯乙烯反應熱轉化過程中所使用水泵所帶來的高能耗。在對傳統氯乙烯反應熱轉化器進行改造的過程中，僅需要在各處氯乙烯反應熱轉化器上方加裝1臺小罐，在不改變原工藝的基礎上使得原循環熱水通過小罐底部的管道與之相連。將小罐的底部與原氯乙烯反應熱轉化熱水循環工藝中的循環熱水入水口相連接，而小罐的中部則需要與回水管相連接，在小罐的頂部設置出氣口，通過這一改造將能夠使得傳統的泵送強制水循環轉變為以利用熱水密度差實現的自然循環，從而極大地降低了傳統的氯乙烯反應熱轉化器所帶來的能耗。

2.2 氯乙烯反應熱轉化器改造的相關計算

在確定氯乙烯反應熱轉化器改造相關參數時需要對氯乙烯反應熱轉化器自循環工藝進行計算。在氯乙烯反應熱轉化工藝中1臺轉化器所能夠轉換的熱量如下：單臺轉化器每小時乙炔通量為11.5×0.6×30=207m3，按前臺90%轉化率計算單臺反應放熱每小時實際反應的乙炔體積為207×90%=186.3m3，換算物質的量186.3m3×1000L/m3/22.4L/mol（理想狀態）=8316.96mol，前臺單臺反應放熱8316.96mol×124.8kJ/mol=1.04×106kJ。單臺熱水流量L=1.04×106kJ/4.2kJ/kg·℃×2℃=1.23×105kg=123m3。其中熱損按15%計算可得熱水流量為123/（1-15%）=144m3/h。取熱水在水管中的流速為1m/s，因此，小罐出水管的內徑為226mm，因此可以選用DN250的出水管。在氯乙烯反應熱轉化熱水自循環工藝中，流經熱水管中的熱水的流速較低，可以有效地減少熱水罐中熱水渦流的產生。在確定小罐的安裝高度上，由于新疆地區夏、冬兩季的氣溫和氣壓變化較大，夏天大氣壓為0.93～0.98個大氣壓，冬天的呼圖壁，大氣壓為0.95～1.02個大氣壓。取夏季轉化操作時轉化出口的水溫為102℃，經過對照查表所獲得這一氣壓下的蒸汽壓力避免熱水在氯乙烯反應熱轉化器內部氣化，應當控制好小罐的安裝高度。對于所使用小罐尺寸的選擇，流經小罐的熱水需要在小罐內停留約30s的時間，以小罐內蒸汽流速為0.4m/s的數據進行計算，小罐內的蒸汽量應當滿足氯乙烯反應熱轉化器所產生的蒸汽量。在氯乙烯反應熱轉化熱水自循環工藝中，在原始的開車時，仍然需要使用泵強制循環啟動，因此小罐的補水溢流口可以作為原始開車時的強制循環熱水出口，在出口管徑的選擇上需要根據熱水的相關流速進行計算。對于氯乙烯反應熱轉化熱水自循環工藝中的其他設施的配置中，需要在熱水槽的上方加設一個蒸汽回水冷凝設備，用以回收蒸汽的熱量和水分，減少工純水的揮發損失。完成了對于氯乙烯反應熱轉化器的改造后，新的氯乙烯反應熱轉化器熱水自循環工藝在操作時首先對傳統的轉化器進行強制預熱至80℃～85℃，待到熱水自循環正常運作后，再將其轉換為熱水自循環的方式用以減少循環泵的電能損耗，同時在熱水自循環的過程中，對于轉化反應溫度的調節可以通過對自循環過程中循環水的循環量和排水量調節的方式來加以實現。氯乙烯合成觸媒以活性炭為載體，浸漬吸附8%～12%的升汞制備而成。在氯乙烯制備過程中需要控制好溫度避免溫度過高或是過低而影響反應效果。過高的溫度容易導致觸媒吸附所形成的氯化高汞升華而流失，而過低的溫度將會影響觸媒的使用壽命，在轉化的過程中根據系統流量及轉化器的反應溫度，適時地對強制循環系統或是自循環系統進行選用，盡量將轉化器的溫度控制在最佳反應點附近，降低循環泵的使用數量，節能、增效。

3 結語

通過對氯乙烯反應熱轉化器進行改造，將氯乙烯制備工藝中所采用的泵送強制熱水循環工藝更改為自循環方式，有效地降低了氯乙烯反應熱轉化過程中循環泵的使用數量，降低了電能消耗，提升了企業的經濟效益。

參考文獻

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