甲基氯硅烷生產(chǎn)中的節(jié)能技術(shù)研究

馬穎（唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司，河北唐山063305）

0 引言

有機硅材料是以-si-o-si-為主鏈的新型高分子材料，這種類型的分子結(jié)構(gòu)使有機硅材料成為性能優(yōu)異、功能獨特、用途極廣的新型材料。在各個行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。有機硅單體甲基氯硅烷作為原料，為整個工業(yè)生產(chǎn)過程提供了重要保障，因此在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的節(jié)能技術(shù)研究具有明確的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1 甲基氯硅烷的生產(chǎn)工藝流程

甲基氯硅烷的生產(chǎn)是在銅催化劑催化條件下，氣態(tài)的氯甲烷與硅粉在流化床中進行合成反應(yīng)。且技術(shù)優(yōu)勢明顯，不需要復(fù)雜的工序和原材料就能保障較高的時空產(chǎn)率，可以以此為基礎(chǔ)進行規(guī)模化的生產(chǎn)。國內(nèi)有機硅市場發(fā)展速度較快，也讓甲基氯硅烷生產(chǎn)投資規(guī)模不斷加大。生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加的同時，對于產(chǎn)品質(zhì)量和能耗也有了新的要求。目前有機硅企業(yè)都在追求綠色發(fā)展，在生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗。

生產(chǎn)甲基氯硅烷的工藝流程是由硅粉和氣相氯甲烷在銅催化劑的作用下，在一定的溫度和壓力下在流化床內(nèi)通過氣固相催化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)及濕法除塵、精餾脫除大部分高沸物、氯甲烷后得到甲基氯硅烷混合單體。混合單體在單體精餾裝置經(jīng)連續(xù)精餾后分別得到一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、一甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷、高沸物、共沸物、低沸物等精單體。高純度的二甲基二氯硅烷單體在恒沸鹽酸或濃鹽酸存在下，在環(huán)路反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)進行水解反應(yīng)，生成低聚硅氧烷并放出氯化氫，低聚硅氧烷送裂解裝置生產(chǎn)環(huán)硅氧烷。環(huán)硅氧烷可以送到下游工序生產(chǎn)室溫膠、高溫膠等產(chǎn)品。

2 甲基氯硅烷生產(chǎn)中的節(jié)能技術(shù)

2.1 設(shè)備調(diào)節(jié)與控制

設(shè)備調(diào)節(jié)與控制可以有效延長設(shè)備的使用周期，降低設(shè)備運營維修成本，并發(fā)揮節(jié)能作用。除了基本的設(shè)備清潔和潤滑工作以外，還需要控制零部件的磨損，延長其使用壽命，降低功能損耗和其他問題。可以通過縮小旋風(fēng)分離系統(tǒng)細粉儲罐容積的方式增加加壓速度，并減少氮氣使用量；或是改變出料口形式來減少系統(tǒng)的存熱油量；或是通過改變工藝流程對反應(yīng)熱進行利用，減少電加熱爐的運行時間；在保障工藝要求所需要的前提下，部分設(shè)備結(jié)構(gòu)的形式可以進行調(diào)整，既可以減少設(shè)備方面的成本投資，也能夠控制熱量投入。

2.2 生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化

2.2.1 精餾過程調(diào)整

精餾過程是甲基氯硅烷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生能耗的主要單元，如果能降低精餾過程出現(xiàn)的蒸汽消耗，對于整體節(jié)能的有效性非常顯著。一般情況下精餾過程會選擇減少回流比，發(fā)揮塔頂蒸汽余熱等方法進行節(jié)能等，具體包含多個方面。以進塔物料的預(yù)熱過程為例，全部通過廢熱來提升進料溫度，這樣做一方面，可以對其他單元產(chǎn)生的廢熱進行循環(huán)利用，另一方面，可以基于熱平衡的要求控制塔體供熱情況，從根源上實現(xiàn)耗能降低的目標。例如在本單位的精餾工藝優(yōu)化過程中就利用了塔釜高溫出料產(chǎn)品預(yù)熱的方式，不僅降低了進料的加熱負荷，同時還實現(xiàn)了循環(huán)水消耗量的降低。通常來說，進料溫度越低，能耗會顯著增加，塔底供熱蒸汽量少。為了發(fā)揮節(jié)能作用，會通過增加進料溫度的方式來降低能耗，但是節(jié)能降耗首先要以保證產(chǎn)品質(zhì)量為核心，要保障分離效果的前提下追求最合理進料溫度的。

2.2.2 余熱優(yōu)化利用

余熱優(yōu)化利用的優(yōu)勢在于維持系統(tǒng)的整體能量引用率，實現(xiàn)梯級利用當前蒸汽熱能包括兩個部分，即顯熱與潛熱，潛熱釋放完畢之后成為溫度相同的飽和冷凝液。在冷凝液內(nèi)同樣包含熱量，這些熱量在經(jīng)過循環(huán)回收利用后仍可以發(fā)揮一定的能源效應(yīng)。在甲基氯硅烷的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，應(yīng)該充分利用余熱優(yōu)勢，將蒸汽凝液進行收集，并利用其中的余熱來加熱其它工藝物料。例如，將軟水槽內(nèi)的凝液蒸汽來對氯甲烷加熱后，便顯著降低了蒸汽消耗量。這些熱量的收集與利用也可以成為新的熱源起到節(jié)能效果，熱回收效率穩(wěn)定增加，現(xiàn)實作用非常突出。

2.2.3 反應(yīng)條件與工藝條件

硅粉與催化劑發(fā)生反應(yīng)的過程中，會積累一定量的有害雜質(zhì)，也會導(dǎo)致出現(xiàn)不同類型的副反應(yīng)，進而影響到正常的反應(yīng)過程。在正確認識到反應(yīng)過程的前提下，可以調(diào)整反應(yīng)條件，控制流化床內(nèi)的原料與催化劑選擇，從而在保障反應(yīng)產(chǎn)物處于合理范圍的同時實現(xiàn)更高水平的生產(chǎn)，將其作為反應(yīng)能耗降低的主要方式。

在這一方面我們可以參考國外某些甲基氯硅烷生產(chǎn)的方式，在水解工藝等方面進行優(yōu)化，目的在于避免水解冷卻與解吸時產(chǎn)生加熱現(xiàn)象以降低能耗，或是借助飽和酸水解方法來進行工藝生產(chǎn)。

2.3 機泵節(jié)能運行

機泵節(jié)能運行時，當流量減少時，泵的負荷降低，泵所需的揚程也會降低，但是泵的特性曲線卻顯示泵的揚程偏高，揚程不相同會導(dǎo)致能量利用率不同，影響到負荷變化與變頻調(diào)速的過程。因此，可以通過降低供電頻率來減少轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電能的節(jié)約。具體來看，為了使泵管路的揚程一致，可以調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，使泵的特性曲線下移，通過調(diào)節(jié)使泵在高效運行的前提下能量利用率可以達到最大值，這時機泵處于最高的工作效率點，設(shè)備磨損情況控制良好，同時也可以帶來更加顯著的經(jīng)濟效益與使用價值。有機硅企業(yè)還需要在優(yōu)化控制各冷卻機組運行方式上下功夫，合理調(diào)節(jié)，節(jié)能降耗。

2.4 廢棄物綜合應(yīng)用

在甲基氯硅烷生產(chǎn)過程中的廢棄物、副產(chǎn)物同樣具有應(yīng)用價值，因為直接將這些廢棄物進行處理會對環(huán)境產(chǎn)生影響，但也無法有效儲存。此時，甲基氯硅烷生產(chǎn)過程中也可以考慮將化工生產(chǎn)中的廢氣、廢渣等進行收集，然后將它們作為節(jié)能利用的主體。例如，廢氣渣漿是濕法除塵后的固液混合物，這些廢棄物可以先進行蒸餾回收，再通過催化裂解的方式生成某些有用的單體。伴隨著甲基氯硅烷的生產(chǎn)與反應(yīng)進行，旋風(fēng)分離系統(tǒng)中也會排出一定的細粉，這些細粉具有污染的潛在風(fēng)險，在空氣中也會與高活性銅產(chǎn)生反應(yīng)引起氧化燃燒。目前的技術(shù)手段下我們可以將銅、硅等材料回收。如利用稀鹽酸和氯氣來回收硅、用硫酸鈉獲取氯化亞銅、用流化床反應(yīng)技術(shù)轉(zhuǎn)換Si?CL4 等。回收的尾氣也可以進入氯甲烷合成系統(tǒng)內(nèi)作為循環(huán)利用的合成原料，廢液可以用作循環(huán)吸收液存在。諸如此類的廢棄物綜合應(yīng)用方法既能夠保障污染物的有序排放，同時還控制了單位能耗與生產(chǎn)過程。未來的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，資源循環(huán)過程重視廢棄物的有效回收與利用，無害化、綠色化的循環(huán)再生處理方式將成為資源利用的主流手段，減少對自然環(huán)境的不利影響，讓有效資源得到最大程度的發(fā)揮。

3 結(jié)語

綜上所述，不同類型的化工生產(chǎn)過程，都需要通過新工藝的改進和研發(fā)來強調(diào)資源利用和能耗控制，一方面可以選擇高效能設(shè)備來節(jié)能減排，另一方面可以加強廢棄物的回收利用，從多個方面改進現(xiàn)有的工藝技術(shù)，提升科技水平。今后的生產(chǎn)過程將重點發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，各個企業(yè)的能源利用水平將成為經(jīng)濟效益和社會效益的參考條件，也是可持續(xù)發(fā)展的必然需求。甲基氯硅烷的生產(chǎn)過程同樣應(yīng)該在實踐中改進現(xiàn)有技術(shù)，充分滿足低排放與高生產(chǎn)效率的發(fā)展要求。