有機硅生產中氯甲烷深度回收工藝優化分析

馬穎

（唐山三友硅業有限責任公司，河北 唐山 063305）

隨著環保要求的不斷提高，綠色與節能是當今有機硅發展的主題，我國有機硅企業生產過程中，生產的氯甲烷是合成甲基綠硅烷的主要原料。大多數企業在提升氯甲烷產量的同時，為保護環境，會將產生的尾氣通過焚燒等方式進行處理，有機硅生產過程中本身含有氯甲烷的排放尾氣直接進行焚燒處理，不利于經濟效益的提高。氯甲烷還有回收的空間，需要進一步優化利用。為了進一步實現資源節約，本研究也在以往工藝基礎上進行有效回收處理，提升氯甲烷回收量。

1 氯甲烷回收工藝

1.1 傳統冷凝回收

傳統冷凝回收方法是直接將排放氣體經過換熱器展開處理，借助-30℃的冷媒將氯甲烷進行冷凝，之后利用廢氣焚燒裝置將其焚燒后排放。其中分離罐可以作為精餾系統的輔助存在，與去焚燒系統展開配合。需要注意的是為了保障回收效果，排放系需要進行冷凍降溫，一般控制在-25℃。但是，在使用傳統冷凝回收工藝進行回收時，效果并不十分突出，有一部分的氯甲烷未能得到有效回收利用。

1.2 膜分離回收

膜分離回收法借助混合氣體中的分壓差展開氣體滲透，考慮到各組分具有不同的滲透速率，因此混合氣體不同組分的分離可以同步進行，分離結束后的氣體在經過處理排放后可以實現典型的回收流程。具體來看，不凝性排放氣體進入膜分離器之后，回收工藝流程仍然通過回精餾系統和去焚燒系統來實現。在既往的內容中，也有計算氯甲烷排放氣膜分離效果的研究，結果證實，回收排放氣體的組成流量相比于傳統冷凝回收法有了明顯改善。不過膜分離回收方法也有一些缺陷，例如膜工作組件需要定期更換，可能會帶來額外的成本。

1.3 膨脹節流回收

節流回收工藝利用的是液相節流減壓氣化所產生的能量，通過膨脹節流回收，把之后能夠讓一定數量的氯甲烷排放至焚燒裝置之內。而冷凝后的氣相流體具有較高的壓力，也可以作為能源得到重復利用。然而，冷凝后排放氣節流產生能量效果并不十分突出，綜合計算流體溫度壓力參數之后可以得到膨脹節流回收工藝的優化方法。整體來看，膨脹節流回收的最大優勢在于不需要借助外部能量的支持，就可以保障有效的回收率，膨脹過程甚至可以輸出功。所以在目前的有機硅行業中膨脹節流回收工藝的設備操作比較簡單，且運行成本較低，回收后排放氣體中的氯甲烷含量顯著降低，不影響焚燒系統的工作性能，也不會增加焚燒過程中產生的二噁英，危害性明顯減少，環保性能突出。

1.4 冷卻液相節流回收

液體降壓后部分氣化所產生的冷量，可以將一些工作過程中未減壓的不凝氣進行冷凝，此時不凝氣的溫度進一步下降，保障了后續工作中氯甲烷回收性能。從整體工作流程來看該工藝只要將排放器冷卻制一定范圍即可，同時在回收率能夠提升的前提下，以傳統工藝更加節能，物料溫度降低幅度大，氯甲烷回收率較高，從排放氣體的流量和組成中也可以推測出結果。

2 氯甲烷回收流程的改造優化

2.1 傳統冷凝改造

傳統冷凝改造主要目標是為了降低尾氣中的氯甲烷含量，將降溫后的氯甲烷從混合氣中分離出來，含有氯甲烷的尾氣降溫后進入氣液分離罐，冷凝后液相物料會返回系統進行精制回收，通過對尾氣中的氯甲烷進行回收后，尾氣繼續送到焚燒進行處理，完成氯甲烷回收流程。隨著冷凝溫度逐漸降低，整個改造流程中的氯甲烷含量也會同步降低。原因在于冷凝設備發揮降溫、分離作用，氯甲烷產品的回收量得到提高，也能在一定程度上保障經濟效益。而從實際的溫度變化趨勢來看，最佳性能溫度為-37.5℃。因此將這一溫度作為改造流程模擬溫度時效果最為突出。

2.2 膜分離法改造

膜分離法改造流程是在原有流程的基礎上進行改造，通過增加有機蒸汽膜，利用合成尾氣中不同氣體組分滲透速率在有機蒸汽膜中的存在的差異，滲透側有氯甲烷的濃縮氣體，經過循環回收處理后進行焚燒，完成膜分離法流程，從而實現對含有氯甲烷的合成尾氣的回收優化處理。通過有機蒸汽膜面積調整，可以影響氯甲烷在尾氣中的含量比例。原因在于有機蒸汽膜起到的分離作用，提升了氯甲烷產品的回收量，且經濟效益得到增加。將膜面積控制在某個最佳值時可以得到最優模擬結果，具體數據可以按照實際工作需求展開調整。

2.3 吸收法改造方式

吸收法改造方式借助二甲基甲酰胺作為吸收劑，實現對氯甲烷為其的回收。在有機硅生產環節中，吸收劑與排放尾氣在吸收塔底部接觸后，大部分的氯甲烷尾氣可以直接地被吸收劑吸收，并進行后續的焚燒處理。塔底的吸收劑進行解吸和循環回收，通過循環利用實現工藝優化。隨著吸收劑用量增加，尾氣中的氯甲烷含量會隨之降低，說明吸收劑發揮良好的吸收作用，讓氯甲烷從尾氣中有效分離。與前文提到的改造方法類似，在某個吸收劑用量閾值時可以達到最佳改造效果。

2.4 回收流程的動態模擬

有機硅生產主要是新鮮氣態氯甲烷與硅粉在催化劑存在的條件下，在流化床內進行的氣固相催化反應。反應會受反應溫度、壓力、硅粉粒徑等等因素的影響，生產過程比較復雜，氯甲烷的回收流程在復雜的實際生產中，會因為操作條件等的改變產生不同的波動和不同類型的技術問題。所以穩態的模擬是無法實現的，需要進行動態模擬，根據生產情況連續的時間內模擬生產過程的不同工藝參數，模擬過程做好實時監控，跟蹤反饋產生的波動情況，然后進行現場指導，并不斷對其優化。

國外針對流程模擬的研究起步時間較早，其原理是根據生產工藝構建模擬模型，控制生產成本。回收流程的動態模擬基于靜態模擬的流程基礎進行轉換得到，而靜態模擬流程中涉及到的操作參數較多，包括氣液分離罐的體積、閥門種類等。為了得到準確的模擬結果，要結合實際生產過程，要求動態模擬環節中，所有的設備、工藝參數及操作都要與生產實際情況進行匹配，才能對波動情況進行實時觀測分析，確定回收流程的優化方法才能對波動情況進行實時觀測分析，確定回收流程的優化方法。以膜組件分離優化調節為例，如果流程進料未產生明顯波動，變化時與平穩狀態相比，氯甲烷在尾氣中的含量有所增加，此時必然導致一部分氯甲烷資源未能得到充分利用，產生浪費。通過動態模擬軟件進行監控后，就能讓膜分離設備的回收操作過程更加穩定，讓氯甲烷波動控制在更小的范圍內。

3 結語

綜上所述，本次研究針對有機硅生產中的氯甲烷回收工藝優化方法進行了討論，在現有工藝方法的基礎上進行了不同類型的技術轉變，在投資少能耗低的情況下，追求工藝最優。減少資源浪費，降低生產成本，合理保護環境，實現環境與經濟效益的雙贏。在未來的技術研究中，還可以對有機硅生產中氯甲烷的整個回收過程進行更廣泛的動態模擬分析，以便于對實際生產進行理論指導。