聚乙二醇回收中的余熱利用

陽 輝，徐元清，韓志民，陳亞麗

(河南新大新材料股份有限公司,河南 開封 475000)

2013-09-29

作者簡介：陽輝(1984-)，男，廣西靈川人，碩士，研究方向：精細(xì)化工及催化，E-mail:yang12593@126.com。

doi

：10.3969/j.issn.1672-5425.2013.12.019

聚乙二醇回收中的余熱利用

陽 輝，徐元清，韓志民，陳亞麗

(河南新大新材料股份有限公司,河南 開封 475000)

從硅片切割廢料漿中回收聚乙二醇，對減輕環(huán)境污染、提高資源利用率意義重大。聚乙二醇的回收過程中蘊(yùn)含大量的余熱，回收利用這些余熱，將其用于鍋爐補(bǔ)水的加熱和脫色前的聚乙二醇預(yù)熱，可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

聚乙二醇；回收；余熱

進(jìn)入21世紀(jì)，能源與環(huán)境問題成為人們最為關(guān)注的問題之一。能源短缺、環(huán)境污染影響到了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，而節(jié)能減排、提高資源的綜合利用率是解決能源問題的重要途徑，也能帶來可觀的環(huán)境效益。工業(yè)生產(chǎn)本身就是一個(gè)耗能相當(dāng)大的行業(yè)，除了生產(chǎn)工藝相對落后、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等因素外，工業(yè)余熱利用率低、能源沒有得到充分利用也是造成我國單位GDP能耗高的主要原因。在我國，工業(yè)生產(chǎn)的能耗約占全國總能耗的70%以上，但能源的利用率僅為33%左右，比發(fā)達(dá)國家低約10%，超過一半的工業(yè)耗能以各種形式的余熱被浪費(fèi)掉。因此，發(fā)掘利用余熱資源十分重要[1-3]。

太陽能硅片切割過程中，聚乙二醇作為分散劑能夠使碳化硅顆粒均勻分散，并且?guī)ё咔懈钸^程中產(chǎn)生的大量摩擦熱，減少硅片切割中短線、表面線痕、微裂、崩邊等問題的發(fā)生。聚乙二醇可以從硅片切割廢液中提取出來重新利用，提取過程一般包括固液分離、脫色、離子交換精濾、減壓蒸餾，其中減壓蒸餾是高耗能過程，同時(shí)也蘊(yùn)含著大量的余熱資源(如：蒸餾出來的飽和蒸汽和高溫成品聚乙二醇)，如何將這部分余熱合理回收利用一直是技術(shù)人員探索的問題[4，5]。

1 余熱回收方案

聚乙二醇回收中減壓蒸餾過程蘊(yùn)含的余熱最多，主要有兩部分：一是蒸餾出來的低沸物(主要是水)形成的飽和蒸汽；二是蒸餾完成后的高溫成品聚乙二醇。兩部分余熱可以分為兩條主線進(jìn)行回收利用，其中飽和蒸汽余熱可以用軟化水進(jìn)行換熱回收，加熱后的高溫軟化水可以用于鍋爐補(bǔ)水；高溫成品聚乙二醇余熱可以用常溫的聚乙二醇溶液進(jìn)行回收，因?yàn)榫垡叶蓟厥者^程中脫色部分一般在60～80 ℃下進(jìn)行，如果對脫色前的聚乙二醇溶液進(jìn)行預(yù)加熱不僅減少了脫色過程中蒸汽用量，還提高了工作效率[6]。

1.1 飽和蒸汽余熱回收

蒸餾塔排放出來的飽和蒸汽溫度達(dá)到90～120 ℃，直接排放會有很大危險(xiǎn)，很多企業(yè)都采用自來水直接冷卻的降溫方式將其冷卻，這樣產(chǎn)生的高溫冷卻水用途有限，甚至都沒有利用，而且冷凝器很容易結(jié)垢、堵塞，需要經(jīng)常清理、維護(hù)，對生產(chǎn)造成影響。如果用軟化水對飽和蒸汽的余熱進(jìn)行回收，那么回收后的高溫?zé)崴涂梢曰剌斀o鍋爐，鍋爐只需要將高溫軟化水加熱成蒸汽就可以供熱了，而且軟化水也不會出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞冷凝器的問題[7]。

圖1是飽和蒸汽余熱回收流程。經(jīng)過軟化的軟化水進(jìn)入軟化水箱；軟化水經(jīng)過管道流入循環(huán)水箱；之后從軟化水進(jìn)口進(jìn)入汽水換熱器，與蒸餾塔頂排出的飽和蒸汽在汽水換熱器中進(jìn)行熱交換，經(jīng)過加熱的軟化水從出口流入循環(huán)水箱，再從軟化水進(jìn)口流入汽水換熱器，進(jìn)行循環(huán)換熱；飽和蒸汽經(jīng)過汽水換熱器后變?yōu)楦邷卣麴s水，流入循環(huán)水箱。當(dāng)循環(huán)水箱中的水達(dá)到設(shè)定溫度后，經(jīng)管道進(jìn)入高溫軟化水保溫水箱，供鍋爐補(bǔ)水用。此時(shí)，軟化水箱中的水再次流入循環(huán)水箱，進(jìn)行新一輪的循環(huán)換熱。

圖1 飽和蒸汽余熱回收流程Fig.1 The recycling process of waste heat from saturated aqeous vapour

1.2 高溫成品聚乙二醇余熱回收

經(jīng)過蒸餾除水后的成品聚乙二醇溫度高達(dá)120 ℃左右，一般也是用自來水冷卻后放置到室溫，再包裝外運(yùn)，這部分高溫成品的余熱被白白浪費(fèi)掉。如果用常溫脫色前的聚乙二醇對這部分余熱進(jìn)行回收，不僅可以節(jié)省聚乙二醇脫色時(shí)的加熱量，還可以提高工作效率[8]。

圖2是高溫成品聚乙二醇余熱回收的流程。經(jīng)過蒸餾塔蒸餾除水后，達(dá)到回收要求純度的高溫聚乙二醇從蒸餾塔底部經(jīng)管道流入循環(huán)換熱系統(tǒng)，常溫聚乙二醇溶液從循環(huán)換熱系統(tǒng)的另一端流入，冷熱聚乙二醇在換熱系統(tǒng)中進(jìn)行熱量交換。預(yù)熱后的聚乙二醇溶液流入保溫儲罐中，直接進(jìn)入下一步脫色階段，經(jīng)換熱冷卻的成品聚乙二醇進(jìn)入常溫成品儲罐中，儲存待用。此時(shí)，進(jìn)行下一輪循環(huán)換熱。

圖2 高溫成品聚乙二醇余熱回收流程Fig.2 The recycling process of waste heat from high temperature of polyethylene glycol product

2 效益核算

以河南新大新材料股份有限公司目前30 t·d-1的成品聚乙二醇計(jì)算，蒸餾除水前的聚乙二醇濃度約為50%，因此每天蒸餾的聚乙二醇溶液為60 t·d-1。這樣每天將會有30 t的飽和蒸汽和30 t的高溫成品聚乙二醇的余熱可以回收利用。飽和蒸汽為110 ℃，再從100 ℃的蒸餾水降到60 ℃的鍋爐用水；高溫成品聚乙二醇也為110 ℃，換熱降溫到60 ℃。按下式計(jì)算減壓蒸餾過程中可以利用的余熱：

飽和蒸汽=1.98×(110-100)×30000+2257×30000

=1634萬kcal·d-1

蒸餾水=4.187×(100-60)×30000=120萬kcal·d-1

高溫成品=3.5×(110-60)×30000=100萬kcal·d-1

式中：1.98為過熱蒸汽比熱；2257為水汽化潛熱。

回收的熱量如果全部由燃煤代替，計(jì)算煤耗，結(jié)果見表1。

表1回收的熱量采用燃煤耗量

Tab.1The coal consumption amount equivalent to the recycled heat

注：燃煤量=回收制熱量÷燃煤熱值÷燃煤能效

由表1可知，飽和蒸汽和蒸餾水回收的熱量與成品聚乙二醇回收的可利用熱量合計(jì)為1854萬kcal·d-1，若全部采用燃煤代替熱量，相當(dāng)于每天節(jié)省6180 kg，每年以350 d計(jì)算，可為企業(yè)節(jié)省燃煤2163 t，以每噸煤價(jià)(運(yùn)輸、堆放產(chǎn)地、人工等費(fèi)用)580元市價(jià)計(jì)算，相當(dāng)于每年可為企業(yè)節(jié)省125.45萬元的開支。

節(jié)省燃煤的環(huán)境效益見表2。

表2節(jié)省燃煤的環(huán)境效益/t·a-1

Tab.2Environmental benefits of saving coal/t·a-1

由表2可知，由于余熱回收利用一年可以節(jié)省燃煤2163 t，避免了燃煤會造成的大量有害氣體、粉塵的排放，帶來了可觀的環(huán)境效益，符合國家的節(jié)能減排政策。

3 結(jié)語

聚乙二醇回收過程中蘊(yùn)含豐富的余熱資源，這些余熱被合理回收利用后不僅可以為企業(yè)節(jié)省相當(dāng)可觀的能源開支、提高資源的利用率，其潛在的社會效益和環(huán)境效益更加可觀。為相關(guān)企業(yè)的余熱回收利用起到了示范作用。

[1] 趙欽新，王宇峰，王學(xué)斌，等.我國余熱利用現(xiàn)狀與技術(shù)進(jìn)展[J].工業(yè)鍋爐，2009,(5):8-15.

[2] 連紅奎，李艷，束光陽子，等.我國工業(yè)余熱回收利用技術(shù)綜述[J].節(jié)能技術(shù)，2011,29(2):123-128，133.

[3] 馮惠生，徐菲菲，劉葉鳳，等.工業(yè)過程余熱回收利用技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2012,29(1):57-64.

[4] 王兆鵬,胡曉民.燒結(jié)余熱回收發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].燒結(jié)球團(tuán),2008,33(1):31-35.

[5] 唐康寧.從切割廢漿中回收多晶硅錠、碳化硅粉和聚乙二醇的方法[P].CN 101 792 142 A,2010-08-04.

[6] 王彭,李宏,王祎.一種聚乙二醇過濾提純裝置[P].CN 202 865 198U,2013-04-10.

[7] 鐵生年,侯思懿.一種利用切割硅片廢液回收提純聚乙二醇的方法[P].CN 103 087 813A,2013-05-08.

[8] 邢鵬飛,郭菁,劉燕,等.單晶硅和多晶硅切割廢料漿的回收[J].材料與冶金學(xué)報(bào),2010,9(2):148-153.

UtilizationofWasteHeatfromPolyethyleneGlycolRecovery

YANG Hui,XU Yuan-qing,HAN Zhi-min,CHEN Ya-li

(HenanXindaxinMaterialsCo.,Ltd.,Kaifeng475000,China)

Recovery of polyethylene glycol from the single crystal and polycrystalline silicon cutting waste plays an important role on reducing environmental pollution and improving resource utilization.There contains a large amount of waste heat in the recovery process of polyethylene glycol.The recycling of the waste heat can be carried out for heating boiler water and preheating polyethylene glycol before decolorization,which can not only get considerable economic benefit,but also get environmental benefit and social benefit.

polyethylene glycol;recovery;waste heat

TQ 325 TK 115

A

1672-5425(2013)12-0072-03