有機硅生產(chǎn)中氯甲烷深度回收工藝優(yōu)化分析

馬穎

（唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

隨著環(huán)保要求的不斷提高，綠色與節(jié)能是當(dāng)今有機硅發(fā)展的主題，我國有機硅企業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)的氯甲烷是合成甲基綠硅烷的主要原料。大多數(shù)企業(yè)在提升氯甲烷產(chǎn)量的同時，為保護環(huán)境，會將產(chǎn)生的尾氣通過焚燒等方式進(jìn)行處理，有機硅生產(chǎn)過程中本身含有氯甲烷的排放尾氣直接進(jìn)行焚燒處理，不利于經(jīng)濟效益的提高。氯甲烷還有回收的空間，需要進(jìn)一步優(yōu)化利用。為了進(jìn)一步實現(xiàn)資源節(jié)約，本研究也在以往工藝基礎(chǔ)上進(jìn)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(tǒng)冷凝回收

傳統(tǒng)冷凝回收方法是直接將排放氣體經(jīng)過換熱器展開處理，借助-30℃的冷媒將氯甲烷進(jìn)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(tǒng)的輔助存在，與去焚燒系統(tǒng)展開配合。需要注意的是為了保障回收效果，排放系需要進(jìn)行冷凍降溫，一般控制在-25℃。但是，在使用傳統(tǒng)冷凝回收工藝進(jìn)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(jìn)行，分離結(jié)束后的氣體在經(jīng)過處理排放后可以實現(xiàn)典型的回收流程。具體來看，不凝性排放氣體進(jìn)入膜分離器之后，回收工藝流程仍然通過回精餾系統(tǒng)和去焚燒系統(tǒng)來實現(xiàn)。在既往的內(nèi)容中，也有計算氯甲烷排放氣膜分離效果的研究，結(jié)果證實，回收排放氣體的組成流量相比于傳統(tǒng)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(jié)流回收

節(jié)流回收工藝?yán)玫氖且合喙?jié)流減壓氣化所產(chǎn)生的能量，通過膨脹節(jié)流回收，把之后能夠讓一定數(shù)量的氯甲烷排放至焚燒裝置之內(nèi)。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(fù)利用。然而，冷凝后排放氣節(jié)流產(chǎn)生能量效果并不十分突出，綜合計算流體溫度壓力參數(shù)之后可以得到膨脹節(jié)流回收工藝的優(yōu)化方法。整體來看，膨脹節(jié)流回收的最大優(yōu)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(yè)中膨脹節(jié)流回收工藝的設(shè)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(tǒng)的工作性能，也不會增加焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英，危害性明顯減少，環(huán)保性能突出。

1.4 冷卻液相節(jié)流回收

液體降壓后部分氣化所產(chǎn)生的冷量，可以將一些工作過程中未減壓的不凝氣進(jìn)行冷凝，此時不凝氣的溫度進(jìn)一步下降，保障了后續(xù)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(tǒng)工藝更加節(jié)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(jié)果。

2 氯甲烷回收流程的改造優(yōu)化

2.1 傳統(tǒng)冷凝改造

傳統(tǒng)冷凝改造主要目標(biāo)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(jìn)入氣液分離罐，冷凝后液相物料會返回系統(tǒng)進(jìn)行精制回收，通過對尾氣中的氯甲烷進(jìn)行回收后，尾氣繼續(xù)送到焚燒進(jìn)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(shè)備發(fā)揮降溫、分離作用，氯甲烷產(chǎn)品的回收量得到提高，也能在一定程度上保障經(jīng)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(chǔ)上進(jìn)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(cè)有氯甲烷的濃縮氣體，經(jīng)過循環(huán)回收處理后進(jìn)行焚燒，完成膜分離法流程，從而實現(xiàn)對含有氯甲烷的合成尾氣的回收優(yōu)化處理。通過有機蒸汽膜面積調(diào)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(chǎn)品的回收量，且經(jīng)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(yōu)模擬結(jié)果，具體數(shù)據(jù)可以按照實際工作需求展開調(diào)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(xiàn)對氯甲烷為其的回收。在有機硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)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(jìn)行后續(xù)的焚燒處理。塔底的吸收劑進(jìn)行解吸和循環(huán)回收，通過循環(huán)利用實現(xiàn)工藝優(yōu)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(fā)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(dá)到最佳改造效果。

2.4 回收流程的動態(tài)模擬

有機硅生產(chǎn)主要是新鮮氣態(tài)氯甲烷與硅粉在催化劑存在的條件下，在流化床內(nèi)進(jìn)行的氣固相催化反應(yīng)。反應(yīng)會受反應(yīng)溫度、壓力、硅粉粒徑等等因素的影響，生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，氯甲烷的回收流程在復(fù)雜的實際生產(chǎn)中，會因為操作條件等的改變產(chǎn)生不同的波動和不同類型的技術(shù)問題。所以穩(wěn)態(tài)的模擬是無法實現(xiàn)的，需要進(jìn)行動態(tài)模擬，根據(jù)生產(chǎn)情況連續(xù)的時間內(nèi)模擬生產(chǎn)過程的不同工藝參數(shù)，模擬過程做好實時監(jiān)控，跟蹤反饋產(chǎn)生的波動情況，然后進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，并不斷對其優(yōu)化。

國外針對流程模擬的研究起步時間較早，其原理是根據(jù)生產(chǎn)工藝構(gòu)建模擬模型，控制生產(chǎn)成本。回收流程的動態(tài)模擬基于靜態(tài)模擬的流程基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到，而靜態(tài)模擬流程中涉及到的操作參數(shù)較多，包括氣液分離罐的體積、閥門種類等。為了得到準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，要結(jié)合實際生產(chǎn)過程，要求動態(tài)模擬環(huán)節(jié)中，所有的設(shè)備、工藝參數(shù)及操作都要與生產(chǎn)實際情況進(jìn)行匹配，才能對波動情況進(jìn)行實時觀測分析，確定回收流程的優(yōu)化方法才能對波動情況進(jìn)行實時觀測分析，確定回收流程的優(yōu)化方法。以膜組件分離優(yōu)化調(diào)節(jié)為例，如果流程進(jìn)料未產(chǎn)生明顯波動，變化時與平穩(wěn)狀態(tài)相比，氯甲烷在尾氣中的含量有所增加，此時必然導(dǎo)致一部分氯甲烷資源未能得到充分利用，產(chǎn)生浪費。通過動態(tài)模擬軟件進(jìn)行監(jiān)控后，就能讓膜分離設(shè)備的回收操作過程更加穩(wěn)定，讓氯甲烷波動控制在更小的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

綜上所述，本次研究針對有機硅生產(chǎn)中的氯甲烷回收工藝優(yōu)化方法進(jìn)行了討論，在現(xiàn)有工藝方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同類型的技術(shù)轉(zhuǎn)變，在投資少能耗低的情況下，追求工藝最優(yōu)。減少資源浪費，降低生產(chǎn)成本，合理保護環(huán)境，實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟效益的雙贏。在未來的技術(shù)研究中，還可以對有機硅生產(chǎn)中氯甲烷的整個回收過程進(jìn)行更廣泛的動態(tài)模擬分析，以便于對實際生產(chǎn)進(jìn)行理論指導(dǎo)。