吳曉軍 任浩明
浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 杭州 310012
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設(shè)計(jì)技術(shù)
有機(jī)硅生產(chǎn)中氯甲烷深度回收工藝比較
吳曉軍*任浩明
浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司杭州310012
介紹幾種氯甲烷深度回收工藝,比較其回收率、回收濃度、排放氣濃度以及能耗,結(jié)果表明:膨脹+節(jié)流回收工藝是一種兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的回收工藝。
有機(jī)硅回收工藝比較
氯甲烷是生產(chǎn)有機(jī)硅重要單體甲基氯硅烷的主要原料,生產(chǎn)中需用精餾塔精制分離。由于精餾塔頂?shù)臍怏w經(jīng)加壓和兩級冷凝回收后,仍有較多的不凝氣。為保持精餾塔的正常運(yùn)行,塔頂需將不凝性氣體連續(xù)排放。這股排放氣中氯甲烷的含量較高,如不回收處理,將造成原料的損失和環(huán)境污染[1]。典型排放氣的參數(shù)見表1。
表1 不凝性排放氣參數(shù)
注:該不凝性排放氣壓力為0.9MPa,溫度為0℃。此外還有微量的氯化氫、甲基氯硅烷等。
目前回收廢氣中氯甲烷的常用方法有吸附法、冷凝法、吸收法、膜分離法等[2-4]。吸附法一般采用活性炭等吸附劑對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附分離,對于有機(jī)硅生產(chǎn)中的高濃度氯甲烷尾氣去除率較低,且需要頻繁再生吸附劑,運(yùn)行成本高。吸收法采用有機(jī)溶劑吸收氯甲烷,會用到大量的溶劑,造成二次環(huán)境污染。冷凝法是利用混合氣體中各組分在不同溫度、不同壓力下的氣液平衡差異進(jìn)行分離,目前常用的直冷方法可以得到較高純度的回收產(chǎn)物,但是采用普通冷凍鹽水回收效果不理想,要達(dá)到較高的回收率所要求的冷劑溫度低品位高,運(yùn)行成本較高。后來提出的利用廢氣的壓力節(jié)流或膨脹制冷的工藝也屬于冷凝法。
本文擬通過設(shè)定不凝性排放氣量為500kg/h,對傳統(tǒng)冷凝工藝、膜分離工藝、冷卻+液相節(jié)流工藝和膨脹+節(jié)流工藝等四種回收工藝的回收率、排放氣中的氯甲烷濃度、回收耗能情況進(jìn)行對比分析,得到最適合工藝,為同類工藝選擇時提供參考。
傳統(tǒng)的冷凝回收工藝是將排放氣經(jīng)過換熱器,用-30℃冷媒將其中的氯甲烷冷凝下來,然后送廢氣焚燒裝置焚燒排放。該回收工藝的流程見圖1。
圖1 傳統(tǒng)回收工藝流程
為達(dá)到一定的回收效果,排放氣需要冷凍降溫到-25℃,回收的氯甲烷占排放氣中含量的39.01%(后面簡稱:氯甲烷回收率),回收及排放氣體的組成與流量分別見表2、表3。該工藝回收的效果不是很理想,大量的氯甲烷未被回收利用。
表2 傳統(tǒng)冷凝工藝回收及排放物料組成 (w%)
表3 傳統(tǒng)冷凝回收工藝流量
膜分離法是利用混合氣體中各組分在膜兩側(cè)的分壓差進(jìn)行氣體滲透,因各組分具有不同的滲透速率,從而實(shí)現(xiàn)混合氣體中各組分之間的分離,分離后的氣體也去焚燒裝置處理排放。典型的回收流程見圖2。
圖2 膜分離回收工藝流程
康志鵬等[5]模擬計(jì)算了氯甲烷精餾排放氣膜分離的效果,氯甲烷回收率可達(dá)84.9%,回收和排放氣體的組成與流量分別見表4、表5。膜分離的回收效果較傳統(tǒng)工藝有很大改善,缺點(diǎn)是膜組件更換頻率較高,運(yùn)行成本高。
表4 膜分離回收工藝物料組成 (w%)
表5 膜分離回收工藝流量
由于不凝性排放氣具有0.9MPa的壓力,可將冷凝后的液體(主要成分是氯甲烷和甲烷)節(jié)流,液體降壓后會部分氣化,氣化產(chǎn)生的冷量可進(jìn)一步冷凝未減壓的不凝氣,從而使不凝氣的溫度進(jìn)一步下降,回收更多的氯甲烷。該工藝的流程見圖3。
圖3 冷卻+液相節(jié)流回收工藝流程
該工藝的優(yōu)點(diǎn)是只需要將排放氣冷卻降溫到-10℃,在回收率提升的情況下,較傳統(tǒng)工藝有明顯的節(jié)能效果。經(jīng)過多程換熱器冷卻的物料溫度可降低到-35℃,氯甲烷回收率可達(dá)62.91%,回收及排放氣體的組成和流量分別見表6、表7。
表6 冷卻+液相節(jié)流回收工藝物料組成 (w%)
表7 冷卻+液相節(jié)流回收工藝流量
節(jié)流制冷回收工藝?yán)昧艘合喙?jié)流減壓氣化產(chǎn)生的冷量,經(jīng)該工藝回收后還有較大量的氯甲烷排放去了焚燒裝置。分析其回收工藝的各股流體,發(fā)現(xiàn)冷凝后的氣相流體還是具有較高的壓力,這些壓力是能源,可以加以利用。經(jīng)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得知,冷凝后排放氣節(jié)流產(chǎn)生冷量的效果不佳,該工藝采用空分行業(yè)中常用的膨脹機(jī)將冷凝后的氣相流體膨脹減壓,可獲得-100℃以下的低溫[6]。該工藝流程見圖4。
經(jīng)計(jì)算,綜合平衡各股流體的溫度壓力參數(shù),得到了氯甲烷氣體膨脹+節(jié)流回收工藝的優(yōu)化參數(shù)。
圖4 膨脹+節(jié)流回收工藝流程
該工藝的優(yōu)點(diǎn)是回收率高,不需要外部能量,膨脹機(jī)甚至還可以輸出功。氯甲烷回收率高達(dá)99.84%。回收和排放氣體的組成和流量分別見表8、表9。
表8 膨脹+節(jié)流回收工藝物料組成 (w%)
表9 膨脹+節(jié)流回收工藝流量
對上述幾種回收工藝的回收率、排放氣中的氯甲烷含量以及消耗能源情況進(jìn)行綜合比較,其結(jié)果見表10。
從表10可見,膨脹+節(jié)流的回收工藝非常適合有機(jī)硅行業(yè)氯甲烷塔不凝排放氣的回收,具有回收率高、設(shè)備操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),除了給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益以外,經(jīng)過回收后排放氣中氯甲烷的含量非常低,對后續(xù)焚燒系統(tǒng)的影響也大幅降低,也減少了焚燒過程產(chǎn)生二噁英的可能性。另外,通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù),降低冷凝溫度,排放氣中的氯甲烷含量可降低到60mg/m3,具有很好的環(huán)保效益。
表10 幾種回收工藝效果比較
注:膨脹機(jī)可以輸出功約6kW,考慮到難以利用,對比時不予考慮。
綜上所述,膨脹+節(jié)流的回收工藝是一種兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的回收工藝,非常值得推廣。
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*吳曉軍:高級工程師。1992年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工系。從事化工工藝設(shè)計(jì)開發(fā)工作。聯(lián)系電話:13957164310,Email:wuxj@zpcdi.com。
2016-03-03)