氯乙烯反应热转化器的节能改造方案

于长洪　邢宽

摘 要：氯乙烯是在工业生产中应用较为广泛的一种化工原材料。在氯乙烯的制备过程中乙炔与氯化氢反应过程中所产生的热量主要是通过与列管外部水温高达95℃的热水进行热交换的，传统的氯乙烯反应热转化器在热交换时所采用的水泵强制泵送方式热交换效率低，从而导致能耗较大，为实现企业的节能增效需要对氯乙烯反应热转化器进行改造以提升氯乙烯反应热转化中的传递效率，本文在分析传统氯乙烯反应热转化器高能耗特点的基础上对如何通过对氯乙烯反应热转化器进行改造以实现节能降耗的目的。

关键词：氯乙烯转化器 热水强制循环工艺 热水自循环 节能增效

中图分类号：TQ222.423 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0074-02

在现今的氯乙烯制备工艺中，采用传统的热水强制循环工艺用以对氯乙烯制备过程中所产生的反应热是很多化工企业所采用的。在这一转化过程中，氯乙烯反应热转化器主要通过泵送法来完成对于氯乙烯反应热转化过程中热水的循环，在这种泵送强制循环工艺中，所采用的泵送级较多从而导致氯乙烯反应热转化器工作时能耗较高、耗电量巨大，为提升氯乙烯的制备量，降低氯乙烯反应过程中的能耗，需要对传统的强制泵送水循环系统进行升级改造，以使得氯乙烯反应热转化器在工作的过程中无需泵送来推动热水流的流动，从而有效降低了氯乙烯反应热转化器的能耗。

1 传统氯乙烯反应热转化器工序热水强制泵送工艺所存在的缺陷

某传统的氯乙烯反应热转化热水强制泵送循环工艺采用了48台直径达到Φ2400m的氯乙烯反应热转化器，强者热水循环泵送采用4台功率在75kW的热水泵来实现，4台热水泵采用的是3开1备的工作方式，由于热水循环泵长期处于工作状态，导致热水泵的能耗巨大，据统计，每年在氯乙烯反应热转化工艺中因热水泵所消耗掉的电能就高达kW/h。此外，在氯乙烯反应热转化工艺中采用的强制泵水循环工艺会导致热水泵长期处于高负荷的工作状态，从而使得热水循环泵的故障率极高。长时间使用后极易导致热水循环泵因故障而停车，导致氯乙烯制备的停顿，影响氯乙烯的制备效率。传统的氯乙烯反应热转化器在热转化过程中其中所得热量大部分都会化成水蒸气而消耗掉，仅有一小部分应用精馏工序和热散失，这大部分所损失掉的热量会带走大量的水汽，从而导致氯乙烯反应热转化器中的热水因浓度变高而导致水质的变坏，同时热水浓度的变高会使得氯乙烯反应热转化器在排污时热水中的缓蚀剂大量的损失。尤其是在夏天进行氯乙烯制备时，氯乙烯反应热转化器中的热水槽温度最高可以达到104℃，远远超过正常指标所规定的范围，从而极大地降低了氯乙烯反应热转化器的热交换效率，同时会造成氯乙烯反应热转化器憋气严重，需要时常对氯乙烯反应热转化器进行排汽操作，从而导致氯乙烯反应热转化器可控性变差。因此，在氯乙烯反应热转化器工作时需要及时地移走反应热，从而使得氯乙烯反应热转化器中的循环热水进行气水分离，从而将氯乙烯反应热转化器中的温度控制在标准的热交换区间内，这一举措是氯乙烯反应热转化器改造的关键也是核心。

2 氯乙烯反应热转化器改造方案分析

2.1 氯乙烯反应热转化器改造方案原理

做好对于氯乙烯反应热转化器的改造需要将传统的氯乙烯反应热转化器泵送热水循环系统更改为热水自循环的方式，从而减小氯乙烯反应热转化过程中所使用水泵所带来的高能耗。在对传统氯乙烯反应热转化器进行改造的过程中，仅需要在各处氯乙烯反应热转化器上方加装1台小罐，在不改变原工艺的基础上使得原循环热水通过小罐底部的管道与之相连。将小罐的底部与原氯乙烯反应热转化热水循环工艺中的循环热水入水口相连接，而小罐的中部则需要与回水管相连接，在小罐的顶部设置出气口，通过这一改造将能够使得传统的泵送强制水循环转变为以利用热水密度差实现的自然循环，从而极大地降低了传统的氯乙烯反应热转化器所带来的能耗。

2.2 氯乙烯反应热转化器改造的相关计算

在确定氯乙烯反应热转化器改造相关参数时需要对氯乙烯反应热转化器自循环工艺进行计算。在氯乙烯反应热转化工艺中1台转化器所能够转换的热量如下：单台转化器每小时乙炔通量為11.5×0.6×30=207m3，按前台90%转化率计算单台反应放热每小时实际反应的乙炔体积为207×90%=186.3m3，换算物质的量186.3m3×1000L/m3/22.4L/mol（理想状态）=8316.96mol，前台单台反应放热8316.96mol×124.8kJ/mol=1.04×106kJ。单台热水流量L=1.04×106kJ/4.2kJ/kg·℃×2℃=1.23×105kg=123m3。其中热损按15%计算可得热水流量为123/（1-15%）=144m3/h。取热水在水管中的流速为1m/s，因此，小罐出水管的内径为226mm，因此可以选用DN250的出水管。在氯乙烯反应热转化热水自循环工艺中，流经热水管中的热水的流速较低，可以有效地减少热水罐中热水涡流的产生。在确定小罐的安装高度上，由于新疆地区夏、冬两季的气温和气压变化较大，夏天大气压为0.93～0.98个大气压，冬天的呼图壁，大气压为0.95～1.02个大气压。取夏季转化操作时转化出口的水温为102℃，经过对照查表所获得这一气压下的蒸汽压力避免热水在氯乙烯反应热转化器内部气化，应当控制好小罐的安装高度。对于所使用小罐尺寸的选择，流经小罐的热水需要在小罐内停留约30s的时间，以小罐内蒸汽流速为0.4m/s的数据进行计算，小罐内的蒸汽量应当满足氯乙烯反应热转化器所产生的蒸汽量。在氯乙烯反应热转化热水自循环工艺中，在原始的开车时，仍然需要使用泵强制循环启动，因此小罐的补水溢流口可以作为原始开车时的强制循环热水出口，在出口管径的选择上需要根据热水的相关流速进行计算。对于氯乙烯反应热转化热水自循环工艺中的其他设施的配置中，需要在热水槽的上方加设一个蒸汽回水冷凝设备，用以回收蒸汽的热量和水分，减少工纯水的挥发损失。完成了对于氯乙烯反应热转化器的改造后，新的氯乙烯反应热转化器热水自循环工艺在操作时首先对传统的转化器进行强制预热至80℃～85℃，待到热水自循环正常运作后，再将其转换为热水自循环的方式用以减少循环泵的电能损耗，同时在热水自循环的过程中，对于转化反应温度的调节可以通过对自循环过程中循环水的循环量和排水量调节的方式来加以实现。氯乙烯合成触媒以活性炭为载体，浸渍吸附8%～12%的升汞制备而成。在氯乙烯制备过程中需要控制好温度避免温度过高或是过低而影响反应效果。过高的温度容易导致触媒吸附所形成的氯化高汞升华而流失，而过低的温度将会影响触媒的使用寿命，在转化的过程中根据系统流量及转化器的反应温度，适时地对强制循环系统或是自循环系统进行选用，尽量将转化器的温度控制在最佳反应点附近，降低循环泵的使用数量，节能、增效。

3 结语

通过对氯乙烯反应热转化器进行改造，将氯乙烯制备工艺中所采用的泵送强制热水循环工艺更改为自循环方式，有效地降低了氯乙烯反应热转化过程中循环泵的使用数量，降低了电能消耗，提升了企业的经济效益。

参考文献

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