馬志鵑

(陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

引 言

己內(nèi)酰胺作為一種重要的化工原料，其主要用來制備尼龍6系列的纖維以及樹脂，同時(shí)也可以用于部分醫(yī)藥中間體的制備，是一種重要的化工產(chǎn)品原材料，目前已廣泛的應(yīng)用于交通、船舶、國防、電子、包裝等領(lǐng)域[1]；隨著尼龍6行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，國內(nèi)己內(nèi)酰胺的需求也是急劇增加，己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展[2]。

目前，我國己內(nèi)酰胺主要采用環(huán)己酮氨肟化法來進(jìn)行生產(chǎn)，在全國已有超過10家生產(chǎn)單位引用這個(gè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)[3]；但是整體來講該技術(shù)同樣存在生產(chǎn)流程長、工藝復(fù)雜、能源消耗大等不利因素[4]，隨著市場競爭的逐步加劇，己內(nèi)酰胺生產(chǎn)廠的競爭力除了提升產(chǎn)品質(zhì)量，另一個(gè)重中之重就是降低生產(chǎn)成本，這主要可以通過兩種途徑來實(shí)現(xiàn)：一是優(yōu)化現(xiàn)有工藝路線，二是對生產(chǎn)附屬物進(jìn)行資源化利用，工藝路線的優(yōu)化必定帶來現(xiàn)有裝置的停產(chǎn)、資金的投入以及設(shè)備的異動(dòng)，因此對生產(chǎn)附屬物進(jìn)行資源化利用是一種快而有效的方式，在己內(nèi)酰胺的成本中，在原材料之外的一個(gè)重要部分就是生產(chǎn)過程的能源消耗，其占己內(nèi)酰胺成本超過了20%，因此對己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程中的能源進(jìn)行有效利用異常重要[5]；目前采用化工生產(chǎn)的余熱來發(fā)電得到了大力的發(fā)展[6]，如果對己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程中的余熱進(jìn)行資源化利用，除了能實(shí)現(xiàn)己內(nèi)酰胺生產(chǎn)附屬物的深度利用，還能有效的降低己內(nèi)酰胺的成本，增加產(chǎn)品的競爭力。

1 工業(yè)生產(chǎn)余熱發(fā)電

近些年隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，我國關(guān)于工藝生產(chǎn)余熱的梯級利用技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，其中利用余熱來發(fā)電相關(guān)的開發(fā)設(shè)計(jì)以及配套設(shè)備制造都已經(jīng)相對比較成熟且已有成功投產(chǎn)的先例[7]；隨著國家對于環(huán)保的嚴(yán)管、對資源化利用的要求以及在余熱利用領(lǐng)域的政策扶持，利用工業(yè)生產(chǎn)余熱來發(fā)電必定會(huì)越來越廣泛[8]。

目前成熟的余熱發(fā)電裝置主要有兩類。一是膨脹發(fā)電機(jī)，該種裝置主要通過攜帶余熱的蒸汽促進(jìn)膨脹機(jī)的膨脹進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子來做功，隨后通過溫度壓力的調(diào)節(jié)來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來進(jìn)行發(fā)電；二是基于有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)的發(fā)電機(jī)，這種裝置主要是采用工業(yè)生產(chǎn)中攜帶余熱的蒸汽來促使介質(zhì)的相態(tài)變化，通過相態(tài)的變化來促進(jìn)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，攜帶余熱的蒸汽在放熱后又可以進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)冷卻過程，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用。

2 己內(nèi)酰胺生產(chǎn)余熱的資源化利用

在己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)工藝的需求，會(huì)采用大量不同狀態(tài)的蒸汽來對裝置進(jìn)行供熱，不同狀態(tài)蒸汽轉(zhuǎn)化過程中會(huì)造成大量的能源損耗；同時(shí)在熱蒸汽冷卻后會(huì)形成冷卻液，這部分冷卻液溫度約為130 ℃，同樣可以用來發(fā)電；另外反應(yīng)過程中會(huì)存在大量的反應(yīng)熱也可以進(jìn)行有效利用來發(fā)電，因此可以通過蒸汽的壓差、冷卻液中的余熱以及反應(yīng)熱來進(jìn)行發(fā)電。

2.1 利用生產(chǎn)中蒸汽壓差發(fā)電

通常己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程中需要用到大量不同狀態(tài)的蒸汽，主要包括高壓，其壓力約為3.5 MPa；中壓，其壓力約為1 MPa；低壓，其壓力約為0.5 MPa。其中，中壓蒸汽以及低壓蒸汽通常是將高壓蒸汽降溫降壓而得，在這個(gè)處理過程中就會(huì)造成蒸汽的能量損耗，因此如果高壓蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橹袎阂约暗蛪赫羝^程中如果剛好可以與膨脹發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)條件相匹配，這樣采用膨脹發(fā)電機(jī)來代替原有的降溫降壓裝置對這部分能量損耗進(jìn)行資源化利用并轉(zhuǎn)化為電能，是一種異常高效的資源化利用方式。

浙江晉巨化工在余熱利用上進(jìn)行了嘗試，該公司采用螺桿膨脹發(fā)電機(jī)對公司內(nèi)部生產(chǎn)過程中2 MPa轉(zhuǎn)化為0.6 MPa蒸汽的過程進(jìn)行了余熱發(fā)電利用的探索，通過設(shè)備改造前后的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)采用螺桿膨脹發(fā)電機(jī)替代原有的裝置，蒸汽降溫降壓過程中的壓差得到了更為充分的利用；通過費(fèi)用的核算，本次引用螺桿膨脹發(fā)電機(jī)累計(jì)投資了約135萬元，而本套發(fā)電裝置投入使用后年度工作時(shí)間約為8 000 h，如果電價(jià)按0.675元/kW·h來核算，則本套發(fā)電裝置年度發(fā)電帶來的效益約為90萬元，經(jīng)過約一年半就可以實(shí)現(xiàn)該過程的盈利，是一種高效的降本增效方式[9]。

2.2 利用生產(chǎn)中蒸汽冷卻液發(fā)電

己內(nèi)酰胺在生產(chǎn)過程中會(huì)用到大量的蒸汽，這些蒸汽在冷卻后形成冷卻液，雖然大部分熱量均已供給系統(tǒng)，但是冷卻液溫度依舊在100 ℃以上，是一種優(yōu)異的低溫?zé)嵩?，目前對于這部分熱量的回收主要采用富集閃蒸進(jìn)行部分回收后采用循環(huán)水冷卻后作為工藝水，該種方式不僅需要循環(huán)水，而且造成了熱量的流失；如果利用冷卻液中的熱源來采用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，不僅可以達(dá)到降低冷卻液溫度的目的，同時(shí)可以減少循環(huán)水的使用，同時(shí)對熱能進(jìn)行有效利用。

2.3 利用生產(chǎn)中反應(yīng)熱發(fā)電

己內(nèi)酰胺在生產(chǎn)過程中由于化學(xué)反應(yīng)的存在，會(huì)形成大量的反應(yīng)熱，這部分熱量通常主要通過循環(huán)水帶走，這不僅需要大量的循環(huán)水，同時(shí)也造成了熱量的流失，如果采用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)來建立一個(gè)新的水循環(huán)系統(tǒng)，是工藝水經(jīng)過發(fā)電機(jī)后在運(yùn)送至反應(yīng)器的各個(gè)換熱點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)利用，這樣不僅充分的利用了反應(yīng)熱，同時(shí)還可以大大的減少循環(huán)水的使用，同時(shí)也可以降低循環(huán)水系統(tǒng)的能耗，增加設(shè)備的使用壽命。

海南煉化在反應(yīng)熱的利用上進(jìn)行了嘗試，反應(yīng)熱循環(huán)水溫度達(dá)到120 ℃后引入有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)來發(fā)電，經(jīng)過發(fā)電系統(tǒng)降溫后的循環(huán)水再次循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器的各個(gè)熱交換點(diǎn)來吸收反應(yīng)熱，不僅減少了循環(huán)水的使用量，同時(shí)也有效的利用了反應(yīng)熱，在系統(tǒng)運(yùn)行后熱水的消耗量約為200 t/h，在夏季時(shí)發(fā)電量可以達(dá)到790 kW·h，引入的發(fā)電機(jī)組年度效益可以達(dá)到月1 650萬元[10]。

3 結(jié)語

己內(nèi)酰胺作為一種重要的化工原料廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，目前我國己內(nèi)酰胺主要采用環(huán)己酮氨肟化法來進(jìn)行生產(chǎn)，但是整體來講該技術(shù)同樣存在生產(chǎn)流程長、工藝復(fù)雜、能源消耗大等不利因素，隨著市場競爭的逐步加劇，降低己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)成本，進(jìn)行資源化利用異常重要，其中利用余熱發(fā)電是一種重要的手段，在己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程中，可以利用不同狀態(tài)蒸汽轉(zhuǎn)化過程中的壓差、蒸汽冷卻液以及反應(yīng)熱中的熱量來進(jìn)行余熱發(fā)電，不僅可以降低生產(chǎn)消耗以及己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)成本，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，提高產(chǎn)品的競爭力。