本文將以福建省某燒鹼企業為例，在多年來對該行業企業推進清潔生產研究的基礎上，通過在企業的清潔生產稽核和能源審計中採用化工模擬方法［6］，分析和探討了氯乙烯(VC)實際生產工藝過程中可能存在的各種問題和清潔生產潛力，進而提出切實可行的清潔生產方案，可為同類化工企業清潔生產稽核和能源審計提供借鑑。
燒鹼生產車間計算機模擬
1計算機模擬過程
燒鹼生產工藝流程可採用過程穩態模擬方法，“序貫法”(SequentialMethod)進行求解。將生產流程中各個裝置分別建立其數學模型，按其物料及能量流向建立流程模擬系統。序貫模擬法的優點是方法直觀，應用靈活，適於模組式處理方法，即序貫模組法，但對於複雜系統，尤其是對環路較多、藕合性強的系統，則難以收斂［7］。以福建某聚氯乙烯企業氯乙烯(VC)實際生產工藝過程的情況進行模擬，其生產規模為精製聚氯乙烯90kt/a。氯乙烯生產過程的主要工藝引數見表1，模擬工藝流程見圖1。
2計算機模擬結果及分析
本次模擬以過程穩態模擬為基礎，結合靈敏度分析、最優化分析等工具手段進行分析。根據給定的引數(表1)，通過計算機模擬計算得出的各出料物流資料見表2。從表2可以看出:在氯乙烯生產過程中，可能產生了大量的廢酸，經過現場考察，該廢酸主要由三部分組成:氯化氫生產廢氣洗滌酸性廢水(含酸1.2%)、VC合成水洗廢水(含酸2.2%)以及其他可回收的高濃鹽酸。氯化氫生產廢氣洗滌酸性廢水和VC合成水洗廢水中的廢酸具有一定的回收價值，因此，認為該部位具有一定的清潔生產潛力。
通過計算機模擬計算，可得出各裝置中產生和交換的能量情況:氯化氫合成爐產生－16281.7MJ/h的熱能，石墨冷卻器移走－535.7MJ/h的熱能;石墨冷卻器移走－669.5MJ/h的熱量，石墨換熱器消耗1095.9MJ/h的熱量，氯乙烯轉化爐產生了－18335.9MJ/h的熱量;單體氣櫃損失－213.7MJ/h的熱量，壓縮機消耗8102.5MJ/h的電能，低沸塔塔頂需要移走－26696.1MJ/h的熱量，塔底需要加入2099.8MJ/h的熱量，高沸塔塔頂需要移走－36863.2MJ/h的熱量，塔底需要加入35438.2MJ/h的熱量。聚氯乙烯合成與精製工序熱量的入方主要是:乙炔原料帶入顯熱、氯化氫顯熱、石墨換熱器加入的熱量、合成釋放的反應熱以及低塔塔底蒸汽加熱量和高塔塔底蒸汽加熱量。出方主要分為以下7個部分:1)石墨冷卻器帶走的顯熱，約佔總熱量的0.88%;2)低塔放空輕組分帶走的熱量(直接排入大氣，佔總熱量的0.002%);3)高、低塔移走的熱量(用低溫水帶走該股熱量，進入冷凍水工段，兩股熱流佔總熱量的83.23%);4)壓縮機前的氣櫃熱損失帶走的熱量(耗散排入環境中散失，佔總熱量的0.28%);5)精製氯乙烯帶出熱量(進入聚合工段，佔總熱量的0.29%);6)鹽酸帶出熱量(作為產品帶走熱量，佔總熱量的0.02%);7)其餘熱損失，約佔總熱量的15.31%，主要是管道和儲槽等保溫不密導致的散失;從理論上講，可以採用各種手段回收或降低上述7個方面的熱量，但是增加裝置，改變工藝會帶來投資費用和操作費用的增加。因此，採取適當的節能技術降低能耗，只有在回收或降低能耗所取得的經濟效益大於因裝置折舊及操作管理費用等提高引起的產品增加成本時才是合理和可取的。氯乙烯生產過程的熱量平衡見表3。資料經整理後與企業實際指標和計劃指標進行對比結果見表4。表4中資料顯示，能耗最高的是氯乙烯單體精製工段;產生熱能最多的是氯乙烯單體合成工段;合成壓縮機實際消耗的電能超過理論值的47%;氯乙烯單體精製工段實際消耗的蒸汽量超過理論值的0.1%。通過現場考察發現，本企業現有2臺3L-10/8型、5臺4L-20/8型活塞式壓縮機油耗約24t、水耗為15.5m3/h，效率僅60%～70%，因此，認為該部位具有清潔生產潛力。
節能減排對策和清潔生產方案
藉助工藝過程模擬、靈敏度分析、最優化分析等工具的最終分析結論，該企業提出了合成壓縮機改造、VC合成水洗酸回收、氯化氫廢酸水回收3個清潔生產方案。
1合成壓縮機改造
將公司PVC分廠單體車間壓縮崗位現有2臺3L-10/8型、5臺4L-20/8型活塞式壓縮機全部跟換為螺桿式壓縮機。螺桿式壓縮機與活塞式壓縮機相比，具有運轉平穩、壓縮效率高、維修量小、零配件數量少、節電省油、防漏油等優點。經過改造後，螺桿式壓縮機採用封閉的油路系統，克服了活塞式壓縮機冷卻水中經常帶油的構造缺陷，完全解決了冷卻水帶油的問題。該方案總投資180萬元，實施後油耗降低了99%，電耗降低了24.4%，同時提高壓縮能力，降低電耗與裝置維護費用，取得87萬元/年的經濟效益。
2VC合成水洗酸回收
聚氯乙烯合成車間廢酸水中酸含量約為2.2%，年排放量近2.3萬t，既造成浪費又汙染環境。回收方案為:粗氯乙烯單體由新增加的膜式吸收器、水洗塔進行迴圈吸收，稀酸在多次迴圈中逐漸增大到28%左右，成為合格的副產鹽酸外售。經過多方考察，公司集多年的生產經驗，在國內某企業研製的'水洗酸回收裝置的基礎上進行優化，研製出一套適合本公司工藝的水洗酸回收裝置。經過改造後，水洗酸回收裝置具有結構合理、阻力小、吸收效率高、可靠性強等特點。該方案總投資21萬元，實施後每年可回收鹽酸2.3萬t，取得41.91萬元的經濟效益。
3氯化氫廢酸水回收
該公司鹽酸車間中鹽酸生產爐和氯化氫氣體生產爐在開車生產期間會排放含有微量氯化氫的尾氣，原工藝是通過水流噴射泵抽負壓吸收後成廢酸水直接排放，廢水中廢酸含量1.2%左右，排放量3.3萬t/年。該公司技術人員根據實際情況設計了一套廢酸水閉路迴圈回收工藝，用於治理氯化氫廢酸水。採用的工藝路線為:工藝HCl尾氣由水流泵噴射吸收產生的廢酸水，通過氣液分離後經酸泵加壓一部分送回水流泵進口迴圈使用，進一步吸收尾氣中的HCl;另一部分含酸廢水經分配臺分別送入各臺鹽酸膜式吸收器，取代自來水，與氯化氫直接接觸吸收生產食品鹽酸。為保證鹽酸質量，水流泵進口由工業水改為自來水。為確保鹽酸吸收器操作穩定，增加一個8m3迴圈酸水貯槽。該方案總投資21萬元，實施後每年可以回收鹽酸廢水3.3萬t，取得41.91萬元的經濟效益。
結論
藉助計算機模擬等相關的計算方法，對該企業的氯乙烯生產過程進行分析，可以發現氯化氫合成、氯乙烯合成生產過程產生了大量的廢酸，合成壓縮機能耗過高，實際消耗的電能超過理論值的47%等問題，具有實施清潔生產方案、節能降耗的較大潛力。最後根據模擬結果，提出和實施了合成壓縮機改造、VC合成水洗酸回收、氯化氫廢酸水回收3個清潔生產方案，達到了預期的節能減排要求。本文所論述的方法是一種全新的清潔生產潛力定量分析工具，可為該行業企業實施清潔生產和節能減排提供科學的思路和方法，同時，也適用於其他化工企業的清潔生產稽核和節能審計等。