聚乙二醇回收中的余热利用

阳 辉，徐元清，韩志民，陈亚丽

(河南新大新材料股份有限公司,河南 开封 475000)

2013-09-29

作者简介：阳辉(1984-)，男，广西灵川人，硕士，研究方向：精细化工及催化，E-mail:yang12593@126.com。

doi

：10.3969/j.issn.1672-5425.2013.12.019

聚乙二醇回收中的余热利用

阳 辉，徐元清，韩志民，陈亚丽

(河南新大新材料股份有限公司,河南 开封 475000)

从硅片切割废料浆中回收聚乙二醇，对减轻环境污染、提高资源利用率意义重大。聚乙二醇的回收过程中蕴含大量的余热，回收利用这些余热，将其用于锅炉补水的加热和脱色前的聚乙二醇预热，可以获得可观的经济、环境和社会效益。

聚乙二醇；回收；余热

进入21世纪，能源与环境问题成为人们最为关注的问题之一。能源短缺、环境污染影响到了人类社会的可持续发展，而节能减排、提高资源的综合利用率是解决能源问题的重要途径，也能带来可观的环境效益。工业生产本身就是一个耗能相当大的行业，除了生产工艺相对落后、产业结构不合理等因素外，工业余热利用率低、能源没有得到充分利用也是造成我国单位GDP能耗高的主要原因。在我国，工业生产的能耗约占全国总能耗的70%以上，但能源的利用率仅为33%左右，比发达国家低约10%，超过一半的工业耗能以各种形式的余热被浪费掉。因此，发掘利用余热资源十分重要[1-3]。

太阳能硅片切割过程中，聚乙二醇作为分散剂能够使碳化硅颗粒均匀分散，并且带走切割过程中产生的大量摩擦热，减少硅片切割中短线、表面线痕、微裂、崩边等问题的发生。聚乙二醇可以从硅片切割废液中提取出来重新利用，提取过程一般包括固液分离、脱色、离子交换精滤、减压蒸馏，其中减压蒸馏是高耗能过程，同时也蕴含着大量的余热资源(如：蒸馏出来的饱和蒸汽和高温成品聚乙二醇)，如何将这部分余热合理回收利用一直是技术人员探索的问题[4，5]。

1 余热回收方案

聚乙二醇回收中减压蒸馏过程蕴含的余热最多，主要有两部分：一是蒸馏出来的低沸物(主要是水)形成的饱和蒸汽；二是蒸馏完成后的高温成品聚乙二醇。两部分余热可以分为两条主线进行回收利用，其中饱和蒸汽余热可以用软化水进行换热回收，加热后的高温软化水可以用于锅炉补水；高温成品聚乙二醇余热可以用常温的聚乙二醇溶液进行回收，因为聚乙二醇回收过程中脱色部分一般在60～80 ℃下进行，如果对脱色前的聚乙二醇溶液进行预加热不仅减少了脱色过程中蒸汽用量，还提高了工作效率[6]。

1.1 饱和蒸汽余热回收

蒸馏塔排放出来的饱和蒸汽温度达到90～120 ℃，直接排放会有很大危险，很多企业都采用自来水直接冷却的降温方式将其冷却，这样产生的高温冷却水用途有限，甚至都没有利用，而且冷凝器很容易结垢、堵塞，需要经常清理、维护，对生产造成影响。如果用软化水对饱和蒸汽的余热进行回收，那么回收后的高温热水就可以回输给锅炉，锅炉只需要将高温软化水加热成蒸汽就可以供热了，而且软化水也不会出现结垢、堵塞冷凝器的问题[7]。

图1是饱和蒸汽余热回收流程。经过软化的软化水进入软化水箱；软化水经过管道流入循环水箱；之后从软化水进口进入汽水换热器，与蒸馏塔顶排出的饱和蒸汽在汽水换热器中进行热交换，经过加热的软化水从出口流入循环水箱，再从软化水进口流入汽水换热器，进行循环换热；饱和蒸汽经过汽水换热器后变为高温蒸馏水，流入循环水箱。当循环水箱中的水达到设定温度后，经管道进入高温软化水保温水箱，供锅炉补水用。此时，软化水箱中的水再次流入循环水箱，进行新一轮的循环换热。

图1 饱和蒸汽余热回收流程Fig.1 The recycling process of waste heat from saturated aqeous vapour

1.2 高温成品聚乙二醇余热回收

经过蒸馏除水后的成品聚乙二醇温度高达120 ℃左右，一般也是用自来水冷却后放置到室温，再包装外运，这部分高温成品的余热被白白浪费掉。如果用常温脱色前的聚乙二醇对这部分余热进行回收，不仅可以节省聚乙二醇脱色时的加热量，还可以提高工作效率[8]。

图2是高温成品聚乙二醇余热回收的流程。经过蒸馏塔蒸馏除水后，达到回收要求纯度的高温聚乙二醇从蒸馏塔底部经管道流入循环换热系统，常温聚乙二醇溶液从循环换热系统的另一端流入，冷热聚乙二醇在换热系统中进行热量交换。预热后的聚乙二醇溶液流入保温储罐中，直接进入下一步脱色阶段，经换热冷却的成品聚乙二醇进入常温成品储罐中，储存待用。此时，进行下一轮循环换热。

图2 高温成品聚乙二醇余热回收流程Fig.2 The recycling process of waste heat from high temperature of polyethylene glycol product

2 效益核算

以河南新大新材料股份有限公司目前30 t·d-1的成品聚乙二醇计算，蒸馏除水前的聚乙二醇浓度约为50%，因此每天蒸馏的聚乙二醇溶液为60 t·d-1。这样每天将会有30 t的饱和蒸汽和30 t的高温成品聚乙二醇的余热可以回收利用。饱和蒸汽为110 ℃，再从100 ℃的蒸馏水降到60 ℃的锅炉用水；高温成品聚乙二醇也为110 ℃，换热降温到60 ℃。按下式计算减压蒸馏过程中可以利用的余热：

饱和蒸汽=1.98×(110-100)×30000+2257×30000

=1634万kcal·d-1

蒸馏水=4.187×(100-60)×30000=120万kcal·d-1

高温成品=3.5×(110-60)×30000=100万kcal·d-1

式中：1.98为过热蒸汽比热；2257为水汽化潜热。

回收的热量如果全部由燃煤代替，计算煤耗，结果见表1。

表1回收的热量采用燃煤耗量

Tab.1The coal consumption amount equivalent to the recycled heat

注：燃煤量=回收制热量÷燃煤热值÷燃煤能效

由表1可知，饱和蒸汽和蒸馏水回收的热量与成品聚乙二醇回收的可利用热量合计为1854万kcal·d-1，若全部采用燃煤代替热量，相当于每天节省6180 kg，每年以350 d计算，可为企业节省燃煤2163 t，以每吨煤价(运输、堆放产地、人工等费用)580元市价计算，相当于每年可为企业节省125.45万元的开支。

节省燃煤的环境效益见表2。

表2节省燃煤的环境效益/t·a-1

Tab.2Environmental benefits of saving coal/t·a-1

由表2可知，由于余热回收利用一年可以节省燃煤2163 t，避免了燃煤会造成的大量有害气体、粉尘的排放，带来了可观的环境效益，符合国家的节能减排政策。

3 结语

聚乙二醇回收过程中蕴含丰富的余热资源，这些余热被合理回收利用后不仅可以为企业节省相当可观的能源开支、提高资源的利用率，其潜在的社会效益和环境效益更加可观。为相关企业的余热回收利用起到了示范作用。

[1] 赵钦新，王宇峰，王学斌，等.我国余热利用现状与技术进展[J].工业锅炉，2009,(5):8-15.

[2] 连红奎，李艳，束光阳子，等.我国工业余热回收利用技术综述[J].节能技术，2011,29(2):123-128，133.

[3] 冯惠生，徐菲菲，刘叶凤，等.工业过程余热回收利用技术研究进展[J].化学工业与工程，2012,29(1):57-64.

[4] 王兆鹏,胡晓民.烧结余热回收发电现状及发展趋势[J].烧结球团,2008,33(1):31-35.

[5] 唐康宁.从切割废浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法[P].CN 101 792 142 A,2010-08-04.

[6] 王彭,李宏,王祎.一种聚乙二醇过滤提纯装置[P].CN 202 865 198U,2013-04-10.

[7] 铁生年,侯思懿.一种利用切割硅片废液回收提纯聚乙二醇的方法[P].CN 103 087 813A,2013-05-08.

[8] 邢鹏飞,郭菁,刘燕,等.单晶硅和多晶硅切割废料浆的回收[J].材料与冶金学报,2010,9(2):148-153.

UtilizationofWasteHeatfromPolyethyleneGlycolRecovery

YANG Hui,XU Yuan-qing,HAN Zhi-min,CHEN Ya-li

(HenanXindaxinMaterialsCo.,Ltd.,Kaifeng475000,China)

Recovery of polyethylene glycol from the single crystal and polycrystalline silicon cutting waste plays an important role on reducing environmental pollution and improving resource utilization.There contains a large amount of waste heat in the recovery process of polyethylene glycol.The recycling of the waste heat can be carried out for heating boiler water and preheating polyethylene glycol before decolorization,which can not only get considerable economic benefit,but also get environmental benefit and social benefit.

polyethylene glycol;recovery;waste heat

TQ 325 TK 115

A

1672-5425(2013)12-0072-03