變壓吸附裝置在P V C精餾氣凈化中的效果評價

紀曉玲，張 芳，羅蓮英

（新疆中泰礦冶有限公司，烏魯木齊 830009）

1 氯乙烯工藝及尾氣的來源

在聚氯乙烯生產(chǎn)工藝中，乙炔和氯化氫在觸媒作用下生產(chǎn)氯乙烯單體，氯乙烯單體通過精餾凈化成精單體，精單體送往聚合釜添加各種助劑聚合后生成聚氯乙烯樹脂見圖1。

在整個工藝中自單體壓縮工序來的氣相氯乙烯經(jīng)全凝器冷凝，絕大部分的氯乙烯冷凝為液相的氯乙烯單體，液相氯乙烯單體經(jīng)水分離器排除水分進入低沸塔，精餾去除乙炔等低沸點物質(zhì)，全凝器不凝氣體主要是氫、氮氣、氧、少量乙炔和氯乙烯氣體。這些不凝氣體經(jīng)尾氣冷凝器，用-35℃鹽水冷凝分離氯乙烯，冷凝回收尾氣中大部分氯乙烯后排出。不凝性氣體排空時，尾氣中夾帶的氯乙烯體積分數(shù)在5%～20%。在生產(chǎn)實踐中，當氯乙烯在尾氣中的體積分數(shù)低于5%時，由于尾氣冷凝器的對流給熱系數(shù)急劇下降，即使冷量非常充足也很難將尾氣中低含量的氯乙烯冷凝下來。只有采取其他更經(jīng)濟、有效的操作單元回收尾氣中的氯乙烯、乙炔。不凝氣體和無法冷凝的氯乙烯、乙炔氣體混合形成精尾氣的原料氣，需要輸送到尾氣回收裝置。

圖1 變壓吸附工藝流程簡圖

2 3種工藝及比較

中泰化學集團有限責任公司從1995年開始生產(chǎn)，先后使用了活性炭吸附、膜法回收、變壓吸附等工藝技術(shù)。

（1）活性炭吸附工藝

原理：活性炭是多孔型固體，比表面積可達100 m2/g?；钚蕴课绞寐纫蚁﹩误w在活性炭表面上高選擇吸附這一原理，對精餾尾氣中的VCM及乙炔、氮氣、氫氣等不凝氣體的吸附能力隨其沸點的升高而加大。

特點：流程簡單，工藝成熟，技術(shù)可靠，裝置投資小，見效快，但需要冷鹽水、蒸汽、熱空氣、冷空氣、氮氣，動能消耗大，工藝操作復雜，勞動強度大，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）有機膜法回收工藝

原理：膜法有機蒸汽分離是基于溶解-擴散機理，氣體先溶解在膜表面，然后沿其在膜表面的濃度梯度擴散傳遞，它的溶解選擇是分子大、沸點高的組分在膜內(nèi)的溶解度大，容易透過膜，在膜的滲透測得到富集。而分子質(zhì)量小、沸點低的組分在膜內(nèi)的溶解度小，不易通過膜直接排放。

特點：膜法回收裝置占地面積小，動能消耗少，回收率約90%，可自動化運行，操作簡便。缺點是尾氣壓力波動會影響滲透效果，不凝氣體富積在一級膜滲透測，影響轉(zhuǎn)化器的處理能力，同時還會影響全凝器的換熱效果，造成精餾系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，操作彈性小，原料氣帶液時會永久損壞膜。

（3）變壓吸附工藝

原理：當氣體運動到固體吸附劑表面時，由于固體吸附劑表面的作用力，氣體分子便會聚集在固體表面，這些分子在固體表面的濃度會顯著增大。這種現(xiàn)象稱為氣體分子在固體表面的吸附。在一定條件下（如溫度、壓力的改變）固體表面吸附的分子會重返氣體中，這一過程叫解吸。

特點：變壓吸附回收氯乙烯單體是目前國內(nèi)同行業(yè)中處理精餾尾氣最先進的工藝，被此行業(yè)普遍應用。回收率高＞99.99%，可達到國家環(huán)保排放標準的要求 VCM＜36 mg/m3，C2H2＜130 mg/m3。同時，吸附劑使用壽命可達10年以上，全自動操作，能耗小。

綜上所述，活性炭吸附工藝流程簡單、投資小，但能耗大、勞動強度大；膜法回收工藝較先進，裝置占地面積小，動能消耗小，操作便捷，但操作彈性小，膜易損壞增加成本；變壓吸附操作簡便，能耗小，使用壽命長，而且裝置越大成本越低。

3 變壓吸附裝置的應用[1]

變壓吸附裝置可在氯乙烯精餾尾氣中分離乙炔、氯乙烯并加以回收利用，凈化后其他組分送入變壓制氫裝置，進行氫氣的回收，其他氣體排空。

使凈化氣中含氯乙烯≤36 mg/m3；氯乙烯+乙炔回收率≥99.5%；氯乙烯回收率≥99.9%，解吸氣中氧氣含量增加≯1.0%，并使解吸氣返回系統(tǒng)。

原料氣由吸附塔由下而上通過吸附床層，其中強吸附組分氯乙烯、乙炔等均被吸附劑吸附，停留在床層內(nèi)，弱吸附組分H2、N2、O2從吸附床層上部流出成為符合環(huán)保排放標準的合格的尾氣—凈化氣；當吸附塔上部出口氯乙烯含量接近≥36 mg/m3時，該塔停止吸附操作，關閉吸附塔進出口閥轉(zhuǎn)為再生；為了保證凈化氣符合環(huán)保排放標準和確保安全生產(chǎn)，在凈化氣出口和真空泵出口對雜質(zhì)組分氯乙烯、乙炔、氧氣進行檢測。

4 分析方法對凈化效果的分析評價

中泰化學自2008年投運變壓吸附裝置以來，系統(tǒng)一直運行平穩(wěn)。設備對氯乙烯精餾尾氣的凈化達到了國家環(huán)保排放要求。在這幾年的運行過程中，主要以中控中心對尾氣排放進行定期分析，根據(jù)分析結(jié)果檢查和驗證變壓吸附裝置的效果，同時在變壓吸附裝置發(fā)生異常時給予指導操作。

通過凈化前、后分析數(shù)據(jù)對比討論，變壓吸附裝置在平穩(wěn)運行及設備運行異常情況下數(shù)據(jù)所發(fā)生的變化，來驗證凈化效果。通過分析數(shù)據(jù)來指導生產(chǎn)。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過使用氣相色譜分析法對乙炔和氯乙烯單體在變壓吸附前后進行分析，具體檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 2014年2月每日12：00檢測數(shù)據(jù)

5.2 討論

表1 2014年2月每日12：00檢測數(shù)據(jù) （ 接 上表）

從上面數(shù)據(jù)分析，在2014年2月6日因變壓吸附原料氣濃度發(fā)生變化，造成吸附凈化后氣體的結(jié)果變大，超出指標要求。而在15日后面有幾個數(shù)值偏大，是由于工藝中對吸附塔的再生時間沒有達到操作要求。

2008年，中泰化學投用氯乙烯尾氣變壓吸附裝置以來，裝置吸附一直平穩(wěn)運行，在吸附后出現(xiàn)乙炔、氯乙烯排放未達到環(huán)保要求，主要造成的原因是變壓吸附的再生時間不夠。只要操作人員認真對變壓吸附裝置進行操作，遇到異常情況給予及時、正確的處理，此生產(chǎn)裝置完全能夠滿足對氯乙烯尾氣處理后達到環(huán)保的要求。

6 結(jié)論

該公司從2008年投用變壓吸附生產(chǎn)裝置以來，工藝一直比較穩(wěn)定。多年分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，此裝置完全可以達到對氯乙烯尾氣的凈化作用，從而使尾氣排放達到環(huán)保要求。

［1］孫哲進，變壓吸附工藝在氯乙烯尾氣回收裝置中的應用.環(huán)保與節(jié)能，2010，（4）.