氯乙烯精餾尾氣處理流程優(yōu)化研究

邵玲霞，王小博，鄧建民，楊國(guó)強(qiáng)

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753202）

氯乙烯精餾尾氣處理流程優(yōu)化研究

邵玲霞，王小博，鄧建民，楊國(guó)強(qiáng)

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753202）

分析了精餾尾氣的來(lái)源及主要成分，研究了降低尾氣總量的控制措施，進(jìn)行工藝流程優(yōu)化以減輕變壓吸附裝置負(fù)荷，使排放尾氣中氯乙烯和乙炔含量降低。

精餾尾氣量成分；工藝優(yōu)化；減輕變壓吸附裝置負(fù)荷

《燒堿、聚氯乙烯工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB15581-2016》于2016年9月1日開(kāi)始實(shí)施，其中氯乙烯排放限值由原《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297-2014》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最高允許排放濃度36 mg/m3調(diào)整至10 mg/m3，這意味著需要提高氯乙烯的排放等級(jí)。寧夏英力特化工股份有限公司氯乙烯精餾工序產(chǎn)生的含氯乙烯乙炔的尾氣經(jīng)變壓吸附處理達(dá)標(biāo)后排放，該裝置已運(yùn)行10年，長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)行。為使運(yùn)行指標(biāo)滿足日益嚴(yán)格的限額要求，該公司對(duì)精餾尾氣處理流程進(jìn)行研究，探討降低變壓吸附裝置負(fù)荷的可行性，使吸附裝置能力增強(qiáng)。

1 變壓吸附氣體流量及成分分析

1.1 尾氣產(chǎn)生原因及種類

尾氣的來(lái)源主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）HCl合成時(shí)控制H2過(guò)量，合成后的HCl純度控制在96%，沒(méi)有反應(yīng)的H2和其他惰性氣體；（2）C2H2生產(chǎn)時(shí)，由于采用N2置換及真空解吸等操作，將帶入 N2、O2等雜質(zhì)氣體；（3）沒(méi)有參與反應(yīng)的C2H2氣體；（4）氣液相平衡時(shí)帶入和冷凝效率低時(shí)沒(méi)有冷凝的VCM氣體；（5）其他雜質(zhì)氣體等。

1.2 計(jì)算依據(jù)

15萬(wàn)t/a VCM裝置年運(yùn)行時(shí)間以8 000 h計(jì)，HCl體積分?jǐn)?shù)以96%計(jì)，C2H2體積純度以99%計(jì)，C2H2與HCl配比以1∶1.08計(jì)，二段轉(zhuǎn)化氣中C2H2體積分?jǐn)?shù)以2%計(jì)，轉(zhuǎn)化粗VCM體積分?jǐn)?shù)以90%計(jì)，合成反應(yīng)選擇性以98%計(jì)，該過(guò)程不考慮聚合回收氣體等因素影響。

1.3 尾氣流量計(jì)算

（1）C2H2流量計(jì)算

VCM產(chǎn)量為18.75 t/h，折合300 kmol/h，乙炔摩爾體積22.4 L/mol計(jì)，則參與反應(yīng)的C2H2流量為：300÷98%×22.4=6 857（m3/h）；

沒(méi)有參與反應(yīng)的C2H2流量為：300÷90%×22.4×2%=149（m3/h）；

體積分?jǐn)?shù) 99%的 C2H2流量為：（6 857＋149）÷99%=7 077（m3/h）。

（2）HCl流量計(jì)算

C2H2與 HCl配比為 1∶1.08，則所需 HCl流量為：

7 077×1.08÷96%=7 962（m3/h）；

（3）沒(méi)有反應(yīng)的氣體流量為

7 077×（1-99%）＋149＋7962×（1-96%）=538（m3/h）

此部分氣體中主要成分為H2、N2和其他雜質(zhì)氣體。

（4）總尾氣流量計(jì)算

在全凝器絕大部分的VCM氣體和高沸點(diǎn)組分被冷凝液化，部分C2H2溶解在VCM液相中，不冷凝氣體如H2、N2夾帶部分VCM氣體進(jìn)入尾氣冷凝器；出低沸塔的氣相中夾帶的VCM氣體被塔頂冷凝器冷凝，最終與全凝器尾氣混合后進(jìn)入尾氣冷凝器，夾帶出的大部分VCM被冷凝液化，最終不凝氣中氯乙烯體積分?jǐn)?shù)約為10%。則進(jìn)入尾氣吸附的氣體總量為 538÷（1-10%）=598（m3/h）。

（5）在全凝器帶出的C2H2氣體

全凝器壓力在610 kPa（絕壓），溫度在23℃時(shí)，（N2、H2、O2以不凝氣體計(jì)算），此時(shí)，乙炔在氯乙烯中飽和溶解度為0.5%，則C2H2在該狀態(tài)下在VCM中溶解量為94 kg/h，合81 m3/h，需回收C2H2為149÷22.4×26=173 kg/h，占氯乙烯總量的 0.92%，即全凝器末冷凝乙炔氣體為149-81=68 m3/h。乙炔在氯乙烯中的溶解度與溫度對(duì)照表見(jiàn)圖1。

圖1 乙炔在氯乙烯中的溶解度與溫度對(duì)照表[1]

2 低沸塔頂尾氣數(shù)據(jù)分析

低沸塔的餾處氣體組分為，在塔頂溫度10℃，操作壓力0.5 MPa時(shí)對(duì)應(yīng)的氣液平衡組成為：VCM：86.6%（mol）；C2H2：13%（mol）；N2：0.4%（mol）[2]。C2H2析出量為81m3/h，則低沸塔帶出VCM量為540 m3/h，N2量為2.5 m3/h，絕大部分VCM被塔頂冷凝器、全凝器和尾氣冷凝器再次冷凝液化，再次被液化后的尾氣中乙炔和氯乙烯占絕大部分，因此，將次部分氣體可直接送至轉(zhuǎn)化工序，以減輕變壓吸附裝置負(fù)荷。

3 流程改進(jìn)

原流程經(jīng)壓縮后脫水脫油的粗VCM氣體送入初凝器經(jīng)循環(huán)水冷卻后進(jìn)入全凝器（a/b/c），經(jīng)5℃冷凍水冷卻，冷凝下來(lái)的VCM進(jìn)入水分離器利用重度差脫除水分，分離水后的VCM用進(jìn)料泵送入低沸塔，進(jìn)行C2H3Cl與C2H2為主的低沸物的分離，被分離出來(lái)的低沸點(diǎn)物，在塔頂冷凝器經(jīng)+5℃水冷卻，回收部分氯乙烯后，進(jìn)入全凝器（a/b/c），經(jīng)再次冷凝，全凝器內(nèi)不凝氣體進(jìn)入尾氣冷凝器（a/b），用-35℃鹽水冷卻回收部分氯乙烯再進(jìn)入變壓吸附塔。原流程見(jiàn)圖2。

圖2 原精餾尾氣處理流程簡(jiǎn)圖

鑒于出低沸塔的氣體中雜質(zhì)氣體含量極少，主要成分為C2H3Cl和C2H2氣體，經(jīng)塔頂冷凝器和尾氣冷凝器b處理后，該部分氣體中主要成分為C2H2，因此重新設(shè)計(jì)流程，將此部分氣體處理設(shè)置獨(dú)立流程，出低沸塔經(jīng)塔頂冷凝器處理后再送入尾氣冷凝器b，不凝氣送轉(zhuǎn)化前的乙炔總管，以減輕變壓吸附負(fù)荷和降低氣體壓縮能耗。改造后的流程見(jiàn)圖 3、圖 4。

4 降低尾氣總量的控制措施

4.1 提高HCl純度

提高HCl合成純度對(duì)減少尾氣排放量至關(guān)重要，而Cl2、H2的壓力和純度是影響HCl純度的關(guān)鍵因素，生產(chǎn)不穩(wěn)定及H2中含水量高是影響HCl純度的主要因素。因此，精心操作和及時(shí)排放H2管線中積水，可提高H2純度，但HCl純度控制過(guò)高有發(fā)生“過(guò)氯”的危險(xiǎn)。因此，將HCl純度控制至96.0%～97.0%比較適宜。

圖3 全凝器尾氣處理流程簡(jiǎn)圖

圖4 低沸塔頂尾氣處理流程簡(jiǎn)圖

4.2 控制VCM合成純度在90%左右

將轉(zhuǎn)化溫度控制在160℃以下，以減少副反應(yīng)的發(fā)生；合理調(diào)整一段和二段轉(zhuǎn)化器數(shù)量，使轉(zhuǎn)化一段和二段出口乙炔含量符合要求；減少粗VCM從轉(zhuǎn)化夾帶的水分，粗VCM中的水分來(lái)源是水洗及堿洗工序與水充分接觸后夾帶而來(lái)，水洗塔是由填料段和泡罩段組合而成的組合塔，應(yīng)選用傳質(zhì)傳熱效率更高的填料，降低入塔的吸收水、酸溫度，控制入口酸溫度≤12℃；控制堿洗塔中NaOH濃度在5%～20%，循環(huán)量在視鏡的1/3～2/3處，在循環(huán)液中NaOH濃度≤5%或Na2CO3≥8%時(shí)及時(shí)更換循環(huán)堿液，以免堿洗塔阻力增大造成帶液?？刂茐A洗塔溫度≤55℃，以降低粗VCM氣體中水的飽和蒸汽壓。

4.3 提高全凝器液化效率

根據(jù)通量及時(shí)調(diào)整冷卻水流量，減少生產(chǎn)波動(dòng)；定期對(duì)換熱器殼程和管程進(jìn)行清洗，清洗結(jié)垢層，以提高全凝器的傳熱效率系數(shù)。

4.4 控制氧氣氮?dú)獾募尤?/h3>

對(duì)乙炔回收裝置的真空度保持-30～-70kPa，設(shè)置在線含氧分析儀，保持回收乙炔O2≤1.5%，聚合回收氣體中要求O2≤3%。

5 結(jié)語(yǔ)

工藝改進(jìn)后，進(jìn)入全凝器的不凝氣體減少，將會(huì)提高全凝器的換熱效率；進(jìn)入變壓吸附裝置的氣體流量減少，降低變壓吸附裝置負(fù)荷，使凈化吸附能力增強(qiáng)，排放尾氣中氯乙烯和乙炔含量得以降低。如低沸塔塔頂冷凝器將餾處組分中VCM含量大部分液化冷凝，此部分尾氣可不進(jìn)入尾氣冷凝器而直接去轉(zhuǎn)化器乙炔總管，可再度降低冷凍能耗。

［1］鄭石子，顏才南，等.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.1出版292-293.

［2］李智欽，蘆玉來(lái).對(duì)氯乙烯單體精餾尾氣中的乙炔進(jìn)行回收利用.內(nèi)蒙古石油化工，2003，第29卷：54-55.

Study on optimization of tail gas from rectification process of vinyl chloride

SHAO Ling-xia， WANG Xiao-bo，DENG Jian-min， YANG Guo-qiang
（Ningxia Yinglite Chemical Co.,Ltd.， Shizuishan 753202，China）

The article analyses the source and main ingredient of tail gas from the rectification and control measures to reduce exhaust gas volume，process optimization，to lessen the pressure swing adsorption unit load.Reducing emissions of vinyl chloride and acetylene content in the exhaust to lower.

tail gas from the rectification amount of ingredients，process optimization，reducing pressure swing adsorption unit load

X781.2

B

1009－1785(2017)09-0016-03

2017-06-05