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    PVC汽提工藝的優(yōu)化

    2018-03-07 10:54:38張玉永
    聚氯乙烯 2018年9期
    關(guān)鍵詞:汽提汽提塔篩板

    張玉永

    (新疆圣雄氯堿有限公司,新疆 吐魯番 838100)

    目前,國內(nèi)外PVC生產(chǎn)中大多數(shù)采用篩板塔作為PVC漿料汽提的主要設(shè)備,但篩板塔在使用過程中由于無溢流堰且塔孔直徑大,造成PVC樹脂VCM殘留量高、汽提工序蒸汽單耗高。

    新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱新疆圣雄)50萬t/a PVC裝置汽提工序采用無溢流堰篩板塔,材質(zhì)為0Cr19Ni9耐熱不銹鋼,塔板厚度為4 mm,塔板孔徑為Φ12±0.1,篩孔圓心距為35 mm,塔板直徑為2 000 mm,塔板間距為200 mm,塔板安裝總高度為7 140 mm,最頂層塔板有6根筋板。自2012年開車以來,汽提塔在運(yùn)行過程中蒸汽單耗約為0.43 t,消耗較高;并且在運(yùn)行過程中塔盤有傾斜現(xiàn)象,導(dǎo)致汽提塔下料不均勻,塔盤積料嚴(yán)重,成品PVC樹脂中VCM殘留量不穩(wěn)定,嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行。為此,新疆圣雄對汽提工藝進(jìn)行了優(yōu)化,降低了蒸汽單耗及成品PVC樹脂中的VCM殘留量,取得了良好的效果。

    1 汽提工藝[1-3]

    汽提工藝流程見圖1。

    圖1 汽提工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of stripping

    聚合釜出來的PVC漿料通過出料泵進(jìn)入出料槽,經(jīng)倒料泵、漿料過濾器進(jìn)入汽提塔進(jìn)料槽,再通過漿料泵送至螺旋板換熱器,與汽提塔出來的熱漿料進(jìn)行熱交換后進(jìn)入汽提塔頂部。進(jìn)入汽提塔進(jìn)料板上的漿料均勻、穩(wěn)定地流動(dòng),與自下而上從塔板篩孔上升的蒸汽進(jìn)行充分的傳質(zhì)、傳熱,自漿料中提升的VCM從汽提塔頂部逸出并進(jìn)入塔頂冷凝器,大部分蒸汽在此冷凝。

    部分冷凝后的蒸汽與液相物料從塔頂冷凝器中流出,進(jìn)入汽提塔冷凝液分離罐,在分離罐中液相與氣相物料分離,被水飽和的VCM從汽液分離罐頂部逸出,由水環(huán)壓縮機(jī)送至回收單體槽。冷凝水一部分去廢水處理工序,一部分用于汽提塔塔頂?shù)膰娏埽瓤梢詻_洗塔頂?shù)膾毂诹嫌制鹨峙葑饔?,在提高汽提塔處理能力的同時(shí)保證了出塔漿料的溫度和固含量,降低了蒸汽消耗,也節(jié)約了去離子水。

    隨著漿料不斷向下流動(dòng),蒸汽不斷向上流動(dòng),PVC漿料中的VCM不斷汽化,充分脫除了VCM的漿料從汽提塔塔底流出,由出塔漿料泵送至螺旋板換熱器與進(jìn)塔漿料進(jìn)行熱量交換,然后送至離心機(jī)進(jìn)料槽,而后去離心干燥。

    2 問題與討論

    (1)汽提裝置自2012年開車以來,PVC成品VCM殘留量一直不穩(wěn)定(4~5 μg/g),蒸汽通量為6~8 t/h,蒸汽單耗較高(0.35~0.43 t),嚴(yán)重影響了樹脂質(zhì)量,并導(dǎo)致PVC生產(chǎn)成本居高不下。

    分析原因:①汽提塔塔板間距為200 mm,共36層塔板,塔板上液層實(shí)際高度為60 mm左右,PVC漿料停留時(shí)間短(5~7 min),與塔底部通入的蒸汽未充分接觸,對流傳質(zhì)、傳熱不充分,導(dǎo)致PVC顆粒中的VCM脫除不徹底;②現(xiàn)有篩板塔筒體直徑為2 000 mm,塔盤直徑為1 986~1 988 mm,單層總環(huán)隙為12~14 mm,塔盤環(huán)隙大導(dǎo)致蒸汽穿塔嚴(yán)重,蒸汽在塔盤及氣、液相空間的分布不均勻,蒸汽消耗高。

    改造措施:①將現(xiàn)有塔盤直徑改造為1 996 mm,總環(huán)隙由12~14 mm減為4 mm。②不改變塔盤孔徑及孔數(shù),通過增加塔板數(shù)、縮小板間距來延長漿料在塔體中的停留時(shí)間,以達(dá)到使?jié){料與蒸汽充分傳質(zhì)、傳熱的目的;但隨著塔盤數(shù)增加、板間距縮小,霧沫夾帶量會(huì)增多。綜合考慮汽提效果、漿料停留時(shí)間、塔盤總重、塔體承重等因素,將塔盤間距由200 mm縮小至150 mm,塔盤數(shù)由36塊增加至45塊。

    改造后,塔板上的液層實(shí)際高度由60 mm左右提高到100 mm左右,PVC漿料的總停留時(shí)間由5~7 min延長至10~12 min,汽提塔運(yùn)行良好。

    改造前后蒸汽用量對比見圖2。

    圖2 改造前后汽提塔蒸汽用量對比Fig.2 Comparison of steam consumption before and after improvement

    由圖2可見:改造后,在同等進(jìn)料量下可節(jié)約蒸汽3.23 t/h左右,蒸汽單耗由0.43 t降低至0.24 t,有效地節(jié)約了成本。

    汽提塔改造前后塔底溫度對比見圖3。

    圖3 改造前后汽提塔塔底溫度對比Fig.3 Comparison of stripping tower bottom temperature before and after improvement

    由圖3可見:改造后汽提塔塔底溫度上升了2~3 ℃,有效地提高了PVC顆粒中VCM的提取效果。

    汽提塔改造前后PVC樹脂中VCM殘留量對比見圖4。

    圖4 改造前后VCM殘留量對比Fig.4 Comparison of vinyl chloride residue in stripper before and after improvement

    由圖4可見:PVC樹脂中VCM殘留量較改造前下降了2.30 μg/g,這一方面降低了樹脂使用過程中VCM對人身的傷害;另一方面也降低了生產(chǎn)成本,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

    (2)漿料偏流,造成漿料進(jìn)入汽提塔后分布不均勻,樹脂在塔板上堆積,導(dǎo)致PVC樹脂雜質(zhì)粒子數(shù)頻繁超標(biāo)。

    原汽提塔最底層塔盤不銹鋼板厚度為4 mm,底部塔盤與塔壁連接處未焊接加強(qiáng)圈,頂部塔盤采用單面6根加強(qiáng)筋板支撐,塔盤整體機(jī)械強(qiáng)度不夠。因蒸汽氣錘現(xiàn)象,使拉桿螺帽松動(dòng),導(dǎo)致塔內(nèi)拉桿脫落;長時(shí)間運(yùn)行后塔板擺動(dòng)、傾斜、變形,導(dǎo)致塔盤積料,嚴(yán)重影響樹脂雜質(zhì)粒子數(shù)及塔盤使用壽命。

    改造措施:①將最底層塔盤不銹鋼板厚度由4 mm增加至6~8 mm,并在該塔盤底部與塔壁連接處焊接厚度為8 mm、寬度為40 mm的加強(qiáng)圈;②為確保頂部支撐塔盤的強(qiáng)度,將原來單面6根加強(qiáng)筋板改造成雙面加強(qiáng)筋板,以保證頂層塔盤強(qiáng)度;③為避免塔盤在塔內(nèi)因蒸汽氣錘現(xiàn)象造成擺動(dòng)而破損,在每層塔盤拉桿孔上下加裝4 mm厚不銹鋼墊片,增加拉桿孔周圍強(qiáng)度;④為避免拉桿在運(yùn)行過程中因蒸汽氣錘現(xiàn)象造成的螺帽松動(dòng)及塔盤傾斜、變形,采取雙螺帽緊固,有效地防止了塔板集料。

    3 汽提工序的操作與維護(hù)

    (1)溫度對汽提塔運(yùn)行的影響。

    汽提塔的工作原理就是通過PVC漿料與蒸汽的逆向接觸,使VCM從PVC顆粒中脫吸出來,從而獲得VCM殘留量較低的PVC樹脂。有關(guān)資料表明:在95 ℃時(shí)VCM的脫吸速度會(huì)發(fā)生突變,并且95 ℃以上是95 ℃以下的2倍。這是因?yàn)楫?dāng)汽提溫度接近水的沸點(diǎn)時(shí),蒸汽對VCM的脫吸起著蒸餾作用,有利于VCM從PVC顆粒中脫吸;但溫度不能太高,當(dāng)溫度達(dá)到130 ℃左右時(shí),PVC樹脂會(huì)由于高溫分解而出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象。經(jīng)過多次試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)汽提塔塔頂溫度控制在95~110 ℃,塔底溫度控制在105~115 ℃為最佳。

    (2)塔壓差對汽提塔運(yùn)行的影響。

    無溢流堰篩板塔結(jié)構(gòu)簡單、利用率高,但需要較高的氣流速度才能維持塔盤上的液層高度,所以塔壓差是保證塔盤上液層高度的一個(gè)重要指標(biāo)。如果塔盤上沒有液層,就會(huì)形成塔噴淋現(xiàn)象,樹脂在高溫下容易變紅;如果液層太高,塔壓差太大,也不利于VCM的脫吸。經(jīng)過多次試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)塔壓差控制在10~25 kPa為最佳,此時(shí)塔盤液層在80~100 mm,最有利于VCM的脫吸。

    (3)塔頂噴淋對汽提塔運(yùn)行的影響。

    噴淋的主要作用是沖洗在氣流上升過程中殘留在塔壁上的PVC粉末,防止氣流將PVC粉末帶入塔頂冷凝器,影響回收系統(tǒng)。如果汽提塔停止噴淋,這些粘附在塔壁上的PVC粉末會(huì)在高溫下形成紅料,影響樹脂質(zhì)量。噴淋水為過濾后的母液水,一方面可減少純水的用量,節(jié)約成本;另一方面可達(dá)到水循環(huán)利用的目的。噴淋量偏小,則汽提塔在運(yùn)行過程中塔壁與塔盤會(huì)出現(xiàn)積料,長時(shí)間運(yùn)行會(huì)影響樹脂質(zhì)量;噴淋量偏大,則汽提塔溫度偏低,不利于VCM的脫吸。經(jīng)過多次調(diào)試,發(fā)現(xiàn)噴淋量在2~4 m3/h時(shí)汽提塔運(yùn)行效果最佳。

    4 結(jié)語

    在PVC生產(chǎn)中,絕大多數(shù)廠家都采用無溢流堰的篩板塔,有的廠家連續(xù)運(yùn)行幾年產(chǎn)品質(zhì)量都能達(dá)標(biāo),有的則幾個(gè)月就要進(jìn)行維修。新疆圣雄對原有的汽提塔增加塔盤,成功地將蒸汽流量控制在3.9~4.3 t/h,PVC樹脂VCM殘留量控制在1.44~2.40 μg/g,用低投入實(shí)現(xiàn)了高回報(bào),為同行企業(yè)汽提工藝改造提供了借鑒。

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