采用變溫變壓吸附技術回收聚氯乙烯生產中的精餾尾氣

宋麗軍

（黑河龍江化工有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

采用變溫變壓吸附技術回收聚氯乙烯生產中的精餾尾氣

宋麗軍

（黑河龍江化工有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

介紹了聚氯乙烯精餾尾氣變溫變壓吸附技術的應用情況及對該技術的調整和改進。

聚氯已烯；精餾尾氣；變溫變壓；吸附技術

1 精餾尾氣回收技術

為了使精餾尾氣排放達到國家標準及降低聚氯乙烯樹脂生產成本，各企業引進或開發了各種精餾尾氣回收技術，并經過多年的生產實踐，不斷精心調整，現已趨于完善，有的尾氣回收技術趨于淘汰，而一些新技術則脫穎而出。

1.1 活性炭吸附技術

活性炭吸附技術使用較早，該技術以活性炭為吸附劑，在通入冷卻介質0℃水或-15℃鹽水的情況下，對精餾尾氣進行吸附。吸附飽和后，直接加入蒸汽進行解析，解析后，活性炭還需加入熱空氣或氮氣進行吹干。由于吸附劑頻繁與水蒸氣接觸，使活性炭易碎，冷卻管道及設備因腐蝕而發生泄漏。此項技術由于自動化控制程度不高，手工操作比較繁雜，正逐漸被取代。

1.2 膜分離技術

膜分離技術是用特質的膜及分子篩回收尾氣中氯乙烯及乙炔，而對氫氣、氮氣等進行分離排放。其優點是設備占地面積小、工藝簡單、自動化程度高、投資比吸附劑回收方法少，但其缺點是分離出的成品氣中氯乙烯含量較低，一般為10%~20%，這些氣體回到系統中去，增加了壓縮機及冷卻設備的負荷；膜的使用壽命不長，更換膜時費用較大；吸附后的排空尾氣中氯乙烯含量達1%左右，大大超過了國家規定的要求。

1.3 變壓吸附技術

變壓吸附技術是全程可自動化的吸附技術，變壓吸附是用專用的吸附劑加壓吸附、減壓解析，此法的優點是工藝流程短、操作彈性大、產品純度易控制調節、可全自動操作，排空尾氣中氯乙烯含量可以控制為小于36 mg/m3，吸附劑使用壽命長，其缺點是吸附時間短、吸附量少。

1.4 變壓變溫吸附技術

變壓變溫吸附技術的尾氣吸附量較大。變壓變溫吸附技術是在變壓吸附技術的基礎上，在變壓脫析之后，又進行升溫脫析，使脫析進行得更徹底，從而使吸附劑吸附時間延長，時間可長達6 h以上是尾氣吸附量較大的技術。其缺點是仍需冷卻用水、脫析時需用蒸汽。

2 變溫變壓吸附技術的應用及調整

2.1 變溫變壓吸附技術的應用

黑河龍江化工有限公司在對以上4種尾氣回收工藝研究、考察之后，采用了成都華西化工科技股份有限公司變溫變壓吸附技術。此項技術工藝合理、控制手段先進、技術水平居行業領先，同時，吸附塔的不同部位相應地填裝了不同的吸附劑，使得氯乙烯的吸附更徹底，脫析時更方便，其工藝流程簡圖見圖1。

圖1 變溫變壓吸附工藝流程圖

變溫變壓吸附工藝由3臺吸附塔、尾氣緩沖罐、原料氣緩沖罐、成品冷卻器、真空泵等組成，3臺吸附塔始終有1臺處于吸附狀態，其余2臺處于再生的不同階段。3臺吸附塔的整個吸附與再生工藝切換均通過36臺程控閥門來實現。來自精餾尾凝器，壓力為0.5 MPa的尾氣，經壓力調節閥后進入原料氣緩沖罐，再進入正在處于吸附狀態的吸附塔中。在原料氣經過裝有選擇性吸附劑的填料層時，全部的氯乙烯及少量的氮氣、氫氣和乙炔氣體被吸附在吸附劑內，經吸附后的剩余氣體（其中，氯乙烯含量小于國家排放標準）從吸附塔頂排出。

吸附塔在吸附一定時間之后，系統會自動轉入下一塔內進行吸附，或吸附后尾氣中氯乙烯含量經檢測接近或超過國家標準時，轉用另一臺吸附塔吸附。脫析主要由2部分組成，平壓升溫脫吸及升溫抽真空脫析。

脫析后，進行反吸，其目的是將塔內殘留的含有較多氯乙烯的氣體反吹到待吸附的塔中，經待吸附塔吸附之后經塔頂排放。

由于脫析之后塔的吸附劑溫度較高，需在殼程中通入冷卻水，把冷卻塔及吸附劑冷卻到合適的溫度，等待下一循環過程。在反吹及冷卻完成后，為了使吸附塔可以在平穩地切換到下一次吸附的過程中不發生壓力波動，需用其他吸附塔的排空氣將塔的壓力升至吸附壓力，該過程不僅使吸附塔升壓，為下一次吸附工作做準備，同時，也使吸附劑內的微量氯乙烯向吸附塔下端移動，有利于下次排出合格的氣體。

變溫和變壓吸附相比，具有抽真空工序，使氯乙烯解析比較完全，吸附劑再生效果好，回收氯乙烯純度高、氯乙烯回收率高。2005年5月，該廠尾氣回收系統試生產完畢并投入使用。

2.2 變溫變壓吸附技術的調整

在使用該技術過程中，該廠又對原設計的某些細節，進行了調整和改進，使尾氣回收系統更適合實際生產的需要。

2.2.1 對吸附時間的調整

剛開始時，定4 h為1個吸附周期，經化驗室對吸附后尾氣做樣分析，在4 h之內，特別是后2 h，未發現尾排超過36 mg/m3。在吸附4 h后，每0.5 h做一次尾氣排空樣，連續監測尾排的氯乙烯含量，當直接排放尾氣中氯乙烯含量超過36 mg/m3時，進行倒塔操作。最終把吸附時間定為6 h。

2.2.2 對吸附壓力的調整

吸附壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高。據此原理，對吸附塔壓進行了調整，把吸附系統壓力由0.1 MPa改為0.15 MPa，使單塔的吸附時間由6 h延長至8 h左右。在此期間，基本沒有發現吸附后的尾氣超標情況。

2.2.3 根據進氣總量及氯乙烯量調整吸附時間

由于該廠沒有相應的聚合出料回收系統，每次聚合出料時都要回收到轉化氣柜，從而造成尾氣排空氣量變化較大，從而造成在單位時間內進氣量不均勻，最高時進氣量達400 m3/h。如果仍按原定的8 h為1個周期，則會造成吸附劑的提前超標排放。所以，確定了在吸附塔進氣量達到1 400 m3/h時，可提前結束正在吸附塔的吸附工作，進入到下一塔吸附。

2.2.4 尾氣回收工藝未考慮尾氣中的乙炔氣體進行回收利用

由于吸附劑對氯乙烯吸附的同時也吸附了乙炔氣，高濃度乙炔先于氯乙烯解析，回收至氯乙烯氣柜，經壓縮機不利于安全生產。為使在吸附過程中把乙炔氣體排出，而使氯乙烯氣體排放又不超標，這就需要從吸附時間、吸附原料氣量、吸附塔的塔頂溫度來綜合考慮。如果吸附時間短，氯乙烯含量低而乙炔含量高，如果吸附時間長，氯乙烯會穿透頂部的吸附層而不利于脫附，使吸附后尾氣超標，不宜恢復。經過調整之后，脫析成品氣中氯乙烯含量均在91%以上，乙炔含量為0.10%~0.15%。

3 經濟效益

2005年在變溫變壓尾氣回收系統投入運行之后，PVC電石耗下降明顯，平均每噸樹脂下降了16kg標準電石。按2005年PVC樹脂產量3.5萬t計算，年節約標準電石560 t，以每噸電石市場價為2 000元計，則1年節約經費112萬元，而運行費用水、電、汽消耗僅為20萬元。這樣，在短期內就可以收回投資。

變溫變壓尾氣吸附系統的投入使用，不但解決了在PVC生產過程中精餾尾氣超標排放對環境的污染問題，做到了達標排放，同時還變廢為寶，把排空的尾氣中低含量的氯乙烯直接變為高濃度的氯乙烯，回收到氯乙烯氣柜。

4 改進措施

變溫變壓尾氣吸附系統經過近一年的運行，發現了其在程序控制方面的一些不足，已經改進的有以下幾方面。

（1）吸附塔脫析之后冷卻時，一開始沒有對冷卻水進行控制，在達到溫度后，等待時也通入冷卻水。后改進為在用冷卻水降溫過程中，塔底達到降溫標準而塔頂溫度降到35℃時，（通過華西公司改變程序）不再通入冷卻水，只在吸附時通入冷卻水，節水50%以上。

（2）廢氣管線上安裝了在線含氧分析儀，在抽負壓脫吸時，連續監測脫析氣體的含氧量，并且設定了含氧量超過3%的報警，使得在脫析過程中，如設備發生泄漏能及時發現。

（3）系統脫析后，吸附塔的殼程蒸汽立即排放，這時，蒸汽壓力較高，排放時聲音很大，回收系統又安裝在室內，很容易傷人，或造成別的崗位誤操作。經和華西公司研究，把蒸汽排放操作改在反吹之后進行，延后了泛汽排放時間，并且又加裝了蒸汽吸收罐及消音裝置，達到了無聲安全排放，消除了安全隱患。

該公司曾在脫析抽真空階段結束前10 min和15 min結束通蒸汽，在吸附塔殼程中的蒸汽利用較完全，泛汽排出較少。如將此方法編入控制系統則可節省蒸汽，使排放的蒸汽壓力降至低壓。

5 改進建議

（1）現使用的尾氣吸附后脫析氣體，沒有對乙炔氣體進行回收處理，在操作時，需先考慮把乙炔除去。擬改進工藝把先脫吸出的含乙炔較多的氣體回收到轉化床或乙炔氣柜，使乙炔氣體得到進一步的回收利用。

（2）把進氣量編入到控制程序中，與時間累計同步控制，進氣累計量優先控制，當吸附氣量達到預設量而時間沒有到時，首先進入到下一塔吸附。

（3）把吸附塔頂溫度編入到控制程序。根據近一年的經驗，當吸附塔塔頂溫度升高時，說明吸附層已經升到了測溫點附近，已經接近全部吸附飽和，如繼續進行吸附，則吸附后尾氣可能超標。此項控制應優先于預設量控制及時間控制，進入下一塔吸附。

（4）在吸附塔內設置多個測溫元件，以便從計算機顯示屏，直接觀測吸附層的上移位置情況，又可防止吸附層穿透，造成尾氣排放超標情況。

6 結語

（1）變溫變壓吸附技術在精餾尾氣回收方面收效甚大，經過一年多的運行，收回投資成本。

（2）裝置運行穩定，調節范圍較大，經吸收后的尾氣符合國家規定的排放標準，達標率達99%以上。

（3）經運行證明，此裝置和膜分離技術及變壓吸咐技術相比較，具有吸咐時間長、吸咐徹底且穩定等特點，比較適用于聚氯乙烯生產。

Rectified tail gas recycled by temperature and pressure swing adsorption in PVC production

SONG Li-jun
(Heilongjiang Chemical and Industry Co.,Ltd.,Harbin 150000,China)

The application status of temperature and pressure swing adsorption was introduced.The adjustment and innovation were also discussed.

PVC;rectified tail gas;temperature and pressure swing;adsorption technology

TQ325.3

B

1009－1785(2011)11-0011-03

2011-07-06