電石法V C M轉化器能力分析

劉慶林

（包頭海平面高分子工業有限公司，內蒙古 包頭 014060）

電石法生產PVC的乙炔工藝分為干法工藝和濕法乙工藝。濕法工藝，工藝相對成熟，最好企業的電石折標單耗為1.35 t/t PVC，汞觸媒單耗為0.8 kg/t PVC；干法乙炔工藝的電石單耗和濕法工藝區別不大，但汞觸媒單耗卻遠遠高于濕法乙炔。因此觸媒消耗高，更換頻率大。汞觸媒從使用到失效，經歷以下階段：更換、干燥、活化、培養期、壯年期、衰老期，每個階段產能負荷不同。所以，干法乙炔工藝在VCM轉化器設計上就不能照搬濕法乙炔工藝，同規模的企業，干法乙炔的轉化器臺數，要明顯多于濕法乙炔工藝。以下以某氯堿企業為例，介紹轉化器能力的核算方法。

1 某氯堿企業設計說明

PVC設計產能為40萬t/a，VCM轉化器64臺，采用前3臺后3臺（或前2臺后2臺）結構布置，見圖1。轉化器規格為?3200mm×3290mm×2680mm× 45 mm，單臺轉化器觸媒填充量為7.5 t。運行一段時間，表明產能無法達到設計產能。

為確定轉化器的數量，經過同行業對標分析，走訪多家氯堿企業（含干法乙炔工藝和濕法乙炔工藝），濕法乙炔工藝的汞觸媒單耗一般都能做到1 kg/t PVC，而干法乙炔工藝的汞觸媒單耗一般為1.8～2.8 kg/t PVC。該企業確定按照觸媒單耗為2 kg/t PVC的標準，測算現有64臺轉化器的能力，以及要達到40萬t/a的產能需要的轉化器臺數。

2 轉化器能力及臺數的計算

（1）按照濕法乙炔工藝觸媒單耗1 kg/t PVC，測算現有64臺轉化器的產能測算。

a.計算方便，1前臺+1后臺為1組，64臺共計32組，每組設計最大通量為730 Nm3/h乙炔氣。

b.觸媒翻倒現狀是新觸媒填充后臺，使用1個周期后，前臺失效，后臺觸媒翻到前臺，后臺再填充新觸媒。

假設觸媒使用周期為N天，即后臺轉化器填充新觸媒投入使用到第N天，前臺觸媒失效，將該組轉化器切出，對該組轉化器進行置換、更換、干燥、活化后，投入使用。每個更換周期中各工序耗時和負荷分析如下：

置換、更換、干燥、活化平均需要6天，負荷為零；投入使用后第一個10天平均負荷為50%；投入使用后第二個10天的平均負荷為80%；失效前最后14天的平均負荷為60%，投入使用后第21天到第（N-40）天為滿負荷。

圖1 VCM轉化器平面布置圖

轉化器有效利用率為：（N-6×100%-10×50%-10×20%-14×40%）/N=（N-18.6）/N×100%。

c.現有64臺轉化器設計產能為40萬t/a，則觸媒翻倒周期、觸媒單耗計算如下：

730×（N-18.6）/N×32×8 000×0.85×62.5/22.4/ 1 000=400 000 t/a

計算得：N=190.76天。

則，轉化器利用率為：（N-18.6）/N=90.25%；

1年翻倒觸媒次數：

8 000/（190.76×24）=1.75（次）；

1年耗用觸媒總量為1.75×7.5×32=419（t）；

觸媒單耗為419×1000/400000=1.0475（kg/tPVC）。

由以上計算可知，觸媒單耗為1.047 5 kg/t PVC時，現有64臺轉化器1年（8 000 h計）產能可達40萬t。可見，如果按照濕法乙炔工藝，觸媒單耗做到1 kg/t PVC，基本能達到設計產能。

（2）按目前的照干法乙炔工藝，觸媒單耗達到2 kg/t PVC，分析現有64臺轉化器的能產并計算所需轉化器臺數。

假設每組轉化器翻倒周期為y天，因每組轉化器每次翻倒，前臺觸媒淘汰7.5 t，則每組轉化器1個周期內產量為7 500/2=3 750（t）。

轉化器觸媒翻倒過程如上述濕法乙炔工藝。

在一個觸媒翻倒周期內，該組轉化器的利用率為（y-18.6）/y；

一個翻倒周期內每組轉化器產量為：（y-18.6）× 24×730×0.85×62.5/22.4/1 000=3 750（t）；

計算得y=86天，即觸媒翻倒周期為86天。

轉化器利用率為（86-18.6）/86=78.372%，現有64臺轉化器年產能為730×78.372%×0.85×8 000×62.5× 32/22.4/1 000=34.7（t）。

式中，0.85為乙炔氣一次性轉化為氯乙烯效率。

可見，按照干法乙炔工藝目前的觸媒單耗2 kg/t PVC測算，產能40萬t/a需要該規格轉化器臺數為：64×40/34.7=73.8臺，即在現有64臺的基礎上，需要新增轉化器10臺。

3 說明

因目前干法乙炔工藝汞觸媒單耗與濕法乙炔工藝相比有差異，所以在轉化器能力設計上，不可照搬濕法乙炔工藝。以上介紹的轉化器能力的測算過程，僅是提供一種測算方法，具體數據比如觸媒更換、干燥、活化等工序所耗用時間，不同企業，可根據實際情況進行修訂。