氯乙烯生產中轉化器及觸媒的合理使用與管理

宋勝利，秦瑞昌，朱立莊

（濟寧中銀電化有限公司，山東 濟寧272121）

目前，國內PVC 企業的轉化器日趨大型化，隨著轉化器大型化和觸媒價格上漲，轉化器的購置和安裝費用高， 檢修周期長， 轉化器已經成為制約PVC 生產的關鍵設備，只有嚴格抓好新購轉化器的質量，把好源頭關，同時抓好觸媒的管理，轉化器的運行管理，轉化器的檢修質量及觸媒活性的合理分配等，才能減少轉化器的泄漏率，延長觸媒使用時間，實現轉化器的最佳狀況，達到穩產、高產的目的。

1 轉化器的使用與管理

1.1 嚴格控制轉化器的開停車操作

由于突發故障、檢修、生產計劃等各種原因造成的臨時停車或計劃停車是PVC 企業不可避免的，開停車過程往往是故障或事故的高發期，因此，認真抓好開停車管理是維護好轉化器的關鍵環節。

由于轉化器正常運行時溫度比較高，內部觸媒會吸附大量的C2H2、HCl、C2H3Cl 氣體，短期停車應采用泵循環維持轉化器溫度，并充氮保持正壓；長期停車，則應采用循環泵維持轉化器溫度，并充氮置換觸媒中的C2H2、HCl、C2H3Cl 氣體，直到置換氣分析合格為止，然后關嚴其進出口閥門，停熱水循環后讓其緩慢降溫。如果不進行置換，則觸媒中的HCl 緩慢釋放，而且吸潮性很強，隨著溫度的降低，很可能在轉化器管程形成一層酸膜。轉化器長期處在這種酸性環境下，就會受到嚴重腐蝕，容易造成泄漏，不少PVC 企業都遇到過停車后仍發生轉化器泄漏的情況。

長期停車后恢復開車，升溫合格后，除用氮氣置換系統外，還應用氮氣吹干轉化器，直到吹除氣測水合格為止，再用HCl 活化一段時間（1～2 h），才能投入使用，目的是盡量減少觸媒活化時析出的酸對轉化器的腐蝕。

1.2 抓好轉化器泄漏后的處理，確保檢修質量

從轉化器下部視鏡中觀察有大量積酸時，即可判斷為轉化器泄漏，應立即停止該轉化器的使用，關閉熱水循環閥、合成氣進出口閥門，打開殼層排氣閥和排污閥將熱水排掉，打開底部導淋閥將壓力卸掉并用氮氣置換合格；盡快開蓋將觸媒抽出，否則受潮的觸媒粘結在列管內造成結塊堵塞，清理非常困難；抽出的觸媒極易吸潮變濕，應密閉包裝存放室內，轉化器也應蓋嚴遮雨。

對于泄漏的轉化器，在抽完觸媒后，首先應用冷水進行查漏，壓力可按殼層的設計壓力，為了查出細微的滲漏，保壓時間可長一些，觀察應仔細，一定要把所有的漏管全部查出；其次，對于漏管，有的企業采用換管漲接的方式，多數企業采用堵頭、堵管的方式，堵管應嚴格執行焊接規程，保證焊接質量；第三，補焊后試壓、試漏，可用壓縮空氣進行氣密性試驗，壓力可按殼層最高壓工作壓力，先用肥皂水檢漏，無漏點后進行保壓，不掉壓即為合格，否則重新焊補。

檢修補焊好漏點的轉化器需進行回裝觸媒，回裝前，應檢查回裝的觸媒必須是干燥的，回裝完畢并試漏合格后，還要進行烘吹觸媒，直到無水氣吹出為止，才可以投入使用。

1.3 合理控制轉化器的運行負荷

氯乙烯生產負荷的提高往往取決于轉化器的負荷，單臺轉化器的負荷又取決于裝填觸媒的活性，應在確保轉化率和反應溫度符合工藝要求的前提下，合理調整轉化器負荷，使其達到最佳工作狀況，這樣才能延長觸媒使用周期，降低觸媒消耗。調整轉化器負荷，重點是控制好轉化器的通氣量和氣體流速。

1.3.1 通氣量控制

要根據觸媒的活性和使用時間合理調整轉化器的通氣量；新觸媒因具有較高的活性，往往通氣量較大，但宜控制為50～100 m3/h，否則反應過于激烈，易使溫度超過180 ℃，甚至超過250～300 ℃而燒壞氯化汞催化劑。當觸媒使用50～1 000 h 以后，進入催化劑最佳時期，此時，通氣量可達最高值。可根據反應溫度及轉化后出口過剩量確定通氣量達到最大值。反應時間到3 000～4 000 h，觸媒處于衰老期，此時，因觸媒的性能降低，乙炔的通氣量逐步降低。根據轉化器使用的3 個階段，要認真做好相關數據的統計并及時調節，以保證最大限度的發揮觸媒的活性。

1.3.2 空間流速的控制

氯化汞合成氯乙烯的能力約為1 000 kg 氯乙烯/kg 催化劑，空間流速過高時，反應物與催化劑接觸時間較短，乙炔轉化率低；反之，轉化率高。在高空間流速下，氯化汞升華流失較快；反之如果空間流速過慢，高沸點副產物的含量就會增多。要使乙炔轉化率達到99%以上，空間流速應控制在一定值，根據中銀電化有限公司的使用經驗，空間流速一般控制在30～60 m3/h。

2 觸媒的使用與管理

用于合成氯乙烯的觸媒，是由活性炭侵漬、吸附氯化汞后干燥制成的黑色柱狀顆粒，其重要的質量指標有氯化汞含量、機械強度、水含量等，氯化汞含量決定其活性；機械強度決定其孔隙率、粉化率及床層阻力等。做好觸媒的裝填、抽除及生產運行過程中各項工藝指標的控制，是觸媒使用與管理的關鍵。

2.1 觸媒的裝填與抽除

觸媒的裝載必須嚴格按要求進行，即先在底層裝好? 50 的拉西瓷環，再裝一層活性炭直到底蓋相平，之后再與筒體相連，待轉化器填充滿觸媒后，在其上部裝一層活性炭。翻倒時，防止上部活性炭與觸媒混裝，從而影響轉化器的工藝控制。

觸媒使用一段時間后其活性會逐漸下降，且吸收水分后觸媒會逐步結塊，繼而引起轉化器內阻力過大影響流速，因此每隔一段時間必須抽觸媒。在抽觸媒過程中，由于使用一段時間的觸媒在氣流沖擊下，機械強度減弱，導致觸媒部分破碎，而這一部分觸媒如不過篩，則易導致轉化器阻力增加，一般采用10 目篩過篩，實踐證明該措施有效的保證了正常生產。

2.2 生產運行過程中工藝指標的控制

2.2.1 嚴格控制混合氣中雜質和水分的含量

原料乙炔氣中，如果含有硫磷雜質，其中的硫化氫和磷化氫等與合成汞催化劑發生不可逆化學吸附，使其中HgCl2中毒而縮短催化劑的使用壽命。此外還能與催化劑中升汞反應生成無活性的汞鹽。

因此在生產過程中必須嚴格控制乙炔清凈工序的操作，確保乙炔氣純度滿足使用生產需要。

混合氣含水量的控制是保證觸媒正常使用的關鍵，水分含量過高除腐蝕設備管道外，還易使催化劑結塊，降低觸媒活性，導致轉化器阻力上升，使乙炔含量提高困難。水分的存在還促進乙炔與觸媒中的升汞生成有機絡合物，該絡合物覆蓋于觸媒表面，降低活性。控制混合氣含水主要是通過冷凍脫水工序來實現，精制乙炔氣與HCl 氣體經混合器進入冷凍脫水工序，其溫度一般控制在（-14±2）℃，混合冷凍脫水時原料氣中水分被氯化氫吸收后呈40%鹽酸霧析出，混合氣的含水量取決于該溫度下40%鹽酸溶液的蒸汽分壓，在混合冷凍脫水過程中，冷凝的40%鹽酸除以液膜狀自石墨冷卻列管內壁流出外，大都呈極微細的“酸霧”懸浮于混合氣流中，需采用有機玻璃棉將其分離出來。實際生產過程中，該公司的混合氣先經冷凍脫水，嚴格控制溫度在（-14±2）℃，除去大部分水分后，又經過多級酸霧捕集器通過其內部的有機玻璃棉將酸霧除去，使混合氣含水量降低到可以滿足生產的需要。

2.2.2 合理控制混合氣中乙炔和氯化氫的分子配比

混合氣中C2H2與HCl 之比，一般為1∶1.05～1∶1.1，根據實際運行經驗，最佳配比為1∶1.075 左右。若配比不當，對觸媒使用影響較大，當乙炔過量時，觸媒中的HgCl2將還原為Hg2Cl2和汞。

在實際生產中，由于孔板流量計計算中參數壓力設定到某一值且不作調整，其僅能作為操作的參考；同時，由于乙炔與HCl 的純度波動，即使流量平穩也會使配比出現波動，特別是HCl 流量常常會出現較大的變化。因此其配比不但要根據流量的測量值，還要參照二者的壓力以及轉化后的乙炔過剩量來進行調節。

2.2.3 合理控制轉化器的反應溫度

轉化溫度一般控制在100～180 ℃，適宜溫度為120～170 ℃。觸媒在以上溫度范圍內活性最好。在實際生產中，要根據觸媒的使用時間來調整各反應帶的溫度，以發揮轉化器中觸媒的最佳使用效果。初期，使用在轉化器二次轉化上，并以加大上層循環水用量控制上層溫度。使用期1 000～3 000 h，主要控制中層溫度；3 000 h 以上則要倒翻觸媒，并將其加入一次轉化使用。

采取以上措施后，觸媒的使用壽命從過去4 000 h左右，提高到6 000 h 以上。

3 結語

濟寧中銀電化有限公司經過多年摸索，總結出一套適合自己的生產經驗，在生產中通過抓好觸媒的管理，轉化器的運行管理，轉化器的檢修質量及觸媒活性的合理分配，減少了轉化器泄漏率，延長了觸媒使用時間，實現了轉化器的最佳工作狀況，達到了穩產、高產的目的。

［1］鄭石子，顏才南，胡志宏，曾建華編著.聚氯乙烯生產與操作.北京：化學工業出版社，2007，246.

［2］邴涓林，黃志明主編，聚氯乙烯工藝技術.北京：化學工業出版社，2007，12.