關(guān)于電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進探索

唐彬 （新疆天業(yè)(集團)有限公司， 新疆 石河子 832000）

關(guān)于電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進探索

唐彬 （新疆天業(yè)(集團)有限公司， 新疆 石河子 832000）

本文首先對國內(nèi)電石法VCM的生產(chǎn)情況進行總結(jié)，對電石法VCM合成改進方案進行研究，結(jié)合實例對VCM合成中反應熱計算及存在的問題進行分析，提出解決方案，并對改進后效益進行評估。

電石法；VCM合成；循環(huán)水；工藝；改進

本文結(jié)合真實案例，對有關(guān)電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進方法進行分析和探討。

1 國內(nèi)電石法VCM的生產(chǎn)情況

由于國際社會的石油價格居高不下，石油法生產(chǎn)VCM的相關(guān)原料，包括EDC及乙烯的價格也隨之升高。2003年EDC的價格大約是120～150美元/t，2013年初大約550美元/t。乙烯與下游產(chǎn)品PVC的價格都有漲幅，又由于PVC價格相對滯后，導致許多石油法VCM生產(chǎn)公司基本上沒有利潤。在國內(nèi)，主要是以原鹽和電石等為主要生產(chǎn)原料的電石法VCM生產(chǎn)企業(yè)卻尤其突出。我國電石資源相對豐富，盡管由于環(huán)境污染及高能耗等問題，我國曾關(guān)停許多生產(chǎn)能力較小的小電石企業(yè)，導致電石產(chǎn)量驟減，然而隨著電石生產(chǎn)企業(yè)不斷擴產(chǎn)、大型電石爐的投用，以及采用密閉生產(chǎn)工藝，導致電石產(chǎn)量逐漸提高，電石供應趨于平穩(wěn)，價格波動變小。一些生產(chǎn)規(guī)模大的企業(yè)生產(chǎn)的電石質(zhì)量好而且穩(wěn)定，電石法VCM生產(chǎn)單位因此而減小電石消耗，因此導致PVC獲利空間較大，企業(yè)利潤也隨之增加。2010年生產(chǎn)能力為10萬t/a的電石法PVC生產(chǎn)單位獲利潤至少3億元以上。這個數(shù)據(jù)勢必也刺激國內(nèi)電石法PVC生產(chǎn)項目會加大投入。數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，2010年新建及擴產(chǎn)的電石法PVC設(shè)備生產(chǎn)能力將突破100萬t/a的大關(guān)。

2 電石法VCM合成改進方案

在電石法VCM合成過程中，采用的是高溫沸騰給熱循環(huán)水的生產(chǎn)工藝，共兩組轉(zhuǎn)化器是共同使用一套循環(huán)熱水系統(tǒng)，共由多臺熱水泵組成。目前而言，設(shè)備由于轉(zhuǎn)化熱水系統(tǒng)水溫度比較高，導致轉(zhuǎn)化反應溫度不容易被控制，產(chǎn)生極為嚴重的循環(huán)熱水氣阻現(xiàn)象，對于設(shè)備轉(zhuǎn)化能力的提高從而產(chǎn)生不利的影響，轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)已經(jīng)成為電石法VCM合成中的瓶頸。

2.1 VCM合成中反應熱存在的問題

由于反應熱比較多，除了一部分熱量利用轉(zhuǎn)化器從設(shè)備的器壁處散失，大部分熱量仍然是利用循環(huán)水這一途徑被帶走。如果從轉(zhuǎn)化率方面進行綜合考慮，水溫要適當，一般是處于95～98℃的范圍，如此以來熱水循環(huán)量大約可以估算為2000m3/ h。然而，即使是存在如此大的循環(huán)量，也無法避免一定的熱量在轉(zhuǎn)化器內(nèi)及管道內(nèi)以蒸汽的形式出現(xiàn)，從而導致氣阻的出現(xiàn)，循環(huán)熱水被堵住，通不進去，轉(zhuǎn)化器反應溫度逐漸升高，從而形成了一種惡性循環(huán)，對于生產(chǎn)負荷的提升產(chǎn)生重要的影響。

2.2 改進理論

常規(guī)工藝由于沒有固堿干燥器，會造成比較嚴重的設(shè)備腐蝕的情況，尤其是塔內(nèi)自聚現(xiàn)象較為嚴重，使得設(shè)備運行周期變短，對生產(chǎn)產(chǎn)生嚴重影響。實際上最為有效的辦法是把粗氯乙烯利用固堿干燥，脫酸脫水。低沸塔用泡罩塔板，板效率不高，而且容易導致自聚堵塞情況的發(fā)生，而且由河北工業(yè)大學杜佩衡教授等人研發(fā)的新型垂直篩板塔技術(shù)，在電石法VCM精餾工序中得以應用，可以大大提高塔處理的能力，有效減少自聚阻塞，從而促進塔板效率的提高，單體中低、高沸物含量接近零。現(xiàn)階段，國內(nèi)電石法VCM工藝低沸塔回流比是0.3，然而從理論計算及實際生產(chǎn)方面都證明這不符合科學道理，主要在于增加熱耗及冷耗。由于一般生產(chǎn)廠家都設(shè)計尾氣吸附器，低沸塔回流比甚至可以取零值，也就是低沸塔僅僅設(shè)計提餾段而忽略精餾段，低沸塔出來的尾氣用冷凍鹽水進行冷卻，然后直接去尾氣吸附。如此以來可以大大降低低沸塔高度及塔頂冷凝器；減少再沸器及塔因自聚堵塞而清理的次數(shù)。

國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家對于高沸塔回流比均取值是0.6，這種技術(shù)觀點相對來說是比較落后。目前采用的是自控系統(tǒng)，自控泵回流技術(shù)能夠使得泡罩塔在回流比為不超過0.3生產(chǎn)的VCM質(zhì)量符合技術(shù)要求，比如在新型垂直篩板塔上更是如此。再沸器熱負荷控制最為理想的方案就是將入口流量、靈敏板溫度以及加熱蒸汽流量利用串級控制法從而形成反餾回路環(huán)，能夠讓塔運行的更加平穩(wěn)，分離效率更高，而且節(jié)約加熱蒸汽，減少塔釜再沸器自聚堵塞機會。國內(nèi)的一些電石法廠家所設(shè)計的冷凝器大部分是立式，如果換成臥式，一方面設(shè)備換熱面積得以縮小，裝置制造成本也下降，便于清理及修理，換熱效果相同，更加有利于塔的穩(wěn)定性操作。

2.3 解決方案

2.3.1 增加汽水分離器

因為轉(zhuǎn)化器熱水系統(tǒng)進行改造，使其受到非常大的影響，因此需要對改進方案進行反復論證，決定在轉(zhuǎn)化器熱水回水管路上是不是有必要進行汽水分離器的設(shè)置，以此達到蒸汽分離和熱水降溫的目的。當熱水進入轉(zhuǎn)化器內(nèi)部時，熱水被吸走一部分反應熱之后，少許蒸汽在轉(zhuǎn)化器上部呈現(xiàn)出沸騰的狀態(tài)，并且釋放出一定的壓力，能夠考慮把這些蒸汽，高溫熱水借助于此壓力在汽水分離器內(nèi)進行降壓并且釋放，高溫熱水帶走部分熱量；同時始終讓熱水維持溫度在一定的范圍之內(nèi)，熱水再回到轉(zhuǎn)化器，并且循環(huán)往復。

2.3.2 汽水分離器的安裝要求

汽水分離器的作用不僅于此，同時也要發(fā)揮出蒸發(fā)室的作用，轉(zhuǎn)化器泄壓之后的沸騰的熱水在分離器內(nèi)釋放出大量蒸汽，蒸汽帶走熱量。同時由于受到汽液分離所產(chǎn)生的不利（文章題目：關(guān)于電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進探索）影響，汽液分離器里的循環(huán)速度始終不大于1m/h。汽液分離器的高度必須確保轉(zhuǎn)化器里的水處于一個允許的、可控的范圍之內(nèi)時不會發(fā)生沸騰的現(xiàn)象，換言之也就是要處于傳熱面液面下。汽液分離器安裝高度進行計算，可按照以下條件進行：循環(huán)水溫差可以取3℃，由飽和蒸汽表查閱后得知，水的沸點在102℃時所對應的壓力是110kPa，這一部分所涉及到的壓力由汽液分離器液面高出的水柱進行施加。水在1.013×105Pa時的沸點是100℃，則汽液分離器的安裝高度h=ΔP/ρg=(1.1-1.013)×105÷(1×103×9.8)=0.89(m)。換言之，汽水分離器的安裝高度應不小于0.89m。

2.3.3 補償水量核算

由于轉(zhuǎn)化器發(fā)生反應，因此其釋放的熱量是利用熱水沸騰蒸發(fā)所帶走，同時水量也會因此而大大減少。為了確保熱水循環(huán)往復進行，在移走熱量的同時，應當要及時補加熱水。水的蒸發(fā)潛熱是ΔHv=40735.323kJ/kmol，總的反應熱為2.51×107kJ/h，因此計算得知，蒸發(fā)的水量Q補=2.51×107×18×10-3÷40735.323=11.1(m3/h)。如此以來，原本需要7臺熱水泵才可以完成，改進后僅需要1臺即能夠滿足生產(chǎn)需要。

2.4 效益評估

（1）改進之后，生產(chǎn)負荷在一定程度上有所提高，C2H2流量從4200m3/h提高到4700m3/h，轉(zhuǎn)化器反應溫度的控制曲線趨于平穩(wěn)，有效解決反應溫度偏高的問題。

（2）減少由于降溫所需要補加的軟水量，從而大大降低軟水的消耗。

（3）改進前需要開7臺熱水泵，改進后僅需要1臺熱水泵即可完成生產(chǎn)工作，按照某趨于電價0.5元/(kWh)，熱水泵電機功率是55kW，每年運行時間超過8000h進行計算，可以節(jié)省電費大約為(7-1)×55×8000×0.5=132萬(元/a)。

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過對VCM合成循環(huán)水工藝進行整體改進，轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)能力得到明顯改善，而且幅度有較大的提高。而且VCM合成控制起來趨于平穩(wěn)，同時又節(jié)約了水及電等資源，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)效益的最大化。

[1]王滿慶，孫劍飛.最大限度降低生產(chǎn)成本是電石法生產(chǎn)PVC企業(yè)的唯一出路[J].聚氯乙烯，2002，(04).

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