變壓吸附裝置在P V C精餾氣凈化中的效果評價

紀(jì)曉玲，張 芳，羅蓮英

（新疆中泰礦冶有限公司，烏魯木齊 830009）

1 氯乙烯工藝及尾氣的來源

在聚氯乙烯生產(chǎn)工藝中，乙炔和氯化氫在觸媒作用下生產(chǎn)氯乙烯單體，氯乙烯單體通過精餾凈化成精單體，精單體送往聚合釜添加各種助劑聚合后生成聚氯乙烯樹脂見圖1。

在整個工藝中自單體壓縮工序來的氣相氯乙烯經(jīng)全凝器冷凝，絕大部分的氯乙烯冷凝為液相的氯乙烯單體，液相氯乙烯單體經(jīng)水分離器排除水分進(jìn)入低沸塔，精餾去除乙炔等低沸點物質(zhì)，全凝器不凝氣體主要是氫、氮氣、氧、少量乙炔和氯乙烯氣體。這些不凝氣體經(jīng)尾氣冷凝器，用-35℃鹽水冷凝分離氯乙烯，冷凝回收尾氣中大部分氯乙烯后排出。不凝性氣體排空時，尾氣中夾帶的氯乙烯體積分?jǐn)?shù)在5%～20%。在生產(chǎn)實踐中，當(dāng)氯乙烯在尾氣中的體積分?jǐn)?shù)低于5%時，由于尾氣冷凝器的對流給熱系數(shù)急劇下降，即使冷量非常充足也很難將尾氣中低含量的氯乙烯冷凝下來。只有采取其他更經(jīng)濟、有效的操作單元回收尾氣中的氯乙烯、乙炔。不凝氣體和無法冷凝的氯乙烯、乙炔氣體混合形成精尾氣的原料氣，需要輸送到尾氣回收裝置。

圖1 變壓吸附工藝流程簡圖

2 3種工藝及比較

中泰化學(xué)集團(tuán)有限責(zé)任公司從1995年開始生產(chǎn)，先后使用了活性炭吸附、膜法回收、變壓吸附等工藝技術(shù)。

（1）活性炭吸附工藝

原理：活性炭是多孔型固體，比表面積可達(dá)100 m2/g?；钚蕴课绞寐纫蚁﹩误w在活性炭表面上高選擇吸附這一原理，對精餾尾氣中的VCM及乙炔、氮氣、氫氣等不凝氣體的吸附能力隨其沸點的升高而加大。

特點：流程簡單，工藝成熟，技術(shù)可靠，裝置投資小，見效快，但需要冷鹽水、蒸汽、熱空氣、冷空氣、氮氣，動能消耗大，工藝操作復(fù)雜，勞動強度大，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）有機膜法回收工藝

原理：膜法有機蒸汽分離是基于溶解-擴散機理，氣體先溶解在膜表面，然后沿其在膜表面的濃度梯度擴散傳遞，它的溶解選擇是分子大、沸點高的組分在膜內(nèi)的溶解度大，容易透過膜，在膜的滲透測得到富集。而分子質(zhì)量小、沸點低的組分在膜內(nèi)的溶解度小，不易通過膜直接排放。

特點：膜法回收裝置占地面積小，動能消耗少，回收率約90%，可自動化運行，操作簡便。缺點是尾氣壓力波動會影響滲透效果，不凝氣體富積在一級膜滲透測，影響轉(zhuǎn)化器的處理能力，同時還會影響全凝器的換熱效果，造成精餾系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，操作彈性小，原料氣帶液時會永久損壞膜。

（3）變壓吸附工藝

原理：當(dāng)氣體運動到固體吸附劑表面時，由于固體吸附劑表面的作用力，氣體分子便會聚集在固體表面，這些分子在固體表面的濃度會顯著增大。這種現(xiàn)象稱為氣體分子在固體表面的吸附。在一定條件下（如溫度、壓力的改變）固體表面吸附的分子會重返氣體中，這一過程叫解吸。

特點：變壓吸附回收氯乙烯單體是目前國內(nèi)同行業(yè)中處理精餾尾氣最先進(jìn)的工藝，被此行業(yè)普遍應(yīng)用?；厥章矢撸?9.99%，可達(dá)到國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求 VCM＜36 mg/m3，C2H2＜130 mg/m3。同時，吸附劑使用壽命可達(dá)10年以上，全自動操作，能耗小。

綜上所述，活性炭吸附工藝流程簡單、投資小，但能耗大、勞動強度大；膜法回收工藝較先進(jìn)，裝置占地面積小，動能消耗小，操作便捷，但操作彈性小，膜易損壞增加成本；變壓吸附操作簡便，能耗小，使用壽命長，而且裝置越大成本越低。

3 變壓吸附裝置的應(yīng)用[1]

變壓吸附裝置可在氯乙烯精餾尾氣中分離乙炔、氯乙烯并加以回收利用，凈化后其他組分送入變壓制氫裝置，進(jìn)行氫氣的回收，其他氣體排空。

使凈化氣中含氯乙烯≤36 mg/m3；氯乙烯+乙炔回收率≥99.5%；氯乙烯回收率≥99.9%，解吸氣中氧氣含量增加≯1.0%，并使解吸氣返回系統(tǒng)。

原料氣由吸附塔由下而上通過吸附床層，其中強吸附組分氯乙烯、乙炔等均被吸附劑吸附，停留在床層內(nèi)，弱吸附組分H2、N2、O2從吸附床層上部流出成為符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的合格的尾氣—凈化氣；當(dāng)吸附塔上部出口氯乙烯含量接近≥36 mg/m3時，該塔停止吸附操作，關(guān)閉吸附塔進(jìn)出口閥轉(zhuǎn)為再生；為了保證凈化氣符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)和確保安全生產(chǎn)，在凈化氣出口和真空泵出口對雜質(zhì)組分氯乙烯、乙炔、氧氣進(jìn)行檢測。

4 分析方法對凈化效果的分析評價

中泰化學(xué)自2008年投運變壓吸附裝置以來，系統(tǒng)一直運行平穩(wěn)。設(shè)備對氯乙烯精餾尾氣的凈化達(dá)到了國家環(huán)保排放要求。在這幾年的運行過程中，主要以中控中心對尾氣排放進(jìn)行定期分析，根據(jù)分析結(jié)果檢查和驗證變壓吸附裝置的效果，同時在變壓吸附裝置發(fā)生異常時給予指導(dǎo)操作。

通過凈化前、后分析數(shù)據(jù)對比討論，變壓吸附裝置在平穩(wěn)運行及設(shè)備運行異常情況下數(shù)據(jù)所發(fā)生的變化，來驗證凈化效果。通過分析數(shù)據(jù)來指導(dǎo)生產(chǎn)。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過使用氣相色譜分析法對乙炔和氯乙烯單體在變壓吸附前后進(jìn)行分析，具體檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 2014年2月每日12：00檢測數(shù)據(jù)

5.2 討論

表1 2014年2月每日12：00檢測數(shù)據(jù) （ 接 上表）

從上面數(shù)據(jù)分析，在2014年2月6日因變壓吸附原料氣濃度發(fā)生變化，造成吸附凈化后氣體的結(jié)果變大，超出指標(biāo)要求。而在15日后面有幾個數(shù)值偏大，是由于工藝中對吸附塔的再生時間沒有達(dá)到操作要求。

2008年，中泰化學(xué)投用氯乙烯尾氣變壓吸附裝置以來，裝置吸附一直平穩(wěn)運行，在吸附后出現(xiàn)乙炔、氯乙烯排放未達(dá)到環(huán)保要求，主要造成的原因是變壓吸附的再生時間不夠。只要操作人員認(rèn)真對變壓吸附裝置進(jìn)行操作，遇到異常情況給予及時、正確的處理，此生產(chǎn)裝置完全能夠滿足對氯乙烯尾氣處理后達(dá)到環(huán)保的要求。

6 結(jié)論

該公司從2008年投用變壓吸附生產(chǎn)裝置以來，工藝一直比較穩(wěn)定。多年分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，此裝置完全可以達(dá)到對氯乙烯尾氣的凈化作用，從而使尾氣排放達(dá)到環(huán)保要求。

［1］孫哲進(jìn)，變壓吸附工藝在氯乙烯尾氣回收裝置中的應(yīng)用.環(huán)保與節(jié)能，2010，（4）.