低汞觸媒替代高汞觸媒運(yùn)行實(shí)踐及分析

童剛，陳強(qiáng)，劉喜軍

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)股份有限公司氯堿化工分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯016064）

低汞觸媒替代高汞觸媒運(yùn)行實(shí)踐及分析

童剛，陳強(qiáng)，劉喜軍

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)股份有限公司氯堿化工分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯016064）

對比了低汞觸媒和高汞觸媒的主要指標(biāo)，分析了使用2種觸媒的乙炔空間流速，一段和二段轉(zhuǎn)化率等生產(chǎn)工況及指標(biāo)變化情況。

PVC；低汞觸媒；乙炔空間流速；轉(zhuǎn)化率

為了降低電石法聚氯乙烯行業(yè)氯化汞的使用量，2011年1月，國家環(huán)保部下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)電石法生產(chǎn)聚氯乙烯及相關(guān)行業(yè)汞污染防治工作的通知》[1-2]，提出到2015年底，電石法[3]聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)要全部使用低汞觸媒。為了認(rèn)真履行國家環(huán)保政策，鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)股份有限公司氯堿化工分公司于2014年開始實(shí)施低汞觸媒相關(guān)配套技術(shù)改造工作，并于2015年全面實(shí)現(xiàn)了低汞觸媒替代高汞觸媒。現(xiàn)將低汞觸媒替代高汞觸媒過程中生產(chǎn)工況和轉(zhuǎn)化率指標(biāo)變化情況進(jìn)行對比和總結(jié)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 高汞觸媒和低汞觸媒主要指標(biāo)對比及分析（見表1）

1.1.1 氯化汞含量

該公司2015年之前使用高汞觸媒，氯化汞含量10.5%～12.5%，2015年以后全面使用低汞觸媒，氯化汞含量為6%～6.5%。

1.1.2 水分

高汞觸媒和低汞觸媒水分含量無差別，為了保證正常使用，新觸媒投用前都經(jīng)過熱氮?dú)飧稍锖虷Cl活化的過程。

1.1.3 機(jī)械強(qiáng)度

觸媒機(jī)械強(qiáng)度主要取決于觸媒載體活性碳的質(zhì)量，代表觸媒的耐磨抗粉化性能，通過公司化驗(yàn)分析，該項(xiàng)指標(biāo)高汞觸媒和低汞觸媒無明顯差別。

表1 高、低汞觸媒主要理化數(shù)據(jù)指標(biāo)

1.1.4 裝填密度

該公司低汞觸媒表觀密度平均大約0.54 t/m3，高汞觸媒表觀密度約為0.65 t/m3，從單臺轉(zhuǎn)化器觸媒裝填量來說，低汞觸媒比高汞觸媒低，按低汞觸媒平均裝填量5.725 t和高汞觸媒平均裝填量7 t對比，裝填量減少了18.2%。

1.1.5 氯化汞損失率（250℃）

低汞觸媒在250℃氮?dú)鈿夥障拢B續(xù)烘焙3 h，然后根據(jù)烘焙前與烘焙后汞的減少量計(jì)算出汞的流失率；汞損失率越高，說明汞觸媒中汞的易升華性越高。

這項(xiàng)指標(biāo)在該公司采購的高汞觸媒指標(biāo)項(xiàng)目里沒有規(guī)定，是低汞觸媒氯化汞在反應(yīng)過程中固汞性能的重要指標(biāo)，直接關(guān)系汞觸媒的使用壽命。一般企業(yè)沒有此項(xiàng)指標(biāo)化驗(yàn)手段，只能通過后期的觸媒壽命推斷該批觸媒氯化汞損失率是否合格，所以選擇合格低汞觸媒供應(yīng)商，對于低汞觸媒轉(zhuǎn)化率和使用壽命是非常重要的。

2 使用數(shù)據(jù)采集分析對比

2.1 轉(zhuǎn)化器臺數(shù)與乙炔空間流速對比

該公司原始設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化76臺，一段40臺，二段36臺，轉(zhuǎn)化器筒體尺寸覫3 200×3 300，列管尺寸覫45×3，列管數(shù)2 674根，單臺轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)裝填容積11.93 m3。隨著實(shí)際生產(chǎn)負(fù)荷的擴(kuò)大，2015年P(guān)VC實(shí)際產(chǎn)能42.9萬t，已經(jīng)超過原設(shè)計(jì)40萬t/a，乙炔通量達(dá)到21 500 m3/h，通過理論計(jì)算，如果更換成低汞觸媒，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)前臺空間流速達(dá)到47.42 m3乙炔/（m3催化劑·h），接近低汞觸媒適宜空間流速的上限50 m3乙炔/（m3催化劑·h）。考慮低汞觸媒對于乙炔空間流控制要求較高，特別是觸媒使用初期培養(yǎng)期階段負(fù)荷不到滿負(fù)荷通量30%的特點(diǎn)，按照原設(shè)計(jì)76臺轉(zhuǎn)化器配置，實(shí)際運(yùn)行時(shí)大部分前臺轉(zhuǎn)化器乙炔空間流速會超出低汞觸媒適宜空間流速的上限50 m3乙炔/（m3催化劑·h）。

該公司于2015年實(shí)施技術(shù)改造新增了20臺轉(zhuǎn)化器，考慮到一段轉(zhuǎn)化器擔(dān)負(fù)著70%以上的乙炔轉(zhuǎn)化率，乙炔空間流速在前后臺呈現(xiàn)出前高后低的特點(diǎn)，為了調(diào)整前臺轉(zhuǎn)化器的實(shí)際空間流速，新增20臺轉(zhuǎn)化器中12臺增加到了一段，8臺增加到了二段，改造后一、二段轉(zhuǎn)化器數(shù)量分別為52臺和44臺，轉(zhuǎn)化前后臺比例為1.18∶1，和傳統(tǒng)的前后臺轉(zhuǎn)化數(shù)量1∶1的配置有所改變。

改造后前臺乙炔空間流速下降到了36.04 m3乙炔/（m3催化劑·h），空間流速較改造前降低了24%，為低汞觸媒的正常使用創(chuàng)造了良好的條件空間流速對比見表2。

表2 高、低汞觸媒轉(zhuǎn)化器臺數(shù)及空間流速對比表

2.2 低汞觸媒單臺轉(zhuǎn)化率和使用壽命

為了反應(yīng)低汞觸媒在單臺轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化率和使用壽命，在此選擇2批低汞觸媒一二段全使用周期數(shù)據(jù)做分析。

2.2.1 批次1

觸媒廠家為貴州大龍銀星汞業(yè)有限責(zé)任公司，二段裝填于二線38#轉(zhuǎn)化器，2015年7月26日后投用，2016年4月27日翻到至前臺5#轉(zhuǎn)化器, 2016年10月10日報(bào)廢，觸媒全周期使用壽命結(jié)束，除去檢修及停車時(shí)間，實(shí)際使用時(shí)間9 360 h，見表3。后臺使用完成后翻倒至二線5#轉(zhuǎn)化器一段反應(yīng)，數(shù)據(jù)見表4。

2.2.2 批次2

觸媒廠家為貴州大龍銀星汞業(yè)有限責(zé)任公司，二段裝填于一線32#轉(zhuǎn)化器，2015年8月14日投用，2016年1月31日翻倒至前臺3#轉(zhuǎn)化器，2016年10月14日報(bào)廢，觸媒全周期使用壽命結(jié)束，除去檢修及停車時(shí)間，實(shí)際使用時(shí)間9 936 h，分別見表5、表6。

從以上2批低汞觸媒全使用周期使用情況來看，投運(yùn)第一個(gè)月，適當(dāng)控制轉(zhuǎn)化器乙炔通量在正常負(fù)荷的30%以下，并轉(zhuǎn)化器溫度控制在150℃以下，后期滿負(fù)荷生產(chǎn)條件下，反應(yīng)壽命均超過9 000 h，期間轉(zhuǎn)化器反應(yīng)指標(biāo)能夠滿足生產(chǎn)需求。

2.3 一、二段轉(zhuǎn)化器總體轉(zhuǎn)化率情況

2014-2016年一、二段轉(zhuǎn)化總體轉(zhuǎn)化率情況分別見圖1、圖2。

表3 二線38#轉(zhuǎn)化器二段反應(yīng)數(shù)據(jù)

表4 二線5#轉(zhuǎn)化器一段反應(yīng)數(shù)據(jù)

表5 一線32#轉(zhuǎn)化器二段反應(yīng)數(shù)據(jù)

表6 一線3#轉(zhuǎn)化器前臺反應(yīng)數(shù)據(jù)

圖1 一線一段與二段乙炔和氯化氫含量隨時(shí)間變化圖

圖2 二線一段與二段乙炔和氯化氫含量隨時(shí)間變化圖

該公司2014年使用高汞觸媒，2015年開始響應(yīng)國家環(huán)保政策全面使用低汞觸媒，系統(tǒng)內(nèi)仍有原來裝填的高汞觸媒，2015年為高汞觸媒轉(zhuǎn)為低汞觸媒的過度，2016年系統(tǒng)內(nèi)全部為低汞觸媒。從一、二線VCM轉(zhuǎn)化反應(yīng)后乙炔、HCl歷史數(shù)據(jù)來看，一段總管反應(yīng)后乙炔2014年有超過30%的情況，而使用低汞觸媒以后，一段總管反應(yīng)后乙炔含量基本能控制在25%以下，無論使用高汞觸媒還是低汞觸媒，轉(zhuǎn)化二段總管乙炔含量均控制在2%以下，說明通過合理使用，低汞觸媒以后總體轉(zhuǎn)化率和使用高汞觸媒基本一致，轉(zhuǎn)化率并沒有下降。

3 結(jié)語

目前，電石法PVC低汞觸媒的全面應(yīng)用大勢所趨，但行業(yè)內(nèi)對于低汞觸媒的應(yīng)用還存于探索階段，鄂爾多斯氯堿化工PVC公司通過全面使用低汞觸媒一年多來的經(jīng)驗(yàn)證明，貴州大龍銀星的低汞觸媒完全能夠滿足高負(fù)荷生產(chǎn)使用需求，同時(shí)低汞觸媒的正常使用需要做好以下幾點(diǎn)：（1）選擇合格的低汞觸媒供應(yīng)商；（2）按照觸媒廠家要求控制好活化期內(nèi)低汞觸媒的乙炔空間流速和轉(zhuǎn)化器溫度，有條件的企業(yè)可以在單臺轉(zhuǎn)化器進(jìn)口加裝流量計(jì)，這樣有利于轉(zhuǎn)化器流量精確控制。（3）一、二段轉(zhuǎn)化器臺數(shù)比例很重要，既要考慮一段轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)負(fù)荷高的特點(diǎn)，也要兼顧二段轉(zhuǎn)化率要求高，二段低汞觸媒空間流速控制不可過高，否則二段總管轉(zhuǎn)化率難以保證。

除低汞觸媒全面應(yīng)用之外，鄂爾多斯氯堿化工PVC公司還在進(jìn)行無汞觸媒試驗(yàn)工作，希望通過該公司以及行業(yè)單位的共同努力，使電石法PVC低汞化，無汞化的環(huán)保目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。

［1］李國棟，周軍，張新力．電石法聚氯乙烯生產(chǎn)中汞消耗與汞污染的降低．中國氯堿，2009（3）：42－45．

［2］張泗文．歐盟將在2011年禁止出口汞．中國氯堿，2008（11）：14．

［3］鄧云祥．聚氯乙烯生產(chǎn)原理．北京，科學(xué)出版社，1982：15－130．

Analysis and operation practice of using low-mercury catalyst to replace high-mercury catalyst

TONG Gang，CHEN Qiang，LIU Xi-jun
（Inner Mongolia Erdos Power Metallurgical Co.,Ltd.,Chlor Alkali Chemical Branch，Erdos 016064，China）

Through the comparison main indexes of low and high mercury catalyst，operating situations and changes of indexes were analyzed in production，including space velocity of acetylene and conversion ratio of line 1 and 2.

PVC；low-mercury catalyst；space velocity of acetylene；conversion ratio

TQ314.24+2

：B

：1009－1785(2017)05-0022-03

2017-01-16