降低PVC生產中電石消耗的方法

耿慶魯，張海偉

（德州實華化工有限公司，山東 德州 253007）

電石是PVC生產的主要原材料，在成本核算中電石占總成本的比例較大，因此，降低PVC生產中電石消耗，降低PVC的生產成本是企業發展的根本。

德州實華化工有限責任公司有2條20萬t/a生產線，在PVC生產中采取各種降低電石消耗的方法，效果明顯，電石消耗降低到1.45 t/tPVC以下，年節約成本3 600多萬元。

1 電石消耗對成本的影響

電石是PVC樹脂生產的主要原材料，通過PVC的成本核算看出，電石消耗一項占總生產成本的70%，因此降低PVC成本的關鍵問題是降低原料電石消耗。該公司通過強化管理、改進工藝、技術創新、細化考核等方法使電石消耗不斷降低，取得了明顯效果。

2 降低電石消耗方法

2.1 保證電石質量

為保證入廠電石質量，加強采購管理及入廠檢驗，對采購入廠的電石根據發氣量的不同制定不同的價格。由各相關部門組成電石聯合檢查組，針對入廠的電石進行外觀檢查，電石的灰分一定要控制在4%以內，對灰分和雜質含量高的電石進行扣量處理。對發氣量特別低的電石進行折標處理，并增加扣量處理。粉碎過程中采用取樣機自動取樣，取樣過程全程監控，并制定電石取樣操作規程和電石分析化驗操作規程。監管部門和生產部門同時分析，倉儲留樣，分析結果差別較大時，要對留樣重新分析。

2.2 提高電石發氣量

影響電石消耗最主要指標是電石原料的發氣量。電石發氣量在285 L/kg以上時，發氣量每降1 L/kg，影響電石消耗4～4.5 kg，發氣量越低，影響程度越大。電石發氣量在270 L/kg以下時，發氣量每下降1 L/kg，電石消耗上漲5.5～6.5 kg。原因是發生反應的排渣量增大，使電石渣漿中雜帶乙炔氣量增大，使乙炔收率降低，從而使電石消耗上升。電石發氣量一般在300 L/kg，1 t PVC耗電石1.4 t，降低電石實物消耗，最有效的辦法就是提高電石發氣量。

2.3 加強電石入庫的存放管理

電石入庫后現場管理的關鍵就是減少風化潮解。應根據電石的運輸距離及日耗量設定安全庫存量；倉庫要避免潮濕，電石要及時用苫布覆蓋；出庫要先進先出。應做到以下幾點。

（1）在破碎現場，要做到電石的顆粒歸倉，縮短電石在冷破間、破碎口的存放時間。

（2）進入料倉內的電石要用氮氣保護，減少空氣中水和電石接觸，減少電石風化。

（3）嚴格控制電石粒度，避免造成卡料和反應不完全。

（4）加強除鐵器的維護保養，避免鐵塊、矽鐵進入系統，避免發生器料斗卡料及耙臂的損壞，減少發生器置換的次數。

（5）加強電石料倉充氮操作管理，減少電石在料倉內的粉化。

2.4 提高乙炔收率

（1）提高電石的水解率。電石在發生器的有效停留時間內，要保證其能充分水解，反應完全，因此發生器的設計至關重要。水解時間與電石粒度、反應溫度、渣漿固含量關系密切。電石粒度越大，完全水解的時間越長。渣漿含固質量分數在0～20%時，電石水解速度受固含量影響不大；超過此范圍時，水解速度明顯減低。80℃時，渣漿含固質量分數20%、粒度50～80 mm的電石完全水解的時間約為6 min。因此控制好電石粒度及用水量，即能保證電石的水解率。

（2）發生器的反應溫度控制在80～90℃。隨著溫度變化，乙炔在發生電石渣漿中的溶解度會隨之降低。發生溫度在電石發生反應過程中，應嚴格控制發生器的反應溫度在85℃左右，對于備用發生器，應盡量減少發生器沖洗水的加入量，保證有溢流、發生器無負壓即可，盡可能減少乙炔損失。

（3）發生器的壓力控制在3～13 kPa。當壓力過高超過15 kPa，乙炔氣會從溢流口安全水封直接出來，造成大量的乙炔損失。所以，應盡可能降低發生器壓力，降低乙炔氣在水中溶解度，并防止溢流口安全水封跑乙炔氣，從而降低電石消耗，也保證生產的安全運行。

（4）電石反應速度和電石在水中反應溫度和電石粒度有關，溫度越高，水解速度越快，電石粒度越小，反應速度越快，電石反應越安全，因此發生器的水解反應在安全的許可范圍內，嚴格控制電石粒度，降低電石渣中的排出生電石的量，從而降低電石消耗。將電石粒度控制在15～50 mm，可保證發生器中電石盡可能水解完全。嚴格控制電石粒度，也可避免造成卡料和反應不完全。

（5）發生水的使用，除了盡可能使用回收低溫清液外，盡量減少往系統補加水的量。只要加入水到發生器或和乙炔氣接觸設備中，因為溫度越低，溶解乙炔量越大，乙炔損失便越大。

（6）盡量減少發生器的檢修頻率。每次檢修都要進行檢修前置換，和投運前的置換，都需要消耗電石，每次檢修發生器置換消耗電石約1～1.5 t，因此檢修頻次減少，可以降低電石消耗。

（7）減少乙炔的漏點。定期對乙炔管線、設備查漏及時清除漏點，從而降低消耗。

（8）嚴格控制清液質量。保證清液的溫度足夠低，減少清液在發生系統的循環量，減少乙炔氣的溶解量。

（9）渣水循環使用。廢次氯酸鈉及冷卻塔的冷卻水綜合利用，減少跑氣損失及溶解損失。

（10）采用抽真空脫吸技術回收渣漿中夾帶的乙炔。

（11）提高乙炔轉化率使乙炔最大程度地轉化成氯乙烯是降低電石單耗的關鍵。在轉化器數量能充分滿足生產需求且原料氣合格的情況下，根據觸媒的使用時間，控制單臺轉化器的進氣量，將轉化反應帶的反應溫度控制在130～160℃，基本就能保證乙炔的轉化率。控制好乙炔和氯化氫的配比，根據單臺轉化器出口乙炔含量及時翻倒觸媒，控制好冷卻水的溫度和流量，是控制好轉化反應的關鍵。

（12）提高氯乙烯合成原料氣氯化氫和乙炔純度。精餾在冷凝時，不凝性氣體越少，氯乙烯排放量越少，回收率越高。

（13）乙炔轉化率越高，在精餾尾氣中排放乙炔量就會越少，那么乙炔的收率就會越高。因此，轉化率的控制，直接決定乙炔收率，因此，轉化器觸媒質量使用管理，直接決定觸媒的使用，從而影響乙炔的轉化率。

（14）散落在廠房及皮帶廊內的電石要及時清理，放到皮帶上輸送到電石筒倉及加料斗內。

（15）加強除鐵器的維護保養，避免鐵塊、矽鐵進入系統，避免發生器料斗卡料及耙臂的損壞，減少發生器置換的次數。

（16）發生器料斗卡料時要及時處理，積極采取方法，避免因料斗卡料而置換發生器。發生器膠圈及活門膠餅質量要嚴格把關，膠圈、膠餅損壞都須置換發生器才能更換，而置換發生器會造成乙炔的浪費。

（17）要確保發生器耙齒、耙臂、抱箍的材料質量及檢修質量，減少檢修次數，從而減少置換發生器次數

（18）發生器排渣時要控制排渣量及排渣時間，盡量降低排渣時乙炔的損失。

（19）嚴格控制料斗的置換時間，避免置換時間過長而浪費乙炔。有條件的增設備進行置換排空乙炔氣的回收利用。

（20）配合粉塵治理，進行電石粉塵含乙炔氣的回收，包括電石卸車，電石破碎，電石上料過程中的粉塵回收。

（21）強化氯乙烯轉化率指標的控制與考核，減少乙炔氣損失，乙炔轉化率由過去控制在98.5%提高到99.88%，乙炔氣基本上實現了近百分之百轉化，對降低電石消耗起到了至關重要的作用，同時減少了尾氣排放量。

（22）調整改造回收壓縮機系統，加大回收冷卻器面積，提高冷量及冷卻效果，提高單體回收量同時降低排氣量。

（23）合成尾氣增加變壓吸附回收裝置，使合成精餾尾氣排空含VCM達到國家標準（VCM≤36 mg/m3，C2H2≤150 mg/m3）。采用新技術后，單體回收的更徹底，不但排空指標合格，而且還降低了電石消耗。

（24）次氯酸鈉廢液、水環壓縮機用水必須循環使用，不能排放，減少溶解乙炔損失。

2.5 提高聚合收率[1]

要提高聚合收率，除了要保證氯乙烯反應完全，還要減少廢料的產生。對氯乙烯反應效果影響顯著的是乳化劑品質及引發劑用量，其中乳化劑品質更為關鍵。廢料是指渣料及落地料，在PVC生產中，渣料的量遠大于落地料。渣料來源于聚合過程，其影響因素很多，在原輔料品質及用量不變的情況下，主要受清釜質量及冷凍水溫度的影響。為保證清釜質量，必須保證清釜水壓及清洗時間，一般清釜水壓控制在30 MPa，清洗時問控制在50 min。選擇合適的防粘釜劑也可以減少廢渣料的產生。落地料主要產生于包裝工序，包裝袋的質量及包裝機過料的均勻性是影響落地料量的主要因素。

（1）減少聚合釜異常運行次數和回收次數，從而降低消耗。

（2）對汽提塔進行精心控制，減少PVC雜質數和殘留量。

（3）減少和控制回收冷凝器放空量，從而降低單體的排放量。平時加強監控回收冷凝器放空的閥位（0～30%）和壓力（控制在 1.3 kgf/cm2以上），跟蹤回收冷凝器放空的VC含量。

（4）干燥風機風壓、風溫控制在適當的范圍內，減少粉塵的夾帶量。

（5）控制好包裝重量在規定范圍的低限，PVC水份含量控制在規定范圍的高限。

（6）控制聚合用的無離水及單體的pH值，根據樹脂的顆粒形態及時調整分散劑，防止出現粗料。

（7）加強聚合涂釜、以及汽提、干燥開停車的管理，最大限度降低廢料。

（8）減少單體含水量。單體含水偏高，容易造成單體儲槽以及單體管線自聚，自聚物易堵塞管線及閥門，造成物料輸送流量偏低，輸送困難，輸送所需時間漸長，聚合投料輔助時間延長，單體質量偏低，檢修置換清理難度加大，對樹脂質量造成一定的影響。

3 部分降低電石消耗方法分析

3．1 發生器溫度控制在85℃

從工藝及安全方面綜合考慮，發生器溫度要求控制在80～90℃之間。80℃及85℃乙炔氣在水中溶解度分別為0.15及0.09，一臺發生器的溢流量大概70 m3/h，80℃乙炔氣溶解損失為10.5 m3/h，折電石36kg。85℃乙炔氣溶解損失為6.3m3/h，折電石22kg。如果把發生器溫度控制提高5℃，12臺發生器溢流液每年將減少電石損耗約1 450 t電石。

3．2 發生器儲斗置換排空

現發生器下料管插入液面以下，當電石進入發生器時與水接觸產生乙炔氣聚集在下儲斗，下儲斗壓力經常在14～18 kPa。電石下料操作時，下儲斗內一半乙炔氣進入上儲斗并被排空，這會造成原料電石浪費。

通過在發生器下儲斗接一管路至升壓機進口，用自控閥與發生器下儲斗活門聯鎖控制，因升壓機進口為微正壓，所以可以保持下儲斗在較低壓力，又可使大部分乙炔氣回到系統。當發生器運行時（下儲斗活門關閉）自控閥打開，儲斗內乙炔氣被抽入升壓機，進入系統。當發生器下料時（下儲斗活門打開）自控閥關閉，可以避免上儲斗內置換用氮氣進入系統，這樣可把儲斗內乙炔氣回收利用。

電石儲斗容積3 m3，每天用料480斗，損失乙炔氣折算成285 L/kg發氣量電石約5.0 t/d，如這部分乙炔氣全部回收，每年可減少電石損耗約1 824 t。

3.3 上清液的利用

將電石渣漿上清液外排，不但對環境的造成嚴重污染，還浪費水資源，同時造成乙炔損失。由于上清液內溶解了乙炔，不會繼續溶解，所以上清液回用比加水降低了乙炔損失，減少了電石消耗。

乙炔溶解度按照0.15（1體積水中能溶解的乙炔體積數）計算，即1 m3的上清液水中損失的乙炔氣150 L，折合發氣量285 L/kg的電石0.5 kg。按照每小時50 m3的上清液回用，一年按8 640 h計算，可節約電石約216 t。

3.4 氯乙烯水洗密閉強制循環副產鹽酸

排放氯乙烯水洗的酸性水，不僅造成環境污染，而且浪費水資源。同時，酸性水中溶解了部分粗VC，也會被排放掉，可造成電石消耗上升。對水洗酸進行鹽酸脫吸技術改造，將鹽酸脫吸后，HCl氣體再返回氯乙烯，剩余較低濃度的酸性水進行密閉循環使用。這樣，減少了酸性水排放對環境的污染，同時節約了水資源，也減少繼續溶解氯乙烯造成的電石消耗。

3.5 電石渣漿回收乙炔工藝

乙炔發生器溢流出的電石渣漿中含有大量乙炔，一般在300～400 mg/kg。渣漿中的乙炔大部分存在于未水解的、被氫氧化鈣包裹的碳化鈣核中，另外一部分溶解于水中。

來自乙炔發生器的電石渣漿經管道輸送至渣漿緩沖罐，渣漿緩沖罐中的矽鐵及事故狀態下的渣漿可時溢流至水封再流至渣漿池；渣漿由渣漿泵打至真空脫氣塔并設有回流，在真空脫氣塔內使用水環真空泵抽負壓，將渣漿中的乙炔提取出來；在水環真空泵與真空脫氣塔間設有乙炔冷卻器。乙炔在其中經循環水冷卻后，再由真空泵加壓后經捕沫器送至氣柜使用；真空脫氣塔底部流出的渣漿經渣漿排放罐溢流至渣漿濃縮系統。.

回收電石渣漿中的乙炔可降低電石消耗，生產1 t PVC的電石消耗量可減少10～13 kg，按40萬t/a PVC計算，可節約電石0.4萬～0.52萬t/a，電石價格按3200元/t計，則可減少成本1280萬～1664萬元/a，具有良好的經濟效益。

3.6 電石粉末回收及利用

為改善環境，降低電石消耗在破碎廠房，皮帶走廊、料倉及發生樓安裝了7臺除塵器，配套高效反應發生器。正常運行時7臺除塵發生器產氣總量在155 m3/h以上，每年按上電石工作3 200 h計算，可節約電石 155×3 200/285=1 740 t，按照 3 200 元/t電石計算，可節約556.8萬元。

3.7 氯乙烯精餾尾汽回收

生產系統運行以來，氯乙烯精餾尾氣經變壓吸附工藝處理后，氯乙烯和乙炔的回收率可達到99.9%以上。回收氯乙烯和乙炔可減少電石原材料的浪費，真正的達到節能減排的目的。

如氯乙烯尾氣量按1 500 m3/h計算，氯乙烯體積數為15%，乙炔體積數為5%，電石價格為3 200元/t，則每年可回收氯乙烯1 616 t，折電石2 424 t；每年還可以回收乙炔折電石2 263 t，兩項合計節約電石4 687 t，共節約1 499.84萬元。為了保證生產的正常運行，成本的降低，務必確保變壓吸附的工藝參數正常，提高開車率。

3.8 安裝聚合尾排單體變壓吸附回收裝置

通過聚合尾排單體變壓吸附回收裝置，將聚合尾氣中的氯乙烯回收再利用，按照平均回收尾氣75 m3/h，其中氯乙烯平均含量為25%，則全年回收氯乙烯單體量約為422 t，折電石633 t，節約202.56萬元。

3.9 對乙炔清凈廢次氯酸鈉水改造

通過改造，回收乙炔廢水回用實現廢次氯酸鈉中乙炔氣體回收，全年可降低電石消耗900 t，創效300多萬元，每年還可節約50萬m3工業用水，節省幾十萬元取水費和污水處理費。

4 結語

PVC生產降低電石消耗的方法有許多，如何應用的更好，需要在生產中不斷探索。隨著PVC市場的競爭進一步加劇，應居安思危，站在新起點，實現新跨越，堅持更高標準，追求更高目標，為公司實現電石降耗新突破。