電石法聚氯乙烯氯化汞觸媒消耗評估方法

張學魯，王小昌，李國棟

(新疆天業(集團)有限公司，新疆 石河子 832000)

電石法PVC單位產品氯化汞觸媒使用量(包括高汞觸媒使用量和低汞觸媒使用量)是指每生產1 t PVC所消耗的氯化汞觸媒的質量，是評定企業清潔生產標準的重要指標之一，也是衡量企業汞消減技術水平的重要依據。由于氯化汞觸媒的使用是連續動態過程，因此很難獲得企業每年氯化汞觸媒用量的準確統計值，單位產品的實際氯化汞觸媒使用量與評估值存在較大偏差。筆者通過對電石法PVC單位產品氯化汞觸媒消耗的評估方法進行探討，為電石法PVC企業準確計算單位產品氯化汞觸媒消耗提供一定參考。

1 降低氯化汞觸媒消耗的重要性

PVC作為五大通用塑料之一，被廣泛應用到多個領域，其生產工藝路線主要有電石法和乙烯法。電石法符合我國多煤、貧油、少氣的能源結構特點，成為我國的主流工藝[1-2]。2018版《中國聚氯乙烯產業深度研究報告》統計數據顯示：2017年我國電石法PVC產能占我國PVC總產能的80%，達到1 925萬t/a[3]。

電石法PVC生產過程中采用氯化汞作為觸媒。近幾年，隨著行業的快速發展，低汞觸媒(氯化汞質量分數4%～6.5%)的推廣應用有了較大進步，低汞觸媒消耗逐年下降，源頭減排效果顯著。為履行《關于汞的水俁公約》，確保2020年底前電石法PVC單位產品的汞使用量比2010年下降50%，有效減少汞的使用和排放，我國電石法PVC企業應積極行動，運用各類清潔生產技術，進一步降低PVC單位產品氯化汞觸媒使用量。

按照HJ 476—2009《清潔生產標準 氯堿工業(聚氯乙烯)》的規定，對電石法PVC生產過程中單位產品氯化汞觸媒的使用量進行了不同等級的劃定，一級、二級、三級指標對應的氯化汞觸媒使用量分別為≤1.2 kg/t、≤1.3 kg/t、≤1.4 kg/t。

2 現有氯化汞觸媒消耗評估方法及存在的問題

電石法PVC單位產品氯化汞觸媒消耗與氯化汞觸媒質量、生產設備及工藝條件、操作控制水平等因素密切相關。隨著行業清潔生產技術的推廣，電石法PVC生產設備以及現場工藝條件逐步得到完善，氯化汞觸媒的質量逐漸穩固，電石法PVC生產企業的氯化汞觸媒消耗逐步趨于穩定。但據了解，依然有不少企業氯化汞觸媒消耗波動較大，不利于提高企業生產技術水平。筆者將通過對氯化汞觸媒消耗的評估方法進行探討，分析由于評估誤差對氯化汞觸媒消耗產生的影響。

電石法PVC生產企業采用氯化汞觸媒的使用量除以PVC產量的方法計算PVC單位產品氯化汞觸媒消耗量。但由于不同企業在核算過程中計算方法以及計算時間選取上存在的差異或誤差，導致該方法核算的結果只能粗略顯示氯化汞觸媒消耗的情況，與氯化汞觸媒實際消耗依然存在一定的差別。

2.1 計算方法產生的誤差

部分企業在氯化汞觸媒消耗的核算過程中采用氯化汞觸媒的年填裝量來代替年使用量，導致核算結果出現偏差。氯化汞觸媒的年填裝量并不代表年使用量，兩者有顯著的區別。通常情況下，在企業生產負荷沒有達到設計產能的情況下，企業每年的氯化汞觸媒填裝量往往大于氯化汞觸媒使用量，因此若不考慮其他因素影響，按照氯化汞觸媒的填裝量核算企業單位產品的氯化汞觸媒使用量往往大于實際使用量。

2.2 計算時間選取產生的誤差

按氯化汞觸媒年填裝量與PVC產量的方法計算企業單位產品的氯化汞觸媒使用量，若不考慮氯化汞觸媒本身使用壽命的因素，則計算值與實際值差別較大。由于觸媒質量及使用單位現場設備、工藝操作水平等的差異，各企業氯化汞觸媒的實際使用壽命差異較大，導致單位產品的氯化汞觸媒消耗值各有不同，核算氯化汞觸媒消耗時必須考慮氯化汞觸媒使用壽命的影響。舉例來說，某企業氯化汞觸媒的平均使用壽命為7 000 h，若按照1年時間核算，該企業將有部分轉化器填裝2次觸媒，而第2次填裝的氯化汞觸媒發揮大部分轉化作用卻是在第2年。因此，當年的觸媒消耗值會高于實際值，而第2年的值卻會低于實際值。甚至部分企業按月或者季度為周期進行核算，主觀因素對計算值影響過大。例如：部分企業的氯化汞觸媒更換并沒有制定嚴格的月更換計劃并執行更換計劃，選擇在現場停車檢維修期間集中更換，而其他時間段不進行氯化汞觸媒更換。按月或者季度核算的單位產品的氯化汞觸媒消耗值出現極低值與極高值完全不同的現象，部分企業截取其中一段時間的單位產品氯化汞觸媒消耗代表整體生產過程中PVC單位產品的氯化汞觸媒消耗情況，導致觸媒消耗值與實際消耗產生較大誤差。

氯化汞觸媒的消耗核算必須綜合考慮核算周期的長短，核算周期越短，計算的消耗值越偏離實際值。理論上以氯化汞觸媒的使用壽命為完整周期核算最接近實際情況，但由于氯化汞觸媒的使用過程是連續動態化的，因此在評估某一階段的氯化汞觸媒消耗時，很難完整統計每臺轉化器中觸媒的使用壽命。在此情況下，統計已下線轉化器氯化汞觸媒使用壽命的數據，用于計算氯化汞觸媒的平均使用壽命(排除不正常停車造成的低汞觸媒使用壽命縮短等因素)，然后根據氯化汞觸媒的平均使用壽命近似評估實際的氯化汞觸媒裝填量。例如，轉化器內填裝觸媒的平均使用壽命為9 000 h，則全年實際裝填的觸媒量為：年氯化汞觸媒裝填量×8 000 h÷9 000 h。采用多種型號的低汞觸媒時，也要對不同型號的低汞觸媒分別進行使用壽命評估，再對氯化汞觸媒消耗進行核算，這樣更有助于準確計算實際消耗值。

通過以上分析，對上述計算方式進行修正完善，具體如下：

單位產品每年氯化汞觸媒使用量=年觸媒裝填量÷(觸媒平均使用壽命÷8 000 h)÷PVC產量。

該方法可近似計算企業的單位產品氯化汞觸媒的使用量，但由于沒有完整考慮氯化汞觸媒在企業的實際使用情況，因此計算結果與實際值之間依然存在差別。

3 準確完整評估氯化汞觸媒消耗的方法

電石法PVC生產企業單位產品氯化汞觸媒使用量的正確計算方法應為規定時間內使用的觸媒量除以同期PVC產量。計算公式如下：

單位產品氯化汞觸媒使用量=氯化汞觸媒使用量÷PVC產量。

上述計算方法中的氯化汞觸媒使用量并不太等同于氯化汞觸媒的填裝量或采購量。

3.1 單臺轉化器中觸媒消耗值的計算

單臺轉化器中氯化汞觸媒消耗計算以氯化汞觸媒使用壽命為核算周期，通過轉化器進氣流量以及出口轉化率計算反應生產的氯乙烯產量，轉化器填裝觸媒量除以核算周期內的氯乙烯產量即為該臺轉化器生產氯乙烯的氯化汞觸媒消耗值。

單臺轉化器氯化汞觸媒消耗的精確計算，必須以填裝的氯化汞觸媒的完整使用周期為時間段。例如，氯化汞觸媒的使用壽命為9 000 h，則氯乙烯的產量也為該時間內的產量。因此，考察單臺轉化器氯化汞觸媒的消耗時，盡量在該轉化器進口安裝流量計，準確計算混合氣流量，從而準確統計氯化汞觸媒使用周期內的氯乙烯產量。

單臺轉化器觸媒消耗的計算有利于電石法PVC生產企業考察對比不同氯化汞觸媒的性能，幫助企業選擇更適合其生產工藝和現場設備的氯化汞觸媒，從而進一步降低氯化汞觸媒消耗。

3.2 整體生產裝置氯化汞觸媒消耗的計算

電石法PVC生產現場具有轉化器數量多、不同轉化器填裝體積差異大、氯化汞觸媒的使用過程連續動態化以及各種氯化汞觸媒使用壽命不相同的特點，若通過逐臺計算轉化器氯化汞觸媒消耗，從而計算整個生產裝置觸媒消耗的方法是不可行的。

要準確計算整條生產線的觸媒消耗情況，需要選擇合適的時間段，并準確統計該時間段內的氯化汞觸媒使用量。由于多數合格氯化汞觸媒的使用壽命均在8 000 h以上，同時氯化汞觸媒的使用過程是連續動態的，因此盡量選取接近氯化汞觸媒平均使用壽命的時間段為核查周期，建議按照1年為節點計算觸媒消耗；同時，避免以每年的氯化汞觸媒采購量或填裝量代替氯化汞觸媒的年使用量核算氯化汞觸媒消耗情況。

企業每年的氯化汞觸媒使用量應當包括企業當年的氯化汞觸媒采購量、企業氯化汞觸媒庫存變化量以及生產裝置轉化器內部已填裝但未使用的氯化汞觸媒的變化量3部分。

其中氯化汞觸媒庫存變化量為上年的庫存量與當年的庫存量的差值。轉化器內未使用氯化汞觸媒的變化量為上年未使用量與當年未使用量的差值。通過所有轉化器內填裝的觸媒量和生產裝置的開工率來計算轉化器內未使用的氯化汞觸媒量，從而計算其差值。比如，設計產能為10萬t/a的生產裝置，上年轉化器內總計裝填100 t氯化汞觸媒，上年實際產量為8萬 t，則上年開工率為80%，上年轉化器內未使用氯化汞觸媒為20 t；當年實際產量為9萬t，則當年開工率為90%，轉化器未使用氯化汞觸媒量為10 t。轉化器內未使用氯化汞觸媒的變化量即為10 t。

按上述方法計算得到企業每年完整的氯化汞觸媒使用量后除以該企業當年PVC的實際產量，即為該企業當年單位產品氯化汞觸媒的使用量。

4 結論

PVC單位產品氯化汞觸媒使用量的準確核算是企業對標清潔生產的依據，也體現了企業在汞消減工作上的水平，是行業或環境保護部門監督電石法PVC環保工作的有效手段。建立準確、有效的電石法PVC單位產品氯化汞觸媒消耗核算方法至關重要。

建議詳細統計氯化汞觸媒的采購與使用數據，按照每年氯化汞觸媒的使用量，包括當年的氯化汞觸媒采購量、氯化汞觸媒庫存變化量以及生產裝置轉化器內部已填裝但未使用的氯化汞觸媒的變化量準確核算單位產品氯化汞觸媒消耗數據。通過各企業之間的消耗數據對比尋找差別，并加強技術交流，共同推進行業進一步降低氯化汞觸媒消耗。