專用樹脂精餾尾氣處理技術研究

楊愛娜，呂 瑞

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

在PVC 專用樹脂的生產過程中，會有部分氯乙烯單體未參加聚合反應， 這些未聚合的單體經過回收貯存在氣柜內， 由于生產中的置換操作需要使用氮氣來進行吹掃， 置換過程中有部分氮氣回收至氣柜，因此，氣柜內的氣體主要成分為氯乙烯和氮氣，氣柜內的氣體在精餾工序的冷凝過程中產生部分未冷凝的氣體，由于這些未凝氣體中含有大約50%的氯乙烯單體，無法直接排放。根據2016 年修訂的《燒堿、 聚氯乙烯工業污染物排放標準GB 15581-2016》，氯乙烯的最高允許排放濃度為10 mg/m3[1]，隨著產能的增加， 現有的尾氣處理裝置已漸漸無法滿足環保要求，為解決此問題，唐山三友氯堿有限責任公司增加了一套處理能力為150 m3/h 的變壓吸附裝置， 將變壓吸附技術應用在6 萬t/a 的PVC 專用樹脂生產裝置的尾氣處理， 利用變壓吸附裝置對混合氣體進行分離，使不凝氣體達標排放，氯乙烯單體回收再利用。

變壓吸附技術的核心是吸附劑對混合氣體中不同組分氣體存在吸附容量差異， 且對同一組分的氣體吸附量隨壓力變化也存在差異。 吸附劑在加壓時選擇吸附原料氣中的氯乙烯等吸附能力較強的組分， 吸附能力較弱的組分如氮氣等作為凈化氣由吸附塔出口排出，排放至大氣。 在減壓（逆向放壓及抽真空）時吸附的氯乙烯得到解吸，解吸氣作為產品氣輸出至氣柜， 同時吸附劑獲得再生。 本文分別從DCS 控制方法及技術參數方面對該技術進行研究，探索出運行效果優異的控制方法及技術參數。

1 主要研究內容

以唐山三友氯堿有限責任公司使用的變壓吸附裝置為例，該裝置由4 臺吸附塔、1 臺中間罐和1 臺終充罐組成，主工藝流程為4-1-2/VP 分組抽空工藝（即4 臺吸附塔任意時刻有1 塔吸附，2 塔抽空）和4-1-1/VP 連續抽空工藝 （即4 臺吸附塔任意時刻有1 塔吸附，1 塔抽空），4-1-2/VP 分組抽空為2 臺真空泵同時啟用， 每臺真空泵對2 臺吸附塔進行抽空，4-1-1/VP 連續抽空為只啟用1 臺真空泵，1 臺真空泵對一臺吸附塔進行抽空，在滿足所需抽空壓力的情況下， 兩種運行方式都可以達到尾氣處理指標。 每個吸附塔在一次循環中需要經歷吸附-均降-逆放-抽空-均升-終充等步驟， 具體工藝流程圖見圖1。 為探索出最優的變壓吸附控制方法及相關技術參數，從原料氣預熱溫度、原料氣流量、原料氣氯乙烯含量、 吸附時間等對變壓吸附尾氣處理裝置運行效果的影響進行研究。

2 實驗部分

2.1 原料氣預熱溫度

從冷凝器出來的未冷凝氣體溫度一般都較低，15～20 ℃，原料氣內會含有微量水分，吸附是一個放熱過程， 若水分隨原料氣進入吸附塔內并累積到一定量，會造成吸附塔內吸附劑失效。因此在吸附塔原料氣進口增加預熱裝置， 在原料氣升溫的同時除去原料氣內的水分， 從表1 中可以看出， 在一定條件下， 原料氣預熱溫度對變壓吸附的運行效果影響不大，控制原料氣的溫度在30～40 ℃為宜，溫度太低影響吸附劑的再生， 溫度太高可能會使吸附塔溫度超高。

表1 原料氣預熱溫度對運行效果的影響

2.2 原料氣流量

由于前工序中氯乙烯回收的時間不固定， 導致氣柜在不同時間段內供氣量不確定， 且氣柜容量一定，若變壓吸附尾氣處理裝置一直以高流量運行，無法實現連續運行，若以低流量運行，導致凈化氣無法及時排出， 間歇運行的設備損耗率以及工人勞動強度都會增加。為實現尾氣處理裝置的連續運行，DCS系統設置流量自動調節程序， 根據氣柜高度來自動調整變壓吸附原料氣進氣流量， 氣柜高度與原料氣流量對應情況見表2。 通過該程序的流量調節，保證了氣柜內氣體進入與輸出平衡， 提高變壓吸附的運行穩定性。

考察了該變壓吸附裝置在不同原料氣進氣流量下運行情況， 試驗結果見表3。 試驗結果表明，在40～100 m3/h 范圍內，不同原料氣進氣流量下變壓吸附裝置尾氣處理結果均能達標， 在不超裝置最大處理能力150 m3/h 的情況下， 流量較低時尾氣處理效

圖1 變壓吸附工藝流程圖

表2 氣柜高度與原料氣流量對應表

表3 原料氣進氣流量對運行效果的影響

表4 原料氣VC含量對運行效果的影響

吸附時間的設定是根據運行過程中原料氣量大小、凈化氣的分析結果設定的。研究了原料氣流量與吸附時間的設定關系， 在保證抽空和終充壓力的情況下， 通過調整T6或T8步時間來調整吸附塔的吸附時間，吸附時間與原料氣流量對應一覽表見表5。果較流量高時差， 分析原因可能為吸附壓力在0.4 MPa 以上時尾氣中的氯乙烯更容易被吸附，原料氣進氣流量低時，進氣壓力相對應的也較低，無法達到最佳吸附壓力，影響處理效果，且進氣壓力低時凈化氣無法達到尾排壓力， 造成尾氣不斷在吸附塔內循環，氣柜下降困難，造成聚合回收時間延長，影響聚合產能[2]。

表5 吸附時間與原料氣流量對應一覽表

2.3 原料氣氯乙烯含量

在其他運行條件相同的情況下， 將冷凝器冷水進水氣動閥開度分別設置為100%和60%， 原料氣VC 含量對運行效果的影響見表4。冷凝器冷水進水氣動閥開度為60%時， 原料氣中氯乙烯含量約44%，開度為100%時，原料氣中氯乙烯含量約38%，原料氣中氯乙烯含量較高時， 變壓吸附運行效果不佳， 凈化氣VC 含量較高， 達不到凈化氣的排放標準。 因此在壓縮工序中需控制冷凝器的冷水進水量及進水溫度，保證冷凝器的冷凝效果，以確保氣柜內的氯乙烯單體基本被冷凝， 以液態單體的形式進入下一工序，從表4 數據可以看出，控制未冷凝氣體中氯乙烯含量＜40%為佳。

2.4 吸附時間

每個吸附塔在一次循環中需要經歷吸附-均降-逆放-抽空-均升-終充等步驟，該尾氣吸附裝置共有4 個吸附周期，每一個吸附周期有9 個步序，其中T2為均降時間， 逆放和均升的時間均為T4，T6+

從表5 中可以看出， 在60～80 m3/h 的流量下，吸附時間為780 s 時， 凈化氣中氯乙烯含量為1.5×10-6，在相同流量下，吸附時間設置為810 s 時，凈化氣含VC 量為6×10-6， 吸附時間設置為870 s 時，凈化氣含VC 量為27×10-6， 氯乙烯含量嚴重超標；在相同吸附時間的條件下， 隨著原料氣進氣流量的增加，凈化氣含VC 越高，分析原因為在變壓吸附運行過程中原料氣流量越高，氯乙烯的吸附速度越快，若此時吸附時間較長，就會出現吸附塔的“穿透”現象，造成部分氯乙烯還未來得及吸附就被作為凈化氣進行排放，造成凈化氣氯乙烯含量超標，因此原料氣流量越高，吸附時間應設置相對越短，相反，原料氣流量越低，吸附時間設置越長。

3 結語

通過一系列試驗研究，得出如下結論。

（1）將變壓吸附原料氣進行預熱，能夠使吸附的氯乙烯更容易從吸附劑中解吸出來， 還能除去原料氣內殘留的水分。

（2）為保證變壓吸附裝置運行的連續性，原料氣流量需根據氣柜高度進行調整， 當原料氣流量過低導致進氣壓力一直無法達到吸附壓力0.4 MPa 時，會影響變壓吸附的尾氣處理效果。

（3）原料氣內氯乙烯含量越高，變壓吸附處理效果越差，試驗結果表明，控制未冷凝氣體中氯乙烯含量＜40%為佳。

（4）原料氣流量與吸附時間的調整規律為：原料氣流量越高，吸附時間應設置相對越短；原料氣流量越低，吸附時間設置越長。

該變壓吸附裝置在以上探索出的最優條件下運行穩定，精餾尾氣處理達標排放，凈化氣中氯乙烯含量基本低于3×10-6， 尾氣中的氯乙烯單體通過變壓吸附解吸后回收至氣柜再利用，既符合環保的要求，又避免了氯乙烯的浪費。