電石法聚氯乙烯生產汞污染綜合處理技術

趙鳳輝

(青海鹽湖海納化工有限公司，青海 西寧 811600)

0 引言

某化工廠電石法聚氯乙烯生產制備過程中，需要消耗700 t 到1 200 t 的氯化汞，其中50% 左右的氯化汞無法回收，進入到大氣、河流、土壤之中，對生態環境產生較為嚴重的影響[1]。為消除這種影響，生產企業以及有關技術團隊投入大量精力進行技術研發、創新以及應用，利用現有技術手段，科學高效的處置氯化汞，穩步提升汞污染治理水平。

1 電石法聚氯乙烯生產中汞污染治理的必要性

電石法聚乙烯生產中汞污染治理有助于技術團隊形成正確的觀念認知，準確把握汞污染綜合治理為后續綜合治理原則的確立、綜合治理舉措的制定奠定堅實基礎。

電石法聚氯乙烯生產工藝較為成熟，資金投入較少，是目前國內主流的生產工藝。但也必須清楚地認識到，傳統的電石法聚氯乙烯生產工藝能耗較高、污染較重，越來越難以滿足清潔化、綠色化生產的發展目標。例如，電石在與水發生化學反應的過程中，會消耗大量的水資源，同時產生電石渣等固體廢棄物；粗氯乙烯單體在整個反應周期內，會產生濃度為32%的鹽酸以及大量廢水，如果不經處理進行排放，勢必嚴重破壞水體、氣體生態；合成氯乙烯將氯化汞作為觸媒，一旦出現技術性問題，將會導致大量的汞進入自然界，嚴重破壞生態環境。以某生產企業為例，其采取了聚氯乙烯合成工序，通過該技術處理，將乙炔進行砂封處理，砂封后的乙炔與HCl 進行充分混合，二者的混合物通過孔板流量調節器，在緩沖罐內進行充分混合，在此過程中，同步使用石墨冷卻技術，進行混合物冷卻處理。冷卻環節，考慮到實際使用效果，使用5 ℃的水和-35 ℃的鹽水進行持續性冷卻。從實際情況來看，這種冷卻處理方式，冷卻速度較快，冷卻成本較低，混合物中的廢棄物借助由氟硅油玻璃棉完成捕集與分離，捕集與分離后的氣體，借助石墨預熱器等轉換器，合成氯乙烯，實現廢物循環式應用[2]。

2 電石法聚氯乙烯生產中汞污染綜合治理主要措施

電石法聚氯乙烯生產中汞污染的綜合治理，要求技術團隊立足生產工藝，堅持目標導向，堅持任務牽引，采取有效舉措，改進創新綜合治理體系，健全完善綜合治理模式，推動汞污染綜合治理轉型。

2.1 不斷延長汞觸媒的使用壽命

結合以往生產加工經驗，電石法聚氯乙烯生產體系下，使用的觸媒壽命越長，生產的氯乙烯越多。利用這種內在關聯，技術人員在汞污染綜合治理過程中，通過降低氯乙烯生產環節觸媒消耗體量與規模，全面防范汞污染事件的發生。目前，在氯化汞處置過程中，技術團隊針對觸媒需要解決以下幾個方面的問題：一是氯化汞在鹽酸、鐵反應過程中，會釋放出氫元素，出現較為嚴重的原材料脫水問題；二是氯化汞在生產制備環節，原材料損失，推廣總體使用成本。技術人員要嚴格按生產加工技術要求，對整個生產加工流程進行管控，管控過程中，從外界送來的大約120 kPa(g)乙炔氣體經過阻火器，進入乙炔冷卻器用自冷凍站送來的0 ℃氟里昂熱交換后冷至2 ℃左右，經除霧器除去冷凝水霧，通過干燥塔分子篩干燥至含水量低于50 mg/L。吸附飽和的分子篩采用氮氣再生，再生技術流程中，使用設備注入一定規模的氮氣，對干燥塔進行凈化處置。凈化環節結束后，再次注入加熱的氮氣，對干燥塔完成二次凈化。二次凈化后，采取高溫處理的方式，使得再生冷卻器中的水分得到分離。整個高溫處理環節后，再次使用低溫氮氣對干燥塔開展冷卻處理。這種處理方式，不僅有著良好的凈化去雜效果，還通過氮氣循環式利用，補充氮氣，減少成本，為后續生產活動高質量開展奠定堅實基礎。

通過乙炔冷凝液泵送到VCM 凈化、壓縮單元堿洗系統作為補充水，并回收溶解的乙炔氣分別干燥處理后的乙炔氣、氯化氫氣體經流量計、控制回路按一定(11.02～1.05)比例，進入混合器混合，再經預熱器預熱至80 ℃以上后送一段反應器(22臺) 反應[3]，再經二段反應器(18臺) 反應。反應器內以高強度活性炭、高活性氯化汞及添加劑為催化劑，每臺反應器填裝約5.2 t 催化劑。轉化器直徑DN3200。乙炔、氯化氫混合氣在催化劑作用下，反應生成氯乙烯，通過庚烷冷卻劑控制反應溫度在180 ℃以下。蒸發的庚烷進入冷凝器被循環的熱水冷凝后，進入轉化器循環使用。正常補充的冷劑由反應器冷劑罐通過反應器冷劑泵加壓，分別送至每臺反應器。反應器通過各自的冷劑液位罐來控制液位，即通過調節反應器中的冷劑返回量來控制對于整個技術應用流程，除了做好硬件設備調試、管理之外，對于使用的鹽酸、乙炔等反應物同樣需要做好管控，避免含水量過大影響整個脫水效果。

結合以往經驗，對于脫水干燥過程中使用的乙炔，技術人員應當將其含水量控制在10 mL/m3以內，對于脫水干燥過程中使用的鹽酸，技術人員則應當將其含水量控制在5 mL/m3，通過這種方式，可以有效避免觸媒在使用環節出現結塊、溶解等情況，最大程度地保證了觸媒使用壽命[4]。

2.2 不斷優化氯化汞觸媒基本屬性

為持續提升氯化汞觸媒的生產能力，增強觸媒回收利用能力，技術團隊在汞污染綜合治理過程中，可以嘗試對氯化汞觸媒的基本屬性進行持續性優化，借助物化屬性改善，降低汞污染綜合治理難度，提升治理總體水平。具體來看，技術人員使用高純鹽酸和脫鹽水配制成各種不同濃度、不同溫度的鹽酸溶液，將活性炭放入第1 種鹽酸溶液中，并按照相關技術要求，浸泡一定時間，浸泡過程中，技術人員要不斷進行翻倒。完成上述技術操作后，要使用離心機等設備進行脫水處理，再將活性炭甩干脫水后，繼續放入第2 種鹽酸溶液，進行浸泡處理。浸泡過程中，技術人員要不斷進行翻倒。完成上述技術操作后，要使用離心機等設備進行脫水處理，通過多次循環式處理，確保選選用的活性炭被所有配制成的鹽酸溶液所浸泡和甩干，將最終浸泡和離心后的活性炭在一定溫度下烘干至恒重。

完成上述技術準備工作后，技術人員使用氯化汞、鹽酸和脫鹽水，使用專業計量工具，配成濃度極低的氯化汞溶液，將烘干好的活性炭放入配置的氯化汞溶液之中，并浸泡一定時間，浸泡結束后，技術人員將其取出后，使用離心機等相關設備，對活性炭進行離心脫水處理。離心脫水工作結束后，將活性炭繼續放入烘箱中，按照有關技術要求，設定烘箱溫度，在該溫度條件下烘干至恒重，將其取出放入氯化汞溶液中再浸泡離心烘干[5]。

將上述操作作為一組制備動作，連續進行操作幾十次的重復，根據數據測算與分析，每進行一次浸泡、脫水、烘干的循環過程中，活性炭觸媒上氯化汞含量的增加值必須低于0.1%。為避免氯化汞含量增幅過大，技術人員可以根據實際情況，向氯化汞溶液中，添加活性促進劑、抗毒劑、穩定劑、抗結焦劑等物質，借助這種方式，穩步控制氯化汞濃度變化幅度。結束這種方法可以確保觸媒有較高的空隙率，從而更好地發揮觸媒在電石法聚氯乙烯生產中的作用。同時，在整個技術處理階段，技術人員要積極調整思路，氯化汞在經過活性炭吸附后，其在吸附中心區域形成了反應活性中心，這種分布特點決定了觸媒表現出較強的活性。研究表明，在250 ℃的高溫烘烤下，觸媒中氯化汞的損失體量僅為2%，使用壽命可以到8 000 h；同等情況下，使用普通低汞觸媒進行氯化汞回收，氯化汞損失率可以達到35%，使用壽命僅達到7 000 h，因此，在觸媒選擇過程中，技術人員要做好偏向選擇。

2.3 不斷增強廢氯化汞觸媒再生能力

在進行電石法聚氯乙烯生產工藝調整的過程中，做好汞污染防治的同時，有針對做好廢汞回收，實現生態效益與經濟效益的兼顧。基于上述目標，技術團隊可以從廢氯化汞觸媒回收、再生角度出發，遵循相關技術規律，合理進行技術布局，實現觸媒循環式利用。具體來看，技術人員充分利用現有技術裝備，不斷營造良好的生產環境。

根據以往經驗，氯化汞在微負壓等相關條件下會出現揮發狀態，并匯入到冷卻器之中，在冷卻器內沉降下來，沉降結束后，通過水噴射泵將沒有完全沉降氯化汞收集起來，在去除微量氯化汞等氣體后，當氯化汞氣體干燥后，重新傳輸到干餾器，實現原材料循環式使用。為保證使用效果，對于制備過程中使用的循環噴射溶解液的質量分數要做好控制，根據過往經驗，氯化汞總體質量分數不應當低于5%，將符合制備要求的氯化汞溶液注入到制備系統中，并更換新水。借助廢觸媒中金屬鹽易溶于水的物化屬性，快速收回金屬氯化物以及修復活性炭，在此基礎上，通過多輪次熱水浸泡等活動，使得鹽溶液在經過過濾后，可以更好地用于觸媒制備。與傳統制備方式相比，該制備流程操作簡單，技術難度較低，不會產生污染物，有著較強的經濟效益和社會效益，符合現階段生產加工要求。從相關研究機構公布的數據來看，廢氯化汞-活性炭觸媒同步回收方案，氯化汞質量分數可以達到95%，氯化汞總回收率為99.5%以上；活性炭比表面為923 m2/g；其他金屬氯化物質量分數為0.61%；水質量分數為0.27%；四氯化炭吸收率為58%；堆積密度為557 g/L，粒徑為3×8 mm，活性炭再生率為85%以上；金屬鹽總回收率為95%以上。上述技術方案，較好地滿足了新時代電石法聚氯乙烯生產要求，借助必要技術舉措，實現了汞污染綜合治理效能的不斷提升，大大增強了氯化汞觸媒的回收利用能力。

2.4 不斷改善含汞活性炭污染防治機制

目前，電石法聚氯乙烯生產過程中，為減少汞污染，往往進行除汞器的安裝與使用。主流的除汞器由多根碳鋼管并列排布組成，管內涂覆活性炭，除汞器入口與轉化器連接，出口與泡沫塔連接。為更好地發揮除汞器的作用，實現含汞活性炭的有效處理，技術人員一方面要根據實際情況，確保列管長度，從而保證吸附氣體可以停留較長的時間，同時管道的數量也需要作出調整，以保證處理氣體通過時，不會產生較大的阻力。除了進行常規性的結構優化設置外，技術人員還可以在相關區域增設真空抽泵，借助不同的裝置設備，快速提升活性炭污染處置能力，加強反應流程的可控性，推動汞污染處理活動深入開展。部分生產企業還進行了廢水處置工藝體系的布局，在整個污染處置過程中，技術人員應當將污染物處置的重點放在汞回收以及VCM 等方面，借助合理有效地技術布局，實現污染物高效回收，為整個生產活動綠色化、生態化升級奠定了堅實基礎。為達到上述目標任務，技術團隊要吸收借鑒過往經驗，針對汞廢水處理中含有的污染物，設定汽提工藝方案，以確保對VCM 處置能力。對汞的處理，考慮到處理效果和處理成本，技術團隊更加傾向于選擇沉淀法和過濾法，通過廢水處理方式聯合應用，實現含汞廢水科學處置。為保證技術應用效果，技術人員需要率先做好硫化物處置，通過硫化物與汞廢水進行充分反應，形成體積密度較小的HgS 顆粒，在污水處理過程中，由于硫元素含量較高，在生成HgS 顆粒后，硫元素會繼續與HgS 顆粒進行反應，產生沉淀物，從廢水中析出。為提升上述凈化速度，縮短處理周期，技術人員需要選擇相應的復合助劑，并對其用量、陳化時間進行控制，確保其作用有效發揮。同時，借助過濾裝置對沉淀物進行分離，在達到國家標準后進行排放。實現生產成本的有效性與合理性，有效擴大利潤空間，使得生產企業可以具備更大發展機遇，切實滿足現階段電石法聚氯乙烯生產要求。

3 結語

汞污染綜合治理體系的構建與完善，對于電石法聚氯乙烯生產流程的綠色化、生態化轉型有著極大的現實意義。文章從實踐角度出發，客觀梳理汞危害性的同時，通過技術要素、管理要素全方位整合，探索完備的汞污染綜合治理體系，完成生產工藝的優化、污染物的監督等系列技術目標任務，搭建起完整的綜合污染治理綜合性平臺，為電石法聚氯乙烯生產汞污染綜合處理探索出一條新路。