宋麗軍

（黑河龍江化工有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

采用變溫變壓吸附技術(shù)回收聚氯乙烯生產(chǎn)中的精餾尾氣

宋麗軍

（黑河龍江化工有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

介紹了聚氯乙烯精餾尾氣變溫變壓吸附技術(shù)的應(yīng)用情況及對(duì)該技術(shù)的調(diào)整和改進(jìn)。

聚氯已烯；精餾尾氣；變溫變壓；吸附技術(shù)

1 精餾尾氣回收技術(shù)

為了使精餾尾氣排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及降低聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)成本，各企業(yè)引進(jìn)或開(kāi)發(fā)了各種精餾尾氣回收技術(shù)，并經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，不斷精心調(diào)整，現(xiàn)已趨于完善，有的尾氣回收技術(shù)趨于淘汰，而一些新技術(shù)則脫穎而出。

1.1 活性炭吸附技術(shù)

活性炭吸附技術(shù)使用較早，該技術(shù)以活性炭為吸附劑，在通入冷卻介質(zhì)0℃水或-15℃鹽水的情況下，對(duì)精餾尾氣進(jìn)行吸附。吸附飽和后，直接加入蒸汽進(jìn)行解析，解析后，活性炭還需加入熱空氣或氮?dú)膺M(jìn)行吹干。由于吸附劑頻繁與水蒸氣接觸，使活性炭易碎，冷卻管道及設(shè)備因腐蝕而發(fā)生泄漏。此項(xiàng)技術(shù)由于自動(dòng)化控制程度不高，手工操作比較繁雜，正逐漸被取代。

1.2 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是用特質(zhì)的膜及分子篩回收尾氣中氯乙烯及乙炔，而對(duì)氫氣、氮?dú)獾冗M(jìn)行分離排放。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備占地面積小、工藝簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、投資比吸附劑回收方法少，但其缺點(diǎn)是分離出的成品氣中氯乙烯含量較低，一般為10%~20%，這些氣體回到系統(tǒng)中去，增加了壓縮機(jī)及冷卻設(shè)備的負(fù)荷；膜的使用壽命不長(zhǎng)，更換膜時(shí)費(fèi)用較大；吸附后的排空尾氣中氯乙烯含量達(dá)1%左右，大大超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的要求。

1.3 變壓吸附技術(shù)

變壓吸附技術(shù)是全程可自動(dòng)化的吸附技術(shù)，變壓吸附是用專(zhuān)用的吸附劑加壓吸附、減壓解析，此法的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程短、操作彈性大、產(chǎn)品純度易控制調(diào)節(jié)、可全自動(dòng)操作，排空尾氣中氯乙烯含量可以控制為小于36 mg/m3，吸附劑使用壽命長(zhǎng)，其缺點(diǎn)是吸附時(shí)間短、吸附量少。

1.4 變壓變溫吸附技術(shù)

變壓變溫吸附技術(shù)的尾氣吸附量較大。變壓變溫吸附技術(shù)是在變壓吸附技術(shù)的基礎(chǔ)上，在變壓脫析之后，又進(jìn)行升溫脫析，使脫析進(jìn)行得更徹底，從而使吸附劑吸附時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)6 h以上是尾氣吸附量較大的技術(shù)。其缺點(diǎn)是仍需冷卻用水、脫析時(shí)需用蒸汽。

2 變溫變壓吸附技術(shù)的應(yīng)用及調(diào)整

2.1 變溫變壓吸附技術(shù)的應(yīng)用

黑河龍江化工有限公司在對(duì)以上4種尾氣回收工藝研究、考察之后，采用了成都華西化工科技股份有限公司變溫變壓吸附技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)工藝合理、控制手段先進(jìn)、技術(shù)水平居行業(yè)領(lǐng)先，同時(shí)，吸附塔的不同部位相應(yīng)地填裝了不同的吸附劑，使得氯乙烯的吸附更徹底，脫析時(shí)更方便，其工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 變溫變壓吸附工藝流程圖

變溫變壓吸附工藝由3臺(tái)吸附塔、尾氣緩沖罐、原料氣緩沖罐、成品冷卻器、真空泵等組成，3臺(tái)吸附塔始終有1臺(tái)處于吸附狀態(tài)，其余2臺(tái)處于再生的不同階段。3臺(tái)吸附塔的整個(gè)吸附與再生工藝切換均通過(guò)36臺(tái)程控閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)自精餾尾凝器，壓力為0.5 MPa的尾氣，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入原料氣緩沖罐，再進(jìn)入正在處于吸附狀態(tài)的吸附塔中。在原料氣經(jīng)過(guò)裝有選擇性吸附劑的填料層時(shí)，全部的氯乙烯及少量的氮?dú)?、氫氣和乙炔氣體被吸附在吸附劑內(nèi)，經(jīng)吸附后的剩余氣體（其中，氯乙烯含量小于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)）從吸附塔頂排出。

吸附塔在吸附一定時(shí)間之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一塔內(nèi)進(jìn)行吸附，或吸附后尾氣中氯乙烯含量經(jīng)檢測(cè)接近或超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，轉(zhuǎn)用另一臺(tái)吸附塔吸附。脫析主要由2部分組成，平壓升溫脫吸及升溫抽真空脫析。

脫析后，進(jìn)行反吸，其目的是將塔內(nèi)殘留的含有較多氯乙烯的氣體反吹到待吸附的塔中，經(jīng)待吸附塔吸附之后經(jīng)塔頂排放。

由于脫析之后塔的吸附劑溫度較高，需在殼程中通入冷卻水，把冷卻塔及吸附劑冷卻到合適的溫度，等待下一循環(huán)過(guò)程。在反吹及冷卻完成后，為了使吸附塔可以在平穩(wěn)地切換到下一次吸附的過(guò)程中不發(fā)生壓力波動(dòng)，需用其他吸附塔的排空氣將塔的壓力升至吸附壓力，該過(guò)程不僅使吸附塔升壓，為下一次吸附工作做準(zhǔn)備，同時(shí)，也使吸附劑內(nèi)的微量氯乙烯向吸附塔下端移動(dòng)，有利于下次排出合格的氣體。

變溫和變壓吸附相比，具有抽真空工序，使氯乙烯解析比較完全，吸附劑再生效果好，回收氯乙烯純度高、氯乙烯回收率高。2005年5月，該廠尾氣回收系統(tǒng)試生產(chǎn)完畢并投入使用。

2.2 變溫變壓吸附技術(shù)的調(diào)整

在使用該技術(shù)過(guò)程中，該廠又對(duì)原設(shè)計(jì)的某些細(xì)節(jié)，進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，使尾氣回收系統(tǒng)更適合實(shí)際生產(chǎn)的需要。

2.2.1 對(duì)吸附時(shí)間的調(diào)整

剛開(kāi)始時(shí)，定4 h為1個(gè)吸附周期，經(jīng)化驗(yàn)室對(duì)吸附后尾氣做樣分析，在4 h之內(nèi)，特別是后2 h，未發(fā)現(xiàn)尾排超過(guò)36 mg/m3。在吸附4 h后，每0.5 h做一次尾氣排空樣，連續(xù)監(jiān)測(cè)尾排的氯乙烯含量，當(dāng)直接排放尾氣中氯乙烯含量超過(guò)36 mg/m3時(shí)，進(jìn)行倒塔操作。最終把吸附時(shí)間定為6 h。

2.2.2 對(duì)吸附壓力的調(diào)整

吸附壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高。據(jù)此原理，對(duì)吸附塔壓進(jìn)行了調(diào)整，把吸附系統(tǒng)壓力由0.1 MPa改為0.15 MPa，使單塔的吸附時(shí)間由6 h延長(zhǎng)至8 h左右。在此期間，基本沒(méi)有發(fā)現(xiàn)吸附后的尾氣超標(biāo)情況。

2.2.3 根據(jù)進(jìn)氣總量及氯乙烯量調(diào)整吸附時(shí)間

由于該廠沒(méi)有相應(yīng)的聚合出料回收系統(tǒng)，每次聚合出料時(shí)都要回收到轉(zhuǎn)化氣柜，從而造成尾氣排空氣量變化較大，從而造成在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)氣量不均勻，最高時(shí)進(jìn)氣量達(dá)400 m3/h。如果仍按原定的8 h為1個(gè)周期，則會(huì)造成吸附劑的提前超標(biāo)排放。所以，確定了在吸附塔進(jìn)氣量達(dá)到1 400 m3/h時(shí)，可提前結(jié)束正在吸附塔的吸附工作，進(jìn)入到下一塔吸附。

2.2.4 尾氣回收工藝未考慮尾氣中的乙炔氣體進(jìn)行回收利用

由于吸附劑對(duì)氯乙烯吸附的同時(shí)也吸附了乙炔氣，高濃度乙炔先于氯乙烯解析，回收至氯乙烯氣柜，經(jīng)壓縮機(jī)不利于安全生產(chǎn)。為使在吸附過(guò)程中把乙炔氣體排出，而使氯乙烯氣體排放又不超標(biāo)，這就需要從吸附時(shí)間、吸附原料氣量、吸附塔的塔頂溫度來(lái)綜合考慮。如果吸附時(shí)間短，氯乙烯含量低而乙炔含量高，如果吸附時(shí)間長(zhǎng)，氯乙烯會(huì)穿透頂部的吸附層而不利于脫附，使吸附后尾氣超標(biāo)，不宜恢復(fù)。經(jīng)過(guò)調(diào)整之后，脫析成品氣中氯乙烯含量均在91%以上，乙炔含量為0.10%~0.15%。

3 經(jīng)濟(jì)效益

2005年在變溫變壓尾氣回收系統(tǒng)投入運(yùn)行之后，PVC電石耗下降明顯，平均每噸樹(shù)脂下降了16kg標(biāo)準(zhǔn)電石。按2005年P(guān)VC樹(shù)脂產(chǎn)量3.5萬(wàn)t計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)電石560 t，以每噸電石市場(chǎng)價(jià)為2 000元計(jì)，則1年節(jié)約經(jīng)費(fèi)112萬(wàn)元，而運(yùn)行費(fèi)用水、電、汽消耗僅為20萬(wàn)元。這樣，在短期內(nèi)就可以收回投資。

變溫變壓尾氣吸附系統(tǒng)的投入使用，不但解決了在PVC生產(chǎn)過(guò)程中精餾尾氣超標(biāo)排放對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，做到了達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)還變廢為寶，把排空的尾氣中低含量的氯乙烯直接變?yōu)楦邼舛鹊穆纫蚁?，回收到氯乙烯氣柜?/p>

4 改進(jìn)措施

變溫變壓尾氣吸附系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)了其在程序控制方面的一些不足，已經(jīng)改進(jìn)的有以下幾方面。

（1）吸附塔脫析之后冷卻時(shí)，一開(kāi)始沒(méi)有對(duì)冷卻水進(jìn)行控制，在達(dá)到溫度后，等待時(shí)也通入冷卻水。后改進(jìn)為在用冷卻水降溫過(guò)程中，塔底達(dá)到降溫標(biāo)準(zhǔn)而塔頂溫度降到35℃時(shí)，（通過(guò)華西公司改變程序）不再通入冷卻水，只在吸附時(shí)通入冷卻水，節(jié)水50%以上。

（2）廢氣管線上安裝了在線含氧分析儀，在抽負(fù)壓脫吸時(shí)，連續(xù)監(jiān)測(cè)脫析氣體的含氧量，并且設(shè)定了含氧量超過(guò)3%的報(bào)警，使得在脫析過(guò)程中，如設(shè)備發(fā)生泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

（3）系統(tǒng)脫析后，吸附塔的殼程蒸汽立即排放，這時(shí)，蒸汽壓力較高，排放時(shí)聲音很大，回收系統(tǒng)又安裝在室內(nèi)，很容易傷人，或造成別的崗位誤操作。經(jīng)和華西公司研究，把蒸汽排放操作改在反吹之后進(jìn)行，延后了泛汽排放時(shí)間，并且又加裝了蒸汽吸收罐及消音裝置，達(dá)到了無(wú)聲安全排放，消除了安全隱患。

該公司曾在脫析抽真空階段結(jié)束前10 min和15 min結(jié)束通蒸汽，在吸附塔殼程中的蒸汽利用較完全，泛汽排出較少。如將此方法編入控制系統(tǒng)則可節(jié)省蒸汽，使排放的蒸汽壓力降至低壓。

5 改進(jìn)建議

（1）現(xiàn)使用的尾氣吸附后脫析氣體，沒(méi)有對(duì)乙炔氣體進(jìn)行回收處理，在操作時(shí)，需先考慮把乙炔除去。擬改進(jìn)工藝把先脫吸出的含乙炔較多的氣體回收到轉(zhuǎn)化床或乙炔氣柜，使乙炔氣體得到進(jìn)一步的回收利用。

（2）把進(jìn)氣量編入到控制程序中，與時(shí)間累計(jì)同步控制，進(jìn)氣累計(jì)量?jī)?yōu)先控制，當(dāng)吸附氣量達(dá)到預(yù)設(shè)量而時(shí)間沒(méi)有到時(shí)，首先進(jìn)入到下一塔吸附。

（3）把吸附塔頂溫度編入到控制程序。根據(jù)近一年的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)吸附塔塔頂溫度升高時(shí)，說(shuō)明吸附層已經(jīng)升到了測(cè)溫點(diǎn)附近，已經(jīng)接近全部吸附飽和，如繼續(xù)進(jìn)行吸附，則吸附后尾氣可能超標(biāo)。此項(xiàng)控制應(yīng)優(yōu)先于預(yù)設(shè)量控制及時(shí)間控制，進(jìn)入下一塔吸附。

（4）在吸附塔內(nèi)設(shè)置多個(gè)測(cè)溫元件，以便從計(jì)算機(jī)顯示屏，直接觀測(cè)吸附層的上移位置情況，又可防止吸附層穿透，造成尾氣排放超標(biāo)情況。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）變溫變壓吸附技術(shù)在精餾尾氣回收方面收效甚大，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，收回投資成本。

（2）裝置運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍較大，經(jīng)吸收后的尾氣符合國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)率達(dá)99%以上。

（3）經(jīng)運(yùn)行證明，此裝置和膜分離技術(shù)及變壓吸咐技術(shù)相比較，具有吸咐時(shí)間長(zhǎng)、吸咐徹底且穩(wěn)定等特點(diǎn)，比較適用于聚氯乙烯生產(chǎn)。

Rectified tail gas recycled by temperature and pressure swing adsorption in PVC production

SONG Li-jun
(Heilongjiang Chemical and Industry Co.,Ltd.,Harbin 150000,China)

The application status of temperature and pressure swing adsorption was introduced.The adjustment and innovation were also discussed.

PVC;rectified tail gas;temperature and pressure swing;adsorption technology

TQ325.3

B

1009－1785(2011)11-0011-03

2011-07-06