徐國欽，齊念先

(1.平頂山市工業(yè)學校，河南平頂山 467001;2.河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南平頂山 467242)

河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司PVC生產(chǎn)裝置設(shè)計生產(chǎn)能力為30萬t/a，分為一期10萬t/a、二期20萬t/a兩條生產(chǎn)線。10萬t/a生產(chǎn)線于2006年10月投產(chǎn)，其工藝流程為:電石破碎后水解生產(chǎn)乙炔，乙炔加壓進行清凈，制得純度≥98.5%不含S、P的乙炔氣，與氯氫廠送來的純度≥93%的氯化氫氣體先經(jīng)混合脫水，在催化劑觸媒作用下轉(zhuǎn)化合成粗氯乙烯，后經(jīng)加壓精餾，獲得純度≥99.9%的氯乙烯供聚合使用，氯乙烯聚合后經(jīng)汽提、干燥包裝成產(chǎn)品聚氯乙烯出售。

在氯乙烯(VCM)轉(zhuǎn)化合成中共有Φ2400×4810×8的轉(zhuǎn)化器48臺(前、后各24臺)，原采用大流量熱水強制循環(huán)換熱工藝，循環(huán)熱水系統(tǒng)由100 m3熱水槽及10臺熱水泵組成(開8備2)，因熱水泵功率較大(N=110 kW，揚程=50 m，Q=550 m3/h)，使用臺數(shù)多，電能消耗高;同時，熱水補充量大，成本高，制約了企業(yè)進一步的發(fā)展，也不符合公司提出的節(jié)能降耗要求。因此，在2009年5月，公司對VCM合成熱水系統(tǒng)進行了技術(shù)改造，經(jīng)過近幾年的運行，取得了一定的經(jīng)濟效益。

1 處理方法及存在問題

平煤神馬氯堿一期生產(chǎn)線年產(chǎn)10萬t PVC，聚合收率約為98%，需VCM約10.2萬t/a，乙炔流量為4 600m3/h，約合2.054 ×105mol/h，轉(zhuǎn)化器48 臺(前、后各24臺)。乙炔與氯化氫在轉(zhuǎn)化器內(nèi)進行的反應為放熱反應:

計算總反應熱為:Q(總)=2.054×105mol/h×124.8 kJ/mol=2.57 ×107kJ/h。

反應熱除少部分通過轉(zhuǎn)化器外壁向外界擴散外，大部分熱量需要用熱水泵提供的90℃熱水強制循環(huán)帶走，才能使轉(zhuǎn)化器內(nèi)的合成反應得以在規(guī)定溫度范圍內(nèi)繼續(xù)進行。若溫度過高，易使催化劑觸媒內(nèi)吸附的氯化汞升華，隨氣流帶走，降低了催化劑的使用壽命，并且副反應增加，易產(chǎn)生副產(chǎn)品C2H4Cl2，增加消耗;同時，要提高轉(zhuǎn)化率，殼程循環(huán)水的溫度又不能太低，一般控制在90～98℃，熱水在移走轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應熱的循環(huán)過程中有一部分汽化，以蒸汽的形式存在于轉(zhuǎn)化器及管道內(nèi)，產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，影響轉(zhuǎn)化器反應熱及時帶出，從而逐漸影響氯化汞催化劑的使用壽命及轉(zhuǎn)化器壓力，而且管道內(nèi)的蒸汽大量積聚還會造成管道震動大，影響安全生產(chǎn);在熱水循環(huán)過程中水量會因沸騰蒸發(fā)而減少，就需要不斷向熱水槽內(nèi)補充大量水才能保證槽內(nèi)液位，以滿足生產(chǎn)所需水量。

如何及時移走反應熱并將汽化的水冷卻回收，減少循環(huán)水的補充量，保證轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應溫度控制在最佳值，同時減少熱水泵使用臺數(shù)，減少電能消耗是循環(huán)水工藝改造的目的。

2 工藝改造方案

2.1 配置汽液分離器和冷卻塔

根據(jù)實際生產(chǎn)情況及科學論證，公司對VCM轉(zhuǎn)化器強制循環(huán)熱水系統(tǒng)進行了改造，每臺轉(zhuǎn)化器配置一臺汽液分離器(共48臺)，同時安裝一臺冷卻塔。

改造后，新工藝原理是:轉(zhuǎn)化器夾套內(nèi)未達到沸點的熱水受熱達到沸騰后，一部分氣化，形成水蒸氣，一方面在其汽化過程中帶走轉(zhuǎn)化器合成反應產(chǎn)生的大量的熱量;另一方面熱水汽化成水蒸氣后，由于轉(zhuǎn)化器夾套內(nèi)的汽水混合物和循環(huán)管內(nèi)未沸騰的熱水形成密度差，在膨脹動能和密度差的作用下，產(chǎn)生液體的循環(huán);汽水混合物上升到轉(zhuǎn)化器頂部新增的汽液分離器內(nèi)，因減壓而部分汽化達到汽液分離的目的并移走熱量，分離得到的水通過分離器底部借重力回流到轉(zhuǎn)化器殼程繼續(xù)換熱;由于熱水槽位置比汽液分離器的位置高，分離器多余的水無法回到熱水槽內(nèi)，為使熱水能進行循環(huán)，在地面(EL0.00 m)新增回流水槽，使多余的水進入回流水槽;汽液分離器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過分離器頂部的蒸汽管排出，進入冷卻塔下部，在冷卻塔內(nèi)，利用精餾再沸器及混合氣預熱器回路的熱水與進入下部的上升蒸汽逆向接觸換熱，冷凝的熱水從冷卻塔底部排入熱水槽，少量的惰性氣體可從冷卻塔頂部放空。

回流水槽位于地面(EL0.00 m)，原熱水槽位置較高(EL6.00 m)，故在回流水槽出口處增加一臺小水泵(功率:18.5 kW)，將回流水槽內(nèi)的水打入原熱水槽，熱水槽內(nèi)的熱水通過熱水泵輸送至轉(zhuǎn)化器殼程作為補充用水。

轉(zhuǎn)化器熱水自循環(huán)工藝流程如圖1所示:

圖1 轉(zhuǎn)化器熱水自循環(huán)工藝流程

2.2 汽液分離器安裝要求

汽液分離器傳熱面在高于轉(zhuǎn)化器上部一定高度的液面下才能使減壓后的熱水在此汽化釋放蒸汽，移走熱量，它的安裝高度必須科學合理。根據(jù)有關(guān)資料，我們首先對一臺轉(zhuǎn)化器進行改造，生產(chǎn)實踐證明，汽液分離器安裝在轉(zhuǎn)化器上部，距轉(zhuǎn)化器平臺2.5 m處即可滿足工藝要求。

2.3 減少熱水泵使用數(shù)量

因轉(zhuǎn)化器所需的循環(huán)補充水等于水蒸氣帶走的水量，從理論來講，熱水泵只需提供這部分循環(huán)補充水即可滿足生產(chǎn)需求，通過以下理論計算:

經(jīng)查0.1 MPa、100℃時水的汽化潛熱:

據(jù)轉(zhuǎn)化總反應熱為2.57×107kJ/h可知:

蒸發(fā)的水量:

經(jīng)查95℃熱水的密度:ρ=962 kg/m3

循環(huán)需補充熱水的流量為:

但考慮到:轉(zhuǎn)化系統(tǒng)預熱器、精餾系統(tǒng)高、低沸塔再沸器等設(shè)備加熱所需的循環(huán)熱水量，設(shè)備安裝較高及管道等的阻力，使用兩臺熱水泵即可滿足生產(chǎn)需要。

3 經(jīng)濟效益核算

3.1 電能消耗

改造前用8臺熱水泵，改造后用2臺熱水泵(回流水槽出口增加一臺回流水泵，功率:18.5 kW)，熱水泵功率為110 kW，每年工作時間按8 000 h計算:

增加一臺回流水泵年用電:

工業(yè)電按0.5元/(kW·h)計算，每年可節(jié)約電費256.6萬元。

3.2 維修費用

使用8臺熱水泵，每年維修更換備件至少為機封5套/a、葉輪3套/a、軸承5套/a。工藝改造后，因熱水泵的數(shù)量減少為2臺，維修費用每年節(jié)約10萬余元。

4 存在的問題及注意事項

因轉(zhuǎn)化器殼程上熱水回水口距轉(zhuǎn)化器上管板還有280 mm的高度，此次改造并未對轉(zhuǎn)化器熱水回水水口位置進行改造，在實際生產(chǎn)中，因殼程熱水水位較低，循環(huán)過程中產(chǎn)生的蒸汽不能及時排入汽液分離器，一部分蒸汽聚集在轉(zhuǎn)化器熱水回水口上部的殼程，從而在轉(zhuǎn)化器上部發(fā)出較大的震動聲響，公司就此成立攻關(guān)小組，經(jīng)分析、探討，準備在轉(zhuǎn)化器殼程緊貼上管板下部安裝排氣管與升氣管連接，一并進入汽水分離器來解決此問題。在生產(chǎn)過程中，要按時分析熱水的pH值(8～9)及Cl－含量。

5 結(jié)束語

通過對轉(zhuǎn)化器熱水循環(huán)工藝的改進，不僅保證了安全生產(chǎn)，提高了轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)能力，又使轉(zhuǎn)化工藝得到平穩(wěn)控制，同時達到了節(jié)能降耗的目的，生產(chǎn)效益得到提高。轉(zhuǎn)化器熱水自循環(huán)工藝與原來的強制循環(huán)工藝相比，運行成本明顯降低，目前，國內(nèi)越來越多的聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)采用轉(zhuǎn)化器熱水自循環(huán)工藝。