紀(jì)曉玲，張 芳，羅蓮英

（新疆中泰礦冶有限公司，烏魯木齊 830009）

1 氯乙烯工藝及尾氣的來(lái)源

在聚氯乙烯生產(chǎn)工藝中，乙炔和氯化氫在觸媒作用下生產(chǎn)氯乙烯單體，氯乙烯單體通過(guò)精餾凈化成精單體，精單體送往聚合釜添加各種助劑聚合后生成聚氯乙烯樹(shù)脂見(jiàn)圖1。

在整個(gè)工藝中自單體壓縮工序來(lái)的氣相氯乙烯經(jīng)全凝器冷凝，絕大部分的氯乙烯冷凝為液相的氯乙烯單體，液相氯乙烯單體經(jīng)水分離器排除水分進(jìn)入低沸塔，精餾去除乙炔等低沸點(diǎn)物質(zhì)，全凝器不凝氣體主要是氫、氮?dú)狻⒀?、少量乙炔和氯乙烯氣體。這些不凝氣體經(jīng)尾氣冷凝器，用-35℃鹽水冷凝分離氯乙烯，冷凝回收尾氣中大部分氯乙烯后排出。不凝性氣體排空時(shí)，尾氣中夾帶的氯乙烯體積分?jǐn)?shù)在5%～20%。在生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)氯乙烯在尾氣中的體積分?jǐn)?shù)低于5%時(shí)，由于尾氣冷凝器的對(duì)流給熱系數(shù)急劇下降，即使冷量非常充足也很難將尾氣中低含量的氯乙烯冷凝下來(lái)。只有采取其他更經(jīng)濟(jì)、有效的操作單元回收尾氣中的氯乙烯、乙炔。不凝氣體和無(wú)法冷凝的氯乙烯、乙炔氣體混合形成精尾氣的原料氣，需要輸送到尾氣回收裝置。

圖1 變壓吸附工藝流程簡(jiǎn)圖

2 3種工藝及比較

中泰化學(xué)集團(tuán)有限責(zé)任公司從1995年開(kāi)始生產(chǎn)，先后使用了活性炭吸附、膜法回收、變壓吸附等工藝技術(shù)。

（1）活性炭吸附工藝

原理：活性炭是多孔型固體，比表面積可達(dá)100 m2/g?；钚蕴课绞寐纫蚁﹩误w在活性炭表面上高選擇吸附這一原理，對(duì)精餾尾氣中的VCM及乙炔、氮?dú)?、氫氣等不凝氣體的吸附能力隨其沸點(diǎn)的升高而加大。

特點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單，工藝成熟，技術(shù)可靠，裝置投資小，見(jiàn)效快，但需要冷鹽水、蒸汽、熱空氣、冷空氣、氮?dú)?，?dòng)能消耗大，工藝操作復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）有機(jī)膜法回收工藝

原理：膜法有機(jī)蒸汽分離是基于溶解-擴(kuò)散機(jī)理，氣體先溶解在膜表面，然后沿其在膜表面的濃度梯度擴(kuò)散傳遞，它的溶解選擇是分子大、沸點(diǎn)高的組分在膜內(nèi)的溶解度大，容易透過(guò)膜，在膜的滲透測(cè)得到富集。而分子質(zhì)量小、沸點(diǎn)低的組分在膜內(nèi)的溶解度小，不易通過(guò)膜直接排放。

特點(diǎn)：膜法回收裝置占地面積小，動(dòng)能消耗少，回收率約90%，可自動(dòng)化運(yùn)行，操作簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是尾氣壓力波動(dòng)會(huì)影響滲透效果，不凝氣體富積在一級(jí)膜滲透測(cè)，影響轉(zhuǎn)化器的處理能力，同時(shí)還會(huì)影響全凝器的換熱效果，造成精餾系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，操作彈性小，原料氣帶液時(shí)會(huì)永久損壞膜。

（3）變壓吸附工藝

原理：當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)到固體吸附劑表面時(shí)，由于固體吸附劑表面的作用力，氣體分子便會(huì)聚集在固體表面，這些分子在固體表面的濃度會(huì)顯著增大。這種現(xiàn)象稱為氣體分子在固體表面的吸附。在一定條件下（如溫度、壓力的改變）固體表面吸附的分子會(huì)重返氣體中，這一過(guò)程叫解吸。

特點(diǎn)：變壓吸附回收氯乙烯單體是目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)中處理精餾尾氣最先進(jìn)的工藝，被此行業(yè)普遍應(yīng)用。回收率高＞99.99%，可達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求 VCM＜36 mg/m3，C2H2＜130 mg/m3。同時(shí)，吸附劑使用壽命可達(dá)10年以上，全自動(dòng)操作，能耗小。

綜上所述，活性炭吸附工藝流程簡(jiǎn)單、投資小，但能耗大、勞動(dòng)強(qiáng)度大；膜法回收工藝較先進(jìn)，裝置占地面積小，動(dòng)能消耗小，操作便捷，但操作彈性小，膜易損壞增加成本；變壓吸附操作簡(jiǎn)便，能耗小，使用壽命長(zhǎng)，而且裝置越大成本越低。

3 變壓吸附裝置的應(yīng)用[1]

變壓吸附裝置可在氯乙烯精餾尾氣中分離乙炔、氯乙烯并加以回收利用，凈化后其他組分送入變壓制氫裝置，進(jìn)行氫氣的回收，其他氣體排空。

使凈化氣中含氯乙烯≤36 mg/m3；氯乙烯+乙炔回收率≥99.5%；氯乙烯回收率≥99.9%，解吸氣中氧氣含量增加≯1.0%，并使解吸氣返回系統(tǒng)。

原料氣由吸附塔由下而上通過(guò)吸附床層，其中強(qiáng)吸附組分氯乙烯、乙炔等均被吸附劑吸附，停留在床層內(nèi)，弱吸附組分H2、N2、O2從吸附床層上部流出成為符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的合格的尾氣—凈化氣；當(dāng)吸附塔上部出口氯乙烯含量接近≥36 mg/m3時(shí)，該塔停止吸附操作，關(guān)閉吸附塔進(jìn)出口閥轉(zhuǎn)為再生；為了保證凈化氣符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)和確保安全生產(chǎn)，在凈化氣出口和真空泵出口對(duì)雜質(zhì)組分氯乙烯、乙炔、氧氣進(jìn)行檢測(cè)。

4 分析方法對(duì)凈化效果的分析評(píng)價(jià)

中泰化學(xué)自2008年投運(yùn)變壓吸附裝置以來(lái)，系統(tǒng)一直運(yùn)行平穩(wěn)。設(shè)備對(duì)氯乙烯精餾尾氣的凈化達(dá)到了國(guó)家環(huán)保排放要求。在這幾年的運(yùn)行過(guò)程中，主要以中控中心對(duì)尾氣排放進(jìn)行定期分析，根據(jù)分析結(jié)果檢查和驗(yàn)證變壓吸附裝置的效果，同時(shí)在變壓吸附裝置發(fā)生異常時(shí)給予指導(dǎo)操作。

通過(guò)凈化前、后分析數(shù)據(jù)對(duì)比討論，變壓吸附裝置在平穩(wěn)運(yùn)行及設(shè)備運(yùn)行異常情況下數(shù)據(jù)所發(fā)生的變化，來(lái)驗(yàn)證凈化效果。通過(guò)分析數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)使用氣相色譜分析法對(duì)乙炔和氯乙烯單體在變壓吸附前后進(jìn)行分析，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2014年2月每日12：00檢測(cè)數(shù)據(jù)

5.2 討論

表1 2014年2月每日12：00檢測(cè)數(shù)據(jù) （ 接 上表）

從上面數(shù)據(jù)分析，在2014年2月6日因變壓吸附原料氣濃度發(fā)生變化，造成吸附凈化后氣體的結(jié)果變大，超出指標(biāo)要求。而在15日后面有幾個(gè)數(shù)值偏大，是由于工藝中對(duì)吸附塔的再生時(shí)間沒(méi)有達(dá)到操作要求。

2008年，中泰化學(xué)投用氯乙烯尾氣變壓吸附裝置以來(lái)，裝置吸附一直平穩(wěn)運(yùn)行，在吸附后出現(xiàn)乙炔、氯乙烯排放未達(dá)到環(huán)保要求，主要造成的原因是變壓吸附的再生時(shí)間不夠。只要操作人員認(rèn)真對(duì)變壓吸附裝置進(jìn)行操作，遇到異常情況給予及時(shí)、正確的處理，此生產(chǎn)裝置完全能夠滿足對(duì)氯乙烯尾氣處理后達(dá)到環(huán)保的要求。

6 結(jié)論

該公司從2008年投用變壓吸附生產(chǎn)裝置以來(lái)，工藝一直比較穩(wěn)定。多年分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，此裝置完全可以達(dá)到對(duì)氯乙烯尾氣的凈化作用，從而使尾氣排放達(dá)到環(huán)保要求。

［1］孫哲進(jìn)，變壓吸附工藝在氯乙烯尾氣回收裝置中的應(yīng)用.環(huán)保與節(jié)能，2010，（4）.