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        低汞觸媒在電石法聚氯乙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用

        2018-06-06 01:42:44徐柯蘇維朵韓鐵生楊永峰
        聚氯乙烯 2018年12期

        徐柯,蘇維朵,韓鐵生,楊永峰

        (陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司,陜西 榆林 719319)

        陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司(以下簡(jiǎn)稱北元化工)擁有100萬t/a電石法PVC生產(chǎn)裝置,第1期為50萬t/a PVC裝置(A、B兩條生產(chǎn)線),第2期亦為50萬t/a PVC裝置(C、D兩條生產(chǎn)線)。2010年,國(guó)內(nèi)采用高汞觸媒(氯化汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%~12%)生產(chǎn)氯乙烯,觸媒平均單耗(指生產(chǎn)1 t PVC的消耗量,下同)1.2 kg,汞單耗平均97.52 g。北元化工響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,2015年4月全面使用低汞觸媒(氯化汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.0%~6.5%),2018年低汞觸媒平均單耗為0.83 kg左右,汞單耗在38.8 g,提前實(shí)現(xiàn)了國(guó)家要求的2020年較2010年汞消耗降低50%的目標(biāo)。目前,北元化工第1期、第2期PVC裝置低汞觸媒使用情況良好,均滿負(fù)荷運(yùn)行,生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

        1 低汞觸媒單耗

        觸媒單耗是反映觸媒使用情況的最核心指標(biāo),現(xiàn)對(duì)北元化工2015年4月至2018年10月觸媒單耗情況進(jìn)行總結(jié)分析[1]。2015年4月至2018年10月觸媒單耗數(shù)據(jù)見表1,觸媒單耗曲線見圖1。

        從表1和圖1可以看出:①2015—2016年,觸媒單耗波動(dòng)大、消耗大;②2017年,觸媒單耗有了明顯下降,波動(dòng)也比較小;③2018年,觸媒單耗趨于平穩(wěn),單耗基本維持在0.83 kg左右,較2015年剛開始使用時(shí)大幅度下降。整體來看,北元化工低汞觸媒的使用朝著好的方向發(fā)展,觸媒單耗趨于穩(wěn)定,客觀地反映出觸媒管理更加科學(xué)。

        表1 低汞觸媒單耗數(shù)據(jù)

        圖1 低汞觸媒單耗曲線

        2 觸媒使用時(shí)間分布

        觸媒使用時(shí)間分布反映了轉(zhuǎn)化器抽翻情況及觸媒使用情況,現(xiàn)對(duì)各觸媒使用時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)化器的分布情況進(jìn)行分析。

        北元化工PVC產(chǎn)能100萬t/a,按每月PVC產(chǎn)量90 000 t,觸媒單耗0.83 kg,每臺(tái)轉(zhuǎn)化器裝填觸媒5 t計(jì)算,設(shè)每月須裝填新觸媒轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)為x,(x×5×1 000)/90 000=0.83,則x=15(臺(tái))。因此每條線每月須裝填新觸媒轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)3~4臺(tái),后臺(tái)轉(zhuǎn)化器翻倒至前臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒臺(tái)數(shù)3~4臺(tái)(每條生產(chǎn)線有34臺(tái)前臺(tái)轉(zhuǎn)化器、34臺(tái)后臺(tái)轉(zhuǎn)化器)。以觸媒單耗0.83 kg為例,每條生產(chǎn)線觸媒使用時(shí)間與轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)理論分布見表2,觸媒使用時(shí)間與轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)實(shí)際分布見圖2。

        由表2及圖2可以看出:轉(zhuǎn)化器每條生產(chǎn)線每2月抽翻臺(tái)數(shù)均在8臺(tái)左右,實(shí)際整體分布與理論分布基本吻合,說明轉(zhuǎn)化器觸媒時(shí)間分布比較合理、規(guī)律。

        從圖2還可以看出:觸媒使用時(shí)間在12 960 h以上的轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)每條線在3~4臺(tái),均在1個(gè)月的抽翻計(jì)劃內(nèi),由此可得目前北元化工低汞觸媒使用時(shí)間在12 960+720=13 680(h)左右,這與目前觸媒平均單耗0.83 kg的理論分布使用時(shí)間一致。進(jìn)而說明了目前觸媒管理、更換的科學(xué)性。

        表2 觸媒使用時(shí)間與轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)理論對(duì)照

        圖2 觸媒使用時(shí)間與轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)實(shí)際分布

        Fig.2 Servic lives of catalysts versus pratical converter numbers

        3 單臺(tái)轉(zhuǎn)化器乙炔含量

        單臺(tái)轉(zhuǎn)化器乙炔含量能夠直觀地反映出目前觸媒的使用情況,以下對(duì)每條線單臺(tái)轉(zhuǎn)化器乙炔含量進(jìn)行分析。

        由于前臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒使用時(shí)間小于5 760 h,而后臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒使用時(shí)間大于7 200 h的臺(tái)數(shù)較少,對(duì)比性不強(qiáng),因此只對(duì)后臺(tái)轉(zhuǎn)化器0~7 200 h及前臺(tái)轉(zhuǎn)化器5 760~12 960 h各時(shí)間段轉(zhuǎn)化器乙炔含量平均值進(jìn)行對(duì)比(一般觸媒在后臺(tái)轉(zhuǎn)化器使用一半時(shí)間后倒翻至前臺(tái)轉(zhuǎn)化器再使用一半時(shí)間,只有后臺(tái)轉(zhuǎn)化器裝填新觸媒)。各觸媒使用時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)化器乙炔含量見表3,曲線見圖3。

        圖3 各觸媒使用時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)化器乙炔含量曲線

        Fig.3 Curve of acetylene content in converters at different catalyst service periods

        由表3和圖3可以看出:每條生產(chǎn)線前后臺(tái)轉(zhuǎn)化器乙炔含量均在指標(biāo)范圍內(nèi),乙炔含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變高,這與觸媒使用規(guī)律(隨著觸媒使用時(shí)間的延長(zhǎng),乙炔含量高,待抽翻)基本吻合。后臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒使用時(shí)間在5 760~7 200 h后,乙炔含量明顯上升(>2%),待倒翻;前臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒使用時(shí)間在11 520~12 960 h后,乙炔含量明顯上升(>20%),待抽翻。目前,轉(zhuǎn)化后粗VCM含乙炔質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本在3%以內(nèi),說明目前轉(zhuǎn)化系統(tǒng)運(yùn)行良好。

        4 轉(zhuǎn)化后總管乙炔含量

        轉(zhuǎn)化后總管乙炔含量是轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的重要指標(biāo),反映了轉(zhuǎn)化系統(tǒng)整體運(yùn)行水平,直接反映觸媒使用情況,并可判斷觸媒目前單耗的合理性,進(jìn)而整體評(píng)估觸媒的抽翻情況。現(xiàn)對(duì)2018年9月4條生產(chǎn)線后總管乙炔含量進(jìn)行分析(每條生產(chǎn)線又分為一線和二線),結(jié)果見圖4和表4。

        由表4及圖4可得:每條生產(chǎn)線后總管乙炔質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本分布在2%以內(nèi),均小于指標(biāo)(3%)。說明目前轉(zhuǎn)化系統(tǒng)整體運(yùn)行良好,未出現(xiàn)因降低觸媒單耗而犧牲轉(zhuǎn)化率的情況。

        圖4 總管乙炔含量柱狀圖

        Fig.4 Bar chart of acetylene content in main pipe

        表4 總管乙炔含量數(shù)據(jù)Table 4 Data of acetylene content in main pipe %

        5 原料氣總管壓力

        原料氣總管壓力反映了轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可承載負(fù)荷大小和轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度情況,現(xiàn)對(duì)每條線在滿負(fù)荷情況下氯化氫總管壓力進(jìn)行對(duì)比分析(原料氣乙炔和氯化氫總管壓力是成比例的,因此這里只分析氯化氫總管壓力即可)。2018年9月各條生產(chǎn)線氯化氫總管壓力數(shù)據(jù)見表5、圖5。

        由表5及圖5可以看出:4條生產(chǎn)線氯化氫總管壓力基本集中在35~40 kPa(指標(biāo)≤50 kPa),壓力比較平穩(wěn),說明系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定,但是壓力普遍偏高,說明轉(zhuǎn)化器數(shù)量有限,系統(tǒng)壓力調(diào)整彈性小,這也是進(jìn)一步降低觸媒單耗的一項(xiàng)硬性限制因素。

        表5 各條生產(chǎn)線氯化氫總管壓力數(shù)據(jù)Table 5 Data of pressure in hydrogen chloride main in different production lines kPa

        圖5 各條生產(chǎn)線氯化氫總管壓力曲線

        Fig.5 Curves of pressure in hydrogen chloride main

        in different production lines

        6 二氯乙烷產(chǎn)率

        二氯乙烷產(chǎn)率反映了轉(zhuǎn)化器內(nèi)副反應(yīng)情況,間接地反映了轉(zhuǎn)化器溫度情況及轉(zhuǎn)化器觸媒抽翻安排的合理性?,F(xiàn)將2016年1月到2018年10月的二氯乙烷產(chǎn)率進(jìn)行分析,結(jié)果見圖6、表6。

        從圖6及表6可以看出:二氯乙烷產(chǎn)率2016年平均為1.39‰,2017年平均為1.26‰,2018年為1.21‰,產(chǎn)率逐年下降。2018年產(chǎn)率基本穩(wěn)定在1.2‰左右,反映出轉(zhuǎn)化器整體副反應(yīng)減少,即轉(zhuǎn)化器溫度降低,這與觸媒消耗降低相符。

        圖6 二氯乙烷產(chǎn)率曲線

        Fig.6 Curve of dichloroethane yield

        表6 二氯乙烷產(chǎn)率數(shù)據(jù)

        7 觸媒倒翻情況

        根據(jù)觸媒倒翻時(shí)的觸媒使用時(shí)間及倒翻時(shí)含汞量,可間接判斷出觸媒使用時(shí)間。下面以目前觸媒翻倒情況進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)見表7。

        由表7可以看出:觸媒倒翻時(shí)間為6 200 h左右,后臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒含汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.8%左右,使用時(shí)間是觸媒使用壽命的50%,側(cè)面反映了目前觸媒使用的規(guī)律性及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

        表7 觸媒倒翻數(shù)據(jù)

        8 結(jié)語

        北元化工低汞觸媒的使用經(jīng)過了2015—2016年的適應(yīng)期,觸媒單耗高,運(yùn)行波動(dòng)大;到2017年低汞觸媒使用漸入佳境,基本運(yùn)行平穩(wěn),觸媒單耗基本維持在0.90 kg左右;進(jìn)入2018年觸媒管理水平進(jìn)一步提高,觸媒單耗基本穩(wěn)定在0.83 kg,汞單耗在38.8 g,提前實(shí)現(xiàn)了國(guó)家要求的2020年較2010年汞消耗降低50%的目標(biāo)。

        從觸媒使用時(shí)間分布看,轉(zhuǎn)化器觸媒抽翻規(guī)律性強(qiáng),每條生產(chǎn)線轉(zhuǎn)化器觸媒形成了固定的時(shí)間梯度。從單臺(tái)轉(zhuǎn)化器乙炔含量、總管乙炔含量、二氯乙烷產(chǎn)率、倒翻時(shí)觸媒使用情況,可以得到觸媒單耗在目前工況下,常規(guī)操作使觸媒單耗降低空間已不大。要進(jìn)一步降低觸媒消耗,須提高觸媒本身性能,對(duì)目前生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)一步改造優(yōu)化。利用好管理人員的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和崗位人員的精心操作,進(jìn)一步做好低汞觸媒高效應(yīng)用,為無汞化生產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

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