電石法V C M轉(zhuǎn)化器能力分析

劉慶林

（包頭海平面高分子工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014060）

電石法生產(chǎn)PVC的乙炔工藝分為干法工藝和濕法乙工藝。濕法工藝，工藝相對成熟，最好企業(yè)的電石折標(biāo)單耗為1.35 t/t PVC，汞觸媒單耗為0.8 kg/t PVC；干法乙炔工藝的電石單耗和濕法工藝區(qū)別不大，但汞觸媒單耗卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于濕法乙炔。因此觸媒消耗高，更換頻率大。汞觸媒從使用到失效，經(jīng)歷以下階段：更換、干燥、活化、培養(yǎng)期、壯年期、衰老期，每個階段產(chǎn)能負(fù)荷不同。所以，干法乙炔工藝在VCM轉(zhuǎn)化器設(shè)計上就不能照搬濕法乙炔工藝，同規(guī)模的企業(yè)，干法乙炔的轉(zhuǎn)化器臺數(shù)，要明顯多于濕法乙炔工藝。以下以某氯堿企業(yè)為例，介紹轉(zhuǎn)化器能力的核算方法。

1 某氯堿企業(yè)設(shè)計說明

PVC設(shè)計產(chǎn)能為40萬t/a，VCM轉(zhuǎn)化器64臺，采用前3臺后3臺（或前2臺后2臺）結(jié)構(gòu)布置，見圖1。轉(zhuǎn)化器規(guī)格為?3200mm×3290mm×2680mm× 45 mm，單臺轉(zhuǎn)化器觸媒填充量為7.5 t。運(yùn)行一段時間，表明產(chǎn)能無法達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能。

為確定轉(zhuǎn)化器的數(shù)量，經(jīng)過同行業(yè)對標(biāo)分析，走訪多家氯堿企業(yè)（含干法乙炔工藝和濕法乙炔工藝），濕法乙炔工藝的汞觸媒單耗一般都能做到1 kg/t PVC，而干法乙炔工藝的汞觸媒單耗一般為1.8～2.8 kg/t PVC。該企業(yè)確定按照觸媒單耗為2 kg/t PVC的標(biāo)準(zhǔn)，測算現(xiàn)有64臺轉(zhuǎn)化器的能力，以及要達(dá)到40萬t/a的產(chǎn)能需要的轉(zhuǎn)化器臺數(shù)。

2 轉(zhuǎn)化器能力及臺數(shù)的計算

（1）按照濕法乙炔工藝觸媒單耗1 kg/t PVC，測算現(xiàn)有64臺轉(zhuǎn)化器的產(chǎn)能測算。

a.計算方便，1前臺+1后臺為1組，64臺共計32組，每組設(shè)計最大通量為730 Nm3/h乙炔氣。

b.觸媒翻倒現(xiàn)狀是新觸媒填充后臺，使用1個周期后，前臺失效，后臺觸媒翻到前臺，后臺再填充新觸媒。

假設(shè)觸媒使用周期為N天，即后臺轉(zhuǎn)化器填充新觸媒投入使用到第N天，前臺觸媒失效，將該組轉(zhuǎn)化器切出，對該組轉(zhuǎn)化器進(jìn)行置換、更換、干燥、活化后，投入使用。每個更換周期中各工序耗時和負(fù)荷分析如下：

置換、更換、干燥、活化平均需要6天，負(fù)荷為零；投入使用后第一個10天平均負(fù)荷為50%；投入使用后第二個10天的平均負(fù)荷為80%；失效前最后14天的平均負(fù)荷為60%，投入使用后第21天到第（N-40）天為滿負(fù)荷。

圖1 VCM轉(zhuǎn)化器平面布置圖

轉(zhuǎn)化器有效利用率為：（N-6×100%-10×50%-10×20%-14×40%）/N=（N-18.6）/N×100%。

c.現(xiàn)有64臺轉(zhuǎn)化器設(shè)計產(chǎn)能為40萬t/a，則觸媒翻倒周期、觸媒單耗計算如下：

730×（N-18.6）/N×32×8 000×0.85×62.5/22.4/ 1 000=400 000 t/a

計算得：N=190.76天。

則，轉(zhuǎn)化器利用率為：（N-18.6）/N=90.25%；

1年翻倒觸媒次數(shù)：

8 000/（190.76×24）=1.75（次）；

1年耗用觸媒總量為1.75×7.5×32=419（t）；

觸媒單耗為419×1000/400000=1.0475（kg/tPVC）。

由以上計算可知，觸媒單耗為1.047 5 kg/t PVC時，現(xiàn)有64臺轉(zhuǎn)化器1年（8 000 h計）產(chǎn)能可達(dá)40萬t?？梢姡绻凑諠穹ㄒ胰补に?，觸媒單耗做到1 kg/t PVC，基本能達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能。

（2）按目前的照干法乙炔工藝，觸媒單耗達(dá)到2 kg/t PVC，分析現(xiàn)有64臺轉(zhuǎn)化器的能產(chǎn)并計算所需轉(zhuǎn)化器臺數(shù)。

假設(shè)每組轉(zhuǎn)化器翻倒周期為y天，因每組轉(zhuǎn)化器每次翻倒，前臺觸媒淘汰7.5 t，則每組轉(zhuǎn)化器1個周期內(nèi)產(chǎn)量為7 500/2=3 750（t）。

轉(zhuǎn)化器觸媒翻倒過程如上述濕法乙炔工藝。

在一個觸媒翻倒周期內(nèi)，該組轉(zhuǎn)化器的利用率為（y-18.6）/y；

一個翻倒周期內(nèi)每組轉(zhuǎn)化器產(chǎn)量為：（y-18.6）× 24×730×0.85×62.5/22.4/1 000=3 750（t）；

計算得y=86天，即觸媒翻倒周期為86天。

轉(zhuǎn)化器利用率為（86-18.6）/86=78.372%，現(xiàn)有64臺轉(zhuǎn)化器年產(chǎn)能為730×78.372%×0.85×8 000×62.5× 32/22.4/1 000=34.7（t）。

式中，0.85為乙炔氣一次性轉(zhuǎn)化為氯乙烯效率。

可見，按照干法乙炔工藝目前的觸媒單耗2 kg/t PVC測算，產(chǎn)能40萬t/a需要該規(guī)格轉(zhuǎn)化器臺數(shù)為：64×40/34.7=73.8臺，即在現(xiàn)有64臺的基礎(chǔ)上，需要新增轉(zhuǎn)化器10臺。

3 說明

因目前干法乙炔工藝汞觸媒單耗與濕法乙炔工藝相比有差異，所以在轉(zhuǎn)化器能力設(shè)計上，不可照搬濕法乙炔工藝。以上介紹的轉(zhuǎn)化器能力的測算過程，僅是提供一種測算方法，具體數(shù)據(jù)比如觸媒更換、干燥、活化等工序所耗用時間，不同企業(yè)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修訂。