提高清凈塔、堿洗塔效率的研究與應(yīng)用

王 剛，任保增，陳國君，張聚剛

（1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南 平頂山 467001）

在聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)中，塔類設(shè)備眾多，如何提高其利用效率和安全系數(shù)，增大處理能力，是聚氯乙烯行業(yè)持續(xù)發(fā)展需要共同探討的問題。河南神馬氯堿化工股份有限公司通過多年的生產(chǎn)實踐，對乙炔清凈工序的清凈塔和氯乙烯凈化工序的堿洗塔實施改造，在提高塔類設(shè)備效率方面積累了一些經(jīng)驗，供同行參考。

1 清凈塔、堿洗塔的作用及存在問題

乙炔發(fā)生工序和氯乙烯凈化工序是樹脂生產(chǎn)的上道工序，具有十分關(guān)鍵的地位。近年來，神馬氯堿化工公司多次技術(shù)改造，先后引進(jìn)了離子膜生產(chǎn)裝置、變壓吸附裝置、實施聚合密閉進(jìn)料工藝、水洗三合一塔工藝，使前后工序在技術(shù)及裝備上均達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。相對而言，乙炔清凈塔和氯乙烯凈化堿洗塔系統(tǒng)阻力較大，處理能力低下，與整個生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力不匹配。因此，對該工序進(jìn)行技術(shù)改造非常必要。

該公司采用電石法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂，電石遇水反應(yīng)生成粗乙炔氣，由于電石內(nèi)雜質(zhì)（系由電石原料焦炭與石灰中帶入）的緣故，乙炔氣常含有硫化氫、磷化氫、氨、砷化氫等雜質(zhì)氣體。會對氯乙烯合成的氯化汞催化劑進(jìn)行不可逆吸附而使催化劑 “中毒”，破壞其“活性中心”，加速催化劑活性的下降，其中，磷化氫（特別是P2H4）會降低乙炔氣自燃點，與空氣接觸會自燃，應(yīng)徹底清除。而公司原有設(shè)計清凈塔（脫硫、磷用設(shè)備）存在以下不足：塔內(nèi)填料易結(jié)垢，塔阻力過大，造成系統(tǒng)壓力過高，無法滿足大流量生產(chǎn)的需要；塔板設(shè)計不合理，為維持塔底液位，循環(huán)泵出口閥門不能全開，造成上塔水量減小，影響清凈效果；氣泡夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，易形成液泛，影響正常操作；硫磷脫除不徹底，威脅安全生產(chǎn)；更換填料頻繁，每年需更換3次。

氯乙烯凈化工序的堿洗塔的作用主要是吸收合成后粗氯乙烯氣體中的CO2和HCl，屬于化學(xué)吸收。在精餾過程中，CO2沸點（101.3 kPa，-78.2℃）遠(yuǎn)低于氯乙烯沸點（101.3 kPa，-13.9℃），屬低沸點惰性氣體，此種不凝性氣體含量雖低，卻能在精餾系統(tǒng)的冷凝設(shè)備如全凝器和尾氣冷凝器中產(chǎn)生不良后果。使冷凝壁面上存在一層氣膜，導(dǎo)致冷凝時的給熱系數(shù)顯著下降，妨礙VCM的換熱和液化，加大氯乙烯分餾尾氣損失。HCl吸收水分形成的鹽酸具有強烈的腐蝕性，對管道和設(shè)備造成較大的破壞，HCl吸收不徹底，造成機前含酸，存在極大安全隱患。因此，粗氯乙烯氣體中的CO2和HCl必須徹底脫除。原設(shè)計的堿洗塔存在以下不足：轉(zhuǎn)化壓力較高，流量無法提高，影響PVC產(chǎn)量；易蓬塔，造成轉(zhuǎn)化系統(tǒng)壓力短時間內(nèi)迅速升高，威脅安全生產(chǎn)；操作難度大，堿洗泵循環(huán)量不易控制；吸收效果差，對異常狀況的緩沖時間短，容易出現(xiàn)安全事故；更換填料頻繁，平均每年3次以上，增加運行成本。

2 主要研究內(nèi)容、途徑和技術(shù)路線

神馬氯堿化工公司結(jié)合本公司實際，在乙炔工段、氯乙烯工段，將原有的清凈塔和堿洗塔進(jìn)行工藝改造，通過改造，塔板和液體分布器，選用合適的塔填料，提高塔的處理能力，清凈塔去除硫磷更加徹底，粗氯乙烯氣體中的CO2和HCl得到了很好的吸收，改善了操作環(huán)境。

新技術(shù)的優(yōu)點是：（1）清凈塔、堿洗塔循環(huán)泵循環(huán)量明顯加大，保證了傳質(zhì)效果；（2）塔壓降明顯降低，操作彈性加大；（3）消除了蓬塔現(xiàn)象，提高了安全系數(shù)；（4）降低了填料更換頻次。

3 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）塔壓降由10 kPa降為5 kPa以下。

（2）塔底部循環(huán)泵流量由25～30 m3/h提高到75～100 m3/h。

（3）塔的處理能力由原設(shè)計10萬t PVC/a提高到12萬t PVC/a。

（4）塔填料更換頻次由每年三四次變?yōu)槊磕?次。

4 項目創(chuàng)新點

（1）將塔填料由 50 mmPVDF鮑爾環(huán)更換為CPVC組片式波紋規(guī)整填料，其單片結(jié)構(gòu)是由2組波紋交錯疊加后規(guī)則取舍所形成的圖形，側(cè)向投影形狀為2條互相交錯的波紋狀折線。組片式波紋填料是化工分離技術(shù)領(lǐng)域的一項重大技術(shù)成果，具有世界領(lǐng)先水平。與常見的化工波紋填料相比，改變了通常波紋形狀，產(chǎn)生了使氣液按最優(yōu)的流路流動，成功地解決了效率與通量的矛盾，具有更加優(yōu)良的化工分離性能，分離效率提高10%～50%，通量增大20%，壓降降低30%以上。

圖1 改造前的液體分布器

（2）更換塔內(nèi)多孔管式液體分布器（見圖1）為槽式液體分布器（見圖2），這種分布器具有多功能、低占位、抗臟堵、防夾帶、盛漏液、布?xì)饩?、布液勻、混合平、壓降低、投資省、用途廣等優(yōu)良的綜合性能：解決了由于分布器設(shè)計不當(dāng)，液體分布不均，填料層內(nèi)的有效濕潤面積減少，偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象加劇及多孔管式分布器管壁上小孔容易堵塞等問題，傳質(zhì)分離效果明顯改觀。

（3）將塔內(nèi)支承板由條形升氣管型（見圖3）更換為柵板型（見圖4），這種支承板符合該公司的工況，能夠保證氣液順利通過，解決了條形升氣管型支承板易堵塞、易形成液泛、塔壓降大等難題。

5 改造效果

該項目實施后，清凈塔、堿洗塔裝置運行平穩(wěn)，摸索出最佳的工藝參數(shù)，樹脂生產(chǎn)線塔類設(shè)備效率低的技術(shù)難題，塔壓力降由10 kPa降為2.5 kPa，確保了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行；塔底部循環(huán)泵流量由25～30 m3/h提高到平均80 m3/h；塔的處理能力由原設(shè)計10萬t PVC/a提高到12萬t PVC/a。

6 效益分析

6.1 直接經(jīng)濟效益

（1）該項目實施后，使塔的處理能力由原設(shè)計的10萬t PVC/a提高到12萬t PVC/a，噸樹脂凈利潤按100元計算，全年多產(chǎn)樹脂創(chuàng)造的效益為：

2萬t×100元/t=200（萬元）。

（2）減少填料更換產(chǎn)生的費用（不包括人工和工程費用）。每立方米PVDF鮑爾花環(huán)價格為1.2萬元，則減少的費用為：3.14×0.92×4.5×2×1.2=27.5（萬元）。

（3）年創(chuàng)造的直接效益為200萬元+27.5萬元= 227.5（萬元）。

通過改造，清凈塔去除硫磷更加徹底，粗氯乙烯氣體中的CO2和HCl得到了很好的吸收，改善了操作環(huán)境，提高了塔的處理能力。成功地解決了效率與通量的矛盾，使塔器具有更加優(yōu)良的分離性能；傳質(zhì)分離效果明顯改觀。