氯乙烯變壓吸附解吸氣回用工藝改造

王 飛

（昊華宇航化工有限責任公司，河南 焦作 454002）

變壓吸附氣體分離技術（簡稱PSA）是利用氣體組分在固體吸附劑上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性，通過周期性的壓力變換過程來實現(xiàn)氣體組分的分離和提純。在變壓吸附法回收氯乙烯精餾尾氣中氯乙烯和乙炔的工藝中，采用復合吸附床，床內分層裝填了數(shù)種經過改性的專用吸附劑。當富含氯乙烯和乙炔的尾氣在一定壓力下通過吸附床時，氯乙烯和乙炔等強吸附組分被專用吸附劑吸附，氮氣、氫氣等通過吸附床后直接排放，排放氣中氯乙烯和乙炔含量完全符合國家規(guī)定的排放標準，而被專用吸附劑吸附截留的氯乙烯和乙炔在解吸過程中被回收，同時吸附劑得到再生，連續(xù)、穩(wěn)定地循環(huán)操作。

1 變壓吸附解吸氣回用流程

1.1 流程簡述

變壓吸附解吸氣回用流程示意圖見圖1。

氯乙烯精餾尾氣作為原料氣進入變壓吸附裝置，經過變壓吸附裝置處理后，尾氣中的氯乙烯和乙炔氣體被吸附劑吸留下來成為解吸氣，解吸氣被送回轉化工序，進入一段轉化器用于氯乙烯合成，其他沒有利用的氣體成為凈化氣，凈化氣直接排空。

變壓吸附解吸氣在回收利用一定周期后，會出現(xiàn)解吸氣夾帶白色粉末的問題，這些白色粉末吸附在轉化觸媒上層，造成轉化器阻力上升，降低生產能力。解吸氣夾帶的白色粉末粒徑極細，約為50 μm，一旦吸附在轉化器觸媒上層并堵塞轉化器 （見圖2），只能采用停運轉化器、抽觸媒、更換觸媒的辦法來解決，按每臺轉化器每次抽取約五百毫米厚度的觸媒（含白色粉末）,補充觸媒按新舊比1∶4裝填，每次需補充75 kg新觸媒，按10萬t/a PVC裝置計算，平均停運轉化器抽觸媒25次/月，新增新觸媒消耗1.8 t/月，年新增觸媒消耗21.6 t，增加費用約一百四十萬元。

2 控制措施及分析

（1）對解吸氣夾帶的白色粉末進行物性分析取白色粉末放入水中，發(fā)現(xiàn)其很快完全溶解。進行定量分析，取白色粉末0.108 6 g溶于水中，采用ICP（等離子發(fā)射光譜法）分析法，檢測結果為：鋁實際峰值過高，遠超過標樣量；鐵為16 078×10-10；鈣為 54 859×10-11；鎂為 8 153×10-11；鎳為 4 239×10-11；鋇為 1 046×10-1）；鉻為 423×10-11。 確定白色粉末為氧化鋁吸附劑。

（2）根據(jù)白色粉末氧化鋁吸收水的特點，考慮用水來吸收解吸氣中的粉末，避免白色粉末帶入轉化系統(tǒng)，但是解吸氣中的水分不達標，會與混合氣中的氯化氫形成鹽酸，使轉化器設備及管線受到嚴重腐蝕，腐蝕物結晶會堵塞管道，威脅正常生產；另外，水分易使觸媒結塊，降低催化劑活性，導致轉化器阻力上升，還會與乙炔發(fā)生反應生成對聚合有害的雜質乙醛，因此，必須嚴格控制解吸氣含水量，滿足≤0.06%的指標要求。

（3）根據(jù)解吸氣中只含氯乙烯和乙炔，常壓下脫水冰點為0℃，要控制解吸氣含水量≤0.06%以下，比較困難，考慮利用氯化氫的吸濕性，產品氣中水分被氯化氫吸收后，呈40%左右的鹽酸酸霧析出，含水量主要取決于該溫度下的蒸汽分壓，即混合氣體溫度越低，水含量也越小，產品氣體中加入氯化氫降低其蒸汽分壓[1]。

擬在解吸氣中通入少量氯化氫氣體來將產品氣冰點降至-18℃左右。理論計算：水的飽和蒸汽壓20℃時為 2 338.59 Pa；30℃時為 4 242.53 Pa，40%鹽酸水蒸汽分壓，-14℃時為18.7 Pa,按解吸氣200 Nm3/h計算，形成40%鹽酸，出口壓力55 kPa，溫度20℃計：

WHCl=0.133 81×18×40%/60%=1.61（kg/h），即在解吸氣中通入氯化氫的量為1.61 kg/h時，可將其夾帶水分除去。

3 解吸氣回用工藝改造

解吸氣回收改造工藝流程見圖3。

精餾變壓吸附解吸氣經羅茨風機加壓后進入水吸收塔，吸收塔內裝填鮑爾環(huán)塑料填料，塔內加入一次水，解吸氣從吸收塔底部進入，與用泵加入的一次水充分接觸后，從頂部送出，吸收塔內水循環(huán)使用，定期更換。解吸氣出吸收塔后，進入氣液分離器，分離器內裝填鮑爾環(huán)塑料填料，用于除去部分水分。在解吸氣管道和氯化氫管道上分別加裝逆止閥防止轉化總管壓力波動。解吸氣出分離器頂部，通過逆止閥進入石墨冷卻器，氯化氫氣體也通過逆止閥進入石墨冷卻器，用-35℃鹽水降溫后，冷凍脫除解吸氣中的水分，除霧器除去夾帶水霧后，進入101#轉化器用活性炭過濾，再經過預熱器升溫進入一段轉化器。

該裝置投入使用后，分析水分為0.04%，在規(guī)定指標范圍內。通過3個月的運行觀察，一段轉化器阻力沒有明顯上升。解吸氣回收工藝改造后的運行情況見表1。

4 生產控制方案

（1）解吸氣經過羅茨風機加壓后，進入吸收塔，控制吸收塔噴淋水量，達到氣液相接觸最佳流量比，充分濕潤填料，實現(xiàn)吸收白色物質的目的，保證羅茨風機的出口壓力為56 kPa，噴淋壓力為0.2 MPa。

（2）通過DCS自動控制，保證深冷裝置溫度控制在（-14±2）℃，同時，控制氯化氫含量為16%～20%。

（3）定時分析深冷裝置后解吸氣含水量，確保在0.06%以下，確保對轉化反應不造成影響。

表1 解吸氣回收工藝改造數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

（4）要注意羅茨風機后壓力，控制風機后壓力不超過60 kPa，確認該裝置除去白色物質的效果。如果發(fā)現(xiàn)阻力上升，則需緊急檢查系統(tǒng)，是否存在水噴淋量小，造成白色物質去除不徹底，堵塞轉化器及管道。

（5）現(xiàn)場巡檢要配合主控人員和根據(jù)分析產品氣含水數(shù)據(jù)，時刻調整氯化氫加入量，保證含水量在指標范圍內。

5 設備投資

主要設備投資表見表2。

表2 主要設備投資表

6 結束語

通過對解吸氣回收工藝進行改造，較好地解決了解吸氣循環(huán)利用影響轉化阻力的問題，有效避免白色粉末對轉化系統(tǒng)造成的影響，基本杜絕了白色粉末堵塞氯乙烯轉化器的問題，保證了生產系統(tǒng)穩(wěn)定運行。同時，減少了轉化器觸媒的裝填頻率，改造前，平均抽轉化器觸媒25次/月，改造后降至1次/月以下，每月少用新觸媒（25-1）×75 kg/1 000=1.8 t，降低了觸媒消耗。經過生產運行驗證，效果較好。