關(guān)于電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進(jìn)探索

唐彬 （新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司， 新疆 石河子 832000）

關(guān)于電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進(jìn)探索

唐彬 （新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司， 新疆 石河子 832000）

本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)電石法VCM的生產(chǎn)情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)電石法VCM合成改進(jìn)方案進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)例對(duì)VCM合成中反應(yīng)熱計(jì)算及存在的問題進(jìn)行分析，提出解決方案，并對(duì)改進(jìn)后效益進(jìn)行評(píng)估。

電石法；VCM合成；循環(huán)水；工藝；改進(jìn)

本文結(jié)合真實(shí)案例，對(duì)有關(guān)電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進(jìn)方法進(jìn)行分析和探討。

1 國(guó)內(nèi)電石法VCM的生產(chǎn)情況

由于國(guó)際社會(huì)的石油價(jià)格居高不下，石油法生產(chǎn)VCM的相關(guān)原料，包括EDC及乙烯的價(jià)格也隨之升高。2003年EDC的價(jià)格大約是120～150美元/t，2013年初大約550美元/t。乙烯與下游產(chǎn)品PVC的價(jià)格都有漲幅，又由于PVC價(jià)格相對(duì)滯后，導(dǎo)致許多石油法VCM生產(chǎn)公司基本上沒有利潤(rùn)。在國(guó)內(nèi)，主要是以原鹽和電石等為主要生產(chǎn)原料的電石法VCM生產(chǎn)企業(yè)卻尤其突出。我國(guó)電石資源相對(duì)豐富，盡管由于環(huán)境污染及高能耗等問題，我國(guó)曾關(guān)停許多生產(chǎn)能力較小的小電石企業(yè)，導(dǎo)致電石產(chǎn)量驟減，然而隨著電石生產(chǎn)企業(yè)不斷擴(kuò)產(chǎn)、大型電石爐的投用，以及采用密閉生產(chǎn)工藝，導(dǎo)致電石產(chǎn)量逐漸提高，電石供應(yīng)趨于平穩(wěn)，價(jià)格波動(dòng)變小。一些生產(chǎn)規(guī)模大的企業(yè)生產(chǎn)的電石質(zhì)量好而且穩(wěn)定，電石法VCM生產(chǎn)單位因此而減小電石消耗，因此導(dǎo)致PVC獲利空間較大，企業(yè)利潤(rùn)也隨之增加。2010年生產(chǎn)能力為10萬t/a的電石法PVC生產(chǎn)單位獲利潤(rùn)至少3億元以上。這個(gè)數(shù)據(jù)勢(shì)必也刺激國(guó)內(nèi)電石法PVC生產(chǎn)項(xiàng)目會(huì)加大投入。數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，2010年新建及擴(kuò)產(chǎn)的電石法PVC設(shè)備生產(chǎn)能力將突破100萬t/a的大關(guān)。

2 電石法VCM合成改進(jìn)方案

在電石法VCM合成過程中，采用的是高溫沸騰給熱循環(huán)水的生產(chǎn)工藝，共兩組轉(zhuǎn)化器是共同使用一套循環(huán)熱水系統(tǒng)，共由多臺(tái)熱水泵組成。目前而言，設(shè)備由于轉(zhuǎn)化熱水系統(tǒng)水溫度比較高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度不容易被控制，產(chǎn)生極為嚴(yán)重的循環(huán)熱水氣阻現(xiàn)象，對(duì)于設(shè)備轉(zhuǎn)化能力的提高從而產(chǎn)生不利的影響，轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)已經(jīng)成為電石法VCM合成中的瓶頸。

2.1 VCM合成中反應(yīng)熱存在的問題

由于反應(yīng)熱比較多，除了一部分熱量利用轉(zhuǎn)化器從設(shè)備的器壁處散失，大部分熱量仍然是利用循環(huán)水這一途徑被帶走。如果從轉(zhuǎn)化率方面進(jìn)行綜合考慮，水溫要適當(dāng)，一般是處于95～98℃的范圍，如此以來熱水循環(huán)量大約可以估算為2000m3/ h。然而，即使是存在如此大的循環(huán)量，也無法避免一定的熱量在轉(zhuǎn)化器內(nèi)及管道內(nèi)以蒸汽的形式出現(xiàn)，從而導(dǎo)致氣阻的出現(xiàn)，循環(huán)熱水被堵住，通不進(jìn)去，轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度逐漸升高，從而形成了一種惡性循環(huán)，對(duì)于生產(chǎn)負(fù)荷的提升產(chǎn)生重要的影響。

2.2 改進(jìn)理論

常規(guī)工藝由于沒有固堿干燥器，會(huì)造成比較嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕的情況，尤其是塔內(nèi)自聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重，使得設(shè)備運(yùn)行周期變短，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。實(shí)際上最為有效的辦法是把粗氯乙烯利用固堿干燥，脫酸脫水。低沸塔用泡罩塔板，板效率不高，而且容易導(dǎo)致自聚堵塞情況的發(fā)生，而且由河北工業(yè)大學(xué)杜佩衡教授等人研發(fā)的新型垂直篩板塔技術(shù)，在電石法VCM精餾工序中得以應(yīng)用，可以大大提高塔處理的能力，有效減少自聚阻塞，從而促進(jìn)塔板效率的提高，單體中低、高沸物含量接近零?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)電石法VCM工藝低沸塔回流比是0.3，然而從理論計(jì)算及實(shí)際生產(chǎn)方面都證明這不符合科學(xué)道理，主要在于增加熱耗及冷耗。由于一般生產(chǎn)廠家都設(shè)計(jì)尾氣吸附器，低沸塔回流比甚至可以取零值，也就是低沸塔僅僅設(shè)計(jì)提餾段而忽略精餾段，低沸塔出來的尾氣用冷凍鹽水進(jìn)行冷卻，然后直接去尾氣吸附。如此以來可以大大降低低沸塔高度及塔頂冷凝器；減少再沸器及塔因自聚堵塞而清理的次數(shù)。

國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)廠家對(duì)于高沸塔回流比均取值是0.6，這種技術(shù)觀點(diǎn)相對(duì)來說是比較落后。目前采用的是自控系統(tǒng)，自控泵回流技術(shù)能夠使得泡罩塔在回流比為不超過0.3生產(chǎn)的VCM質(zhì)量符合技術(shù)要求，比如在新型垂直篩板塔上更是如此。再沸器熱負(fù)荷控制最為理想的方案就是將入口流量、靈敏板溫度以及加熱蒸汽流量利用串級(jí)控制法從而形成反餾回路環(huán)，能夠讓塔運(yùn)行的更加平穩(wěn)，分離效率更高，而且節(jié)約加熱蒸汽，減少塔釜再沸器自聚堵塞機(jī)會(huì)。國(guó)內(nèi)的一些電石法廠家所設(shè)計(jì)的冷凝器大部分是立式，如果換成臥式，一方面設(shè)備換熱面積得以縮小，裝置制造成本也下降，便于清理及修理，換熱效果相同，更加有利于塔的穩(wěn)定性操作。

2.3 解決方案

2.3.1 增加汽水分離器

因?yàn)檗D(zhuǎn)化器熱水系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其受到非常大的影響，因此需要對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行反復(fù)論證，決定在轉(zhuǎn)化器熱水回水管路上是不是有必要進(jìn)行汽水分離器的設(shè)置，以此達(dá)到蒸汽分離和熱水降溫的目的。當(dāng)熱水進(jìn)入轉(zhuǎn)化器內(nèi)部時(shí)，熱水被吸走一部分反應(yīng)熱之后，少許蒸汽在轉(zhuǎn)化器上部呈現(xiàn)出沸騰的狀態(tài)，并且釋放出一定的壓力，能夠考慮把這些蒸汽，高溫?zé)崴柚诖藟毫υ谄蛛x器內(nèi)進(jìn)行降壓并且釋放，高溫?zé)崴畮ё卟糠譄崃?；同時(shí)始終讓熱水維持溫度在一定的范圍之內(nèi)，熱水再回到轉(zhuǎn)化器，并且循環(huán)往復(fù)。

2.3.2 汽水分離器的安裝要求

汽水分離器的作用不僅于此，同時(shí)也要發(fā)揮出蒸發(fā)室的作用，轉(zhuǎn)化器泄壓之后的沸騰的熱水在分離器內(nèi)釋放出大量蒸汽，蒸汽帶走熱量。同時(shí)由于受到汽液分離所產(chǎn)生的不利（文章題目：關(guān)于電石法VCM合成中循環(huán)水工藝的改進(jìn)探索）影響，汽液分離器里的循環(huán)速度始終不大于1m/h。汽液分離器的高度必須確保轉(zhuǎn)化器里的水處于一個(gè)允許的、可控的范圍之內(nèi)時(shí)不會(huì)發(fā)生沸騰的現(xiàn)象，換言之也就是要處于傳熱面液面下。汽液分離器安裝高度進(jìn)行計(jì)算，可按照以下條件進(jìn)行：循環(huán)水溫差可以取3℃，由飽和蒸汽表查閱后得知，水的沸點(diǎn)在102℃時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓力是110kPa，這一部分所涉及到的壓力由汽液分離器液面高出的水柱進(jìn)行施加。水在1.013×105Pa時(shí)的沸點(diǎn)是100℃，則汽液分離器的安裝高度h=ΔP/ρg=(1.1-1.013)×105÷(1×103×9.8)=0.89(m)。換言之，汽水分離器的安裝高度應(yīng)不小于0.89m。

2.3.3 補(bǔ)償水量核算

由于轉(zhuǎn)化器發(fā)生反應(yīng)，因此其釋放的熱量是利用熱水沸騰蒸發(fā)所帶走，同時(shí)水量也會(huì)因此而大大減少。為了確保熱水循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，在移走熱量的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)要及時(shí)補(bǔ)加熱水。水的蒸發(fā)潛熱是ΔHv=40735.323kJ/kmol，總的反應(yīng)熱為2.51×107kJ/h，因此計(jì)算得知，蒸發(fā)的水量Q補(bǔ)=2.51×107×18×10-3÷40735.323=11.1(m3/h)。如此以來，原本需要7臺(tái)熱水泵才可以完成，改進(jìn)后僅需要1臺(tái)即能夠滿足生產(chǎn)需要。

2.4 效益評(píng)估

（1）改進(jìn)之后，生產(chǎn)負(fù)荷在一定程度上有所提高，C2H2流量從4200m3/h提高到4700m3/h，轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度的控制曲線趨于平穩(wěn)，有效解決反應(yīng)溫度偏高的問題。

（2）減少由于降溫所需要補(bǔ)加的軟水量，從而大大降低軟水的消耗。

（3）改進(jìn)前需要開7臺(tái)熱水泵，改進(jìn)后僅需要1臺(tái)熱水泵即可完成生產(chǎn)工作，按照某趨于電價(jià)0.5元/(kWh)，熱水泵電機(jī)功率是55kW，每年運(yùn)行時(shí)間超過8000h進(jìn)行計(jì)算，可以節(jié)省電費(fèi)大約為(7-1)×55×8000×0.5=132萬(元/a)。

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過對(duì)VCM合成循環(huán)水工藝進(jìn)行整體改進(jìn)，轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)能力得到明顯改善，而且幅度有較大的提高。而且VCM合成控制起來趨于平穩(wěn)，同時(shí)又節(jié)約了水及電等資源，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效益的最大化。

[1]王滿慶，孫劍飛.最大限度降低生產(chǎn)成本是電石法生產(chǎn)PVC企業(yè)的唯一出路[J].聚氯乙烯，2002，(04).

[2]竇道華，杜建銀.電石法PVC優(yōu)化設(shè)計(jì)及清潔生產(chǎn)[J].聚氯乙烯，2004，(02).

[3]薛之化.實(shí)現(xiàn)電石法PVC可持續(xù)發(fā)展的思考[J].聚氯乙烯，2004，(04).

[4]蔡榮.電石法生產(chǎn)PVC需要注意的問題[J].中國(guó)氯堿，2004，(11).