氯乙烯凈化脫水循環(huán)氣工藝改進(jìn)

郭成軍，劉勝軍

（天偉化工有限公司，新疆 石河子832000）

電石法生產(chǎn)聚氯乙烯過程中，氯乙烯單體需經(jīng)過水堿洗工段除雜處理，但同時除雜過程中會將水分帶入系統(tǒng)。系統(tǒng)的水分會對聚氯乙烯的生產(chǎn)造成多種影響，首先，會導(dǎo)致氯乙烯單體水解生成低聚合度的氯乙烯過氧化物；其次，含水易產(chǎn)生鐵離子，鐵離子會使纖維素類分散劑絮凝，易產(chǎn)生粗料；過氧化物進(jìn)一步水解反應(yīng)產(chǎn)生氯化氫遇水溶解成酸，腐蝕設(shè)備、管線，使反應(yīng)體系pH 值降低。

行業(yè)中大多采用2 種方法，一種是采用固堿干燥器，一種采用凈化脫水工藝。由于固堿干燥劑普遍采用片堿做為干燥劑使用，機(jī)械強(qiáng)度低、重量輕，容易帶入下道工序，并且干燥劑吸水后容易結(jié)塊造成單體走偏流無法保證干燥效果持續(xù)穩(wěn)定。凈化脫水工藝作為一種新型脫水工藝，憑借其運行穩(wěn)定、脫水效果顯著等優(yōu)點受到化工企業(yè)的青睞。

新疆天業(yè)集團(tuán)天偉化工有限公司針對氯乙烯單體脫水的問題，引進(jìn)了氯乙烯凈化脫水工藝，運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)凈化脫水工藝在用干燥氣氯乙烯氣體對干燥塔所吸附的水分熱吹脫水時，干燥氣溫度加熱到120 ℃左右， 氯乙烯氣體會釋放出微量的HCl 氣體，被脫吸水吸收后生成鹽酸，使脫吸水顯酸性，長期運行會腐蝕碳鋼設(shè)備、管道，嚴(yán)重影響變溫吸附脫水裝置的安全、穩(wěn)定運行。

1 凈化脫水工藝介紹

1.1 原理

變溫吸附脫水工藝是利用專用吸附劑對混合氣中的水分通過吸附劑的特殊選擇性，在不同條件下對水分的吸附量存在較大差異而實現(xiàn)對含水氣體分離凈化。采用溫度控制的方法，在溫度較低時，吸附劑吸水，通過加熱升溫使吸附劑再生，從而可以循環(huán)使用，通常這種吸附可循環(huán)使用3～5 年。整套工藝裝置利用專用吸附劑吸附混合氣中的水分。吸附劑水分在干燥階段除去，并在吸附塔出口得到指標(biāo)合格的原料氣；當(dāng)吸附塔內(nèi)吸附劑吸附的水分達(dá)到一定程度時，進(jìn)入解吸再生過程，從干燥塔底部解吸出來的氣體分離除掉液態(tài)水分和雜質(zhì)后回收利用。

1.2 工藝介紹

氯乙烯凈化工藝吸附塔循環(huán)經(jīng)歷5 個步驟。（1）干燥。 來自壓縮的氯乙烯氣體進(jìn)入吸附塔，在此除掉大部分的水和雜質(zhì)組分， 被凈化干燥后的氯乙烯氣體從干燥器A 頂部出來送往后工序使用；（2）降壓。干燥步驟結(jié)束后吸附塔壓力下降到一定壓力范圍內(nèi)；（3）熱吹。吹掃氣經(jīng)過加熱器加熱后，對吸附塔進(jìn)行吹掃，在此過程中干燥劑內(nèi)的水分被氣體帶出，使吸附劑再生；（4）冷吹。吸附塔熱吹結(jié)束后，再生氣進(jìn)入吸附塔，對吸附塔進(jìn)行冷吹，然后進(jìn)入加熱器；（5）升壓。吸附塔冷吹結(jié)束后，引用少量的產(chǎn)品氣對吸附塔升壓，將壓力升至干燥操作壓力。自此吸附塔進(jìn)入下一輪循環(huán)，變溫脫水工藝流程圖見圖1。

圖1 變溫脫水工藝流程圖

該廠凈化脫水裝置選用的干燥氣為原料氣氯乙烯，經(jīng)過一段時間的運行觀察發(fā)現(xiàn)，凈化脫水工藝在用氯乙烯氣體對干燥塔所吸附的水分熱吹脫水時，脫吸水pH 值顯酸性，見表1。

表1 脫吸水pH值統(tǒng)計

從表1 可以看出，脫吸水pH 值顯示為酸性。由于工藝設(shè)備、管道多為碳鋼設(shè)備，將不可避免造成設(shè)備、管道嚴(yán)重腐蝕，企業(yè)因此需投入大量人力物力進(jìn)行維護(hù)檢修，為安全生產(chǎn)埋下隱患。

天偉化工有限公司針對上述難題，在原工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)研究，并最終確定將干燥氣氯乙烯氣體改用氮氣，并在工藝流程上進(jìn)行調(diào)整。

2 改造后工藝

改造后凈化脫水工藝采用氮氣循環(huán)對吸附塔進(jìn)行熱吹、冷吹、脫水。吸附塔循環(huán)經(jīng)歷以下步驟：來自壓縮的氯乙烯氣體進(jìn)入吸附塔，在此除掉大部分的水的雜質(zhì)組分，干燥后的氣體從干燥塔出口引出，在此原料氣中的水分被干燥劑脫除，脫除水分后做為產(chǎn)品氣送往單體精制使用。

待干燥塔吸附飽和以后，終止吸附，該干燥器進(jìn)入逆放步驟。逆放時，存留在干燥器內(nèi)的氯乙烯、部分水分等通過相應(yīng)管道回收至粗氯乙烯氣柜，逆放至常壓后，利用增壓機(jī)（真空泵）將殘存在干燥器及管道內(nèi)的氯乙烯等氣體抽空回收至粗氯乙烯氣柜，抽空結(jié)束后，從干燥器頂部自上而下補(bǔ)入適量氮氣對干燥劑進(jìn)行置換沖洗，氮氣經(jīng)加熱器加熱后，從干燥器頂部進(jìn)入，置換為氣直接放空。置換結(jié)束后，利用氮氯將需進(jìn)行冷吹和加熱的再生系統(tǒng)升壓至適當(dāng)壓力，利用增壓機(jī)將氮氣升壓并進(jìn)行冷吹加熱。

當(dāng)吸附在干燥器內(nèi)的水分及雜質(zhì)被加熱再生干凈后，干燥器進(jìn)入冷吹步驟，冷吹結(jié)束后，將干燥器內(nèi)的氮氣通過相慶管道及閥門逆向泄壓排空，當(dāng)壓力降至常壓后，利用真空泵將殘留在干燥器的氮氣抽空后排放。抽空結(jié)束后，利用產(chǎn)品氣自上而下對干燥器升壓到吸附工作壓力，此后，該干燥器又可以再次進(jìn)行吸附處理原料氣，本裝置運行時，每臺干燥器都需錯時經(jīng)歷上述步驟，以達(dá)到連續(xù)處理原料氣和輸出凈化氣的目的，見圖2。

圖2 改造后流程

3 運行效果及存在的問題

（1）裝置改造后經(jīng)過近半年的運行，裝置整體運行穩(wěn)定、良好，氯乙烯含水量可到達(dá)≤80 mg/kg，脫吸水pH 值一直穩(wěn)定在7.5 左右，見表2。

表2 脫吸水pH值統(tǒng)計

（2）由于氯乙烯含水量穩(wěn)定≤80 mg/kg，后續(xù)的精餾系統(tǒng)受益很多，精餾系統(tǒng)管道、設(shè)備自聚的現(xiàn)象沒有發(fā)生，尾氣冷凝器結(jié)冰的情況減少了，儲槽的排污頻次減少了，工人勞動強(qiáng)度降低了，氯乙烯單體的質(zhì)量提高了。

（3）凈化脫水系統(tǒng)改造后，總體運行情況良好，收益顯著，但也存在不足。

a.殘留氮氣多。由于氮氣為惰性不凝氣體，進(jìn)入精餾系統(tǒng)后會加大精餾系統(tǒng)的壓力，增大系統(tǒng)的冷耗，同時會加大精餾尾氣的放空量，造成一定的浪費。通過工藝改進(jìn)，對凈化干燥塔系統(tǒng)殘留的氮氣進(jìn)行抽真空排放處理。大量的氮氣通過真空泵抽真空排出。但還是要殘留一小部分的氮氣不能被完全去除，進(jìn)入到精餾系統(tǒng)中。

b.真空泵閥片維修較為頻繁。使用立式往復(fù)式增壓機(jī)維修較為頻繁，主要是增壓機(jī)進(jìn)、排氣閥使用時間較短，損壞較快，抽氣量波動較大，影響系統(tǒng)熱吹效果。閥片的損壞主要承受2 種載荷，一種是由氣體壓力引起的靜載荷，在靜載荷的作用下，閥片將產(chǎn)生彎曲變形。 由于氣缸內(nèi)的壓力是由較低的吸氣壓力變化到較高的排氣壓力，也由于氣流本身的脈動變化，使閥片承受的載荷具有脈動循環(huán)的特點，在脈動循環(huán)靜載荷的作用下，閥片易出現(xiàn)彎曲疲勞破壞。閥片承受的第二種載荷為撞擊載荷，閥片在這種小能量高頻次撞擊載荷的作用下，很容易出現(xiàn)斷裂破壞，特別是在閥片邊緣存在應(yīng)力集中的地方更易斷裂。

4 結(jié)語

改進(jìn)后的氯乙烯凈化裝置投入運行以來，裝置設(shè)備、管線整體運行平穩(wěn)， 氣體出口含水量保持在≤80 mg/kg，較低的含水量減少了精餾系統(tǒng)自聚現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)備腐蝕率減少，氯乙烯單體質(zhì)量得到保證。自天偉化工樹脂產(chǎn)品投入市場以來，受廣大用戶的歡迎。技術(shù)創(chuàng)新給企業(yè)帶來了實惠，同時也為市場提供了品質(zhì)卓越的產(chǎn)品。在面對瞬息萬變的市場競爭時，只有技術(shù)創(chuàng)新才是企業(yè)制勝的關(guān)鍵！

［1］宋曉玲，袁 勇，曹新峰，王明亮，等.氯乙烯單體脫水工藝的比較.聚氯乙烯，2010，38（7）：12-14.