優(yōu)化乙炔清凈及VCM混合脫水工藝降低硫酸消耗

鄒成磊，章璟嵩

（安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 233290）

優(yōu)化乙炔清凈及VCM混合脫水工藝降低硫酸消耗

鄒成磊，章璟嵩

（安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 233290）

介紹了乙炔濃硫酸清凈和VCM混合脫水＋硫酸干燥工藝以及優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝，通過工藝優(yōu)化改造，降低了硫酸消耗。

乙炔濃硫酸清凈；混合冷凍脫水

安徽華塑股份有限公司 （以下簡(jiǎn)稱華塑公司）46萬t/a聚氯乙烯裝置共有2條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為23萬t/a。設(shè)計(jì)時(shí)乙炔清凈采用濃硫酸清凈和堿洗中和工藝，VCM混合脫水采用乙炔和氯化氫混合氣冷凍+濃硫酸干燥脫水工藝。生產(chǎn)運(yùn)行過程中，VCM混合脫水裝置運(yùn)行中出現(xiàn)混合脫水效果差、濃硫酸消耗高、產(chǎn)生的廢酸難以處理等問題，生產(chǎn)難以維持。華塑公司結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝狀況，對(duì)乙炔清凈和VCM混合脫水生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析，于2015年3月將乙炔和HCl混合脫水改造為乙炔和氯化氫單獨(dú)脫水工藝。

1 乙炔濃硫酸清凈、VCM混合脫水＋硫酸干燥工藝

1.1 乙炔濃硫酸清凈工藝

（1）乙炔濃硫酸清凈原理

濃硫酸乙炔清凈技術(shù)充分利用乙炔的強(qiáng)氧化性，氧化脫除乙炔氣中的H2S、PH3等雜質(zhì)氣體，制得純度大于98.5%的精乙炔氣。

3H2S+H2SO4→4H2O+4S

H2S+H2SO4→S+2H2O+SO2↑（少量）

SO2+2H2S→3S+2H2O

H3P+4H2SO4→H3PO4+4H2O+4SO2↑

H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O

H3PO4+3NaOH→Na3PO4+3H2O

SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O

（2）乙炔濃硫酸清凈工藝

來自乙炔發(fā)生崗位的粗乙炔氣經(jīng)水洗塔進(jìn)行降溫冷卻后，送入壓縮崗位進(jìn)行加壓，加壓后的粗乙炔進(jìn)入預(yù)堿洗塔和水洗二塔經(jīng)5℃冷凍水再次冷卻到≤10℃，進(jìn)入濃硫酸清凈塔，與濃硫酸直接接觸，除去粗乙炔氣帶來的硫化氫、磷化氫等雜質(zhì)，再經(jīng)中和塔使粗乙炔氣與堿液接觸，除去乙炔氣中的酸性物質(zhì)，制得精乙炔氣送至氯乙烯裝置使用。

1.2 VCM混合氣深冷脫水＋硫酸干燥工藝

（1）混合氣深冷脫水＋硫酸干燥工藝原理

混合氣深冷脫水工藝是目前國內(nèi)氯乙烯生產(chǎn)常用的除水工藝，即將乙炔和氯化氫氣體混合后，采用-35℃冷凍鹽水深度冷卻降溫，形成40%左右的鹽酸酸霧脫除?；旌蠚怏w的含水量取決于冷凍溫度下的40%鹽酸溶液上的蒸汽分壓見表1。

表1 蒸汽分壓表

由表1可見，冷凍溫度直接影響脫水效果，溫度越低，水蒸氣分壓越低。但溫度過低，形成水化物結(jié)晶，影響石墨冷卻器傳熱效果及堵塞管路，故混合脫水溫度控制在（－14±2）℃范圍為宜。從理論上分析，脫水后氣體含水量能在0.016%～0.022%，由于實(shí)際生產(chǎn)中氣液相均處于相對(duì)流動(dòng)狀態(tài)，不易達(dá)到平衡，因此實(shí)際生產(chǎn)中水含量要比理論計(jì)算值高，一般脫水后含水量在0.05%左右。

混合氣深冷脫水＋硫酸干燥工藝是在傳統(tǒng)混合脫水技術(shù)的基礎(chǔ)上增加濃硫酸干燥塔進(jìn)行干燥，利用濃硫酸的強(qiáng)吸水性脫除原料氣的水分，得到含水體積分?jǐn)?shù)約為600×10-6的混合氣。

（2）混合氣深冷脫水＋硫酸干燥工藝流程

乙炔裝置送來的含飽和水的乙炔氣經(jīng)過阻火器，進(jìn)入乙炔冷卻器，被殼側(cè)的冷凍水冷卻到15℃，再進(jìn)入混合器與燒堿裝置送來的氯化氫氣體在混合器中混合?；旌蠚膺M(jìn)入到石墨混合氣冷卻器中被-35℃冷凍鹽水冷卻，經(jīng)鹽酸霧過濾器除去酸霧后進(jìn)入到預(yù)熱器預(yù)熱，然后，在兩段硫酸干燥塔內(nèi)進(jìn)行干燥。干燥后的混合氣經(jīng)硫酸霧過濾器，除去酸霧后混合氣經(jīng)混合氣預(yù)熱器預(yù)熱后送氯乙烯合成工序。

1.3 優(yōu)化后的乙炔濃硫酸清凈、VCM混合脫水工藝

（1）乙炔濃硫酸清凈工藝

粗乙炔氣經(jīng)水洗塔降溫后，送入壓縮崗位進(jìn)行加壓，加壓后的粗乙炔進(jìn)入預(yù)堿洗塔和水洗二塔經(jīng)5℃冷凍水再次冷卻到≤10℃，經(jīng)水霧除霧器除水后進(jìn)入濃硫酸清凈塔，與濃硫酸直接接觸，除去粗乙炔氣帶來的硫化氫、磷化氫等雜質(zhì)，再經(jīng)酸霧除霧器除去乙炔氣中的酸性物質(zhì)，制得精乙炔氣送至氯乙烯裝置使用。

（2）VCM混合脫水工藝

乙炔裝置精制乙炔氣經(jīng)過阻火器，進(jìn)入混合器。燒堿裝置送來的氯化氫氣體經(jīng)混合氣冷卻器中被-35℃冷凍鹽水冷卻，然后經(jīng)鹽酸霧過濾器除去酸霧后進(jìn)入到預(yù)熱器預(yù)熱，然后進(jìn)入混合器與乙炔混合，再經(jīng)混合氣預(yù)熱器預(yù)熱后送氯乙烯合成工序。

2 優(yōu)化改造前工藝系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

（1）乙炔氣經(jīng)濃硫酸清凈后通過中和塔堿液中和除去酸性雜質(zhì)的過程中，使乙炔氣再次含20℃的飽和水，加大了VCM混合深冷脫水系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷。

（2）乙炔裝置送至VCM混合深冷脫水系統(tǒng)的精制乙炔氣含水量高，與氯化氫混合后產(chǎn)生的廢鹽酸量大，冷凍除水效果差，硫酸干燥塔濃硫酸消耗高達(dá)80 kg/t VCM，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)指標(biāo)20 kg/tVCM。

（3）硫酸干燥使用的硫酸與乙炔和氯化氫的混合氣接觸，產(chǎn)生的廢酸帶有炭化物等雜質(zhì)呈黑色，且廢酸中溶解大量的氯化氫，在廢酸裝車及廢酸處理過程中，現(xiàn)場(chǎng)酸霧較大，氣味難聞，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備腐蝕及操作人員的身體健康造成極大的影響。

（4）乙炔清凈和硫酸干燥過程中產(chǎn)生的含有炭化物等雜質(zhì)的廢酸，在運(yùn)行過程中，容易堵塞設(shè)備塔盤及管道，給生產(chǎn)帶來極大的安全隱患，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定。

（5）乙炔清凈和VCM混合氣硫酸干燥過程中產(chǎn)生的廢酸量大，銷售和回收利用處理難度大。

3 優(yōu)化改造后的工藝特點(diǎn)

（1）優(yōu)化后的乙炔清凈工藝在硫酸清凈塔前增加了水霧除霧器，提高了乙炔氣的除水效果，降低了乙炔清凈的硫酸消耗。

（2）通過工藝優(yōu)化，取消了乙炔清凈工藝中的中和塔，增加酸霧過濾器，避免了乙炔氣經(jīng)過硫酸清凈后再次通過堿液使乙炔氣含水量增加，使送VCM裝置的精制乙炔氣中含水量由20℃時(shí)的飽和水降為200×10-6以下（正?？刂坡饵c(diǎn)-35℃以下）。

（3）送至VCM裝置的精制乙炔含水量在200×10-6以下，已經(jīng)達(dá)到含水控制要求，因此，VCM混合脫水系統(tǒng)只需要對(duì)氯化氫進(jìn)行單獨(dú)除水，大大降低了VCM深冷脫水的生產(chǎn)負(fù)荷，提高了氯化氫的除水效果。

（4）優(yōu)化改造后，取消乙炔硫酸清凈工藝的中和塔和混合氣硫酸干燥系統(tǒng)，系統(tǒng)阻力明顯降低，同時(shí)濃硫酸消耗由80 kg/t VCM降至25 kg/t VCM以下，廢酸產(chǎn)生量明顯降低。

4 工藝優(yōu)化改造后的效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）98%硫酸消耗。改造前硫酸消耗 80 kg/t VCM，改造后硫酸消耗25 kg/t VCM，按40萬t/a VCM計(jì)算，全年節(jié)約98%硫酸約22 000 t。98%硫酸單價(jià)按300元/t計(jì)算，全年節(jié)約成本約660萬元。

（2）32%燒堿消耗。改造前乙炔清凈32%燒堿消耗約8 kg/t VCM，改造后取消中和塔，無需使用32%燒堿。按40萬t/a VCM計(jì)算，全年節(jié)約32%燒堿約3 200 t。32%燒堿單價(jià)按500元/t計(jì)算，全年可節(jié)約成本160萬元。

（3）廢硫酸產(chǎn)生量降低。因98%硫酸單耗降低55 kg/t VCM，按40萬t/a VCM計(jì)算，全年可減少產(chǎn)生80%廢硫酸26 950 t。廢酸處理費(fèi)用按100元/t靠的設(shè)備質(zhì)量的同時(shí)，又在不降低裝置整體性能的前提下最大限度地采用原裝置配套設(shè)備。既引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)和裝備，又控制了投資，近三年穩(wěn)定運(yùn)行的事實(shí)證明，該裝固堿裝置進(jìn)行整體改造工作是成功的，值得借鑒。計(jì)算，全年可節(jié)約成本約269.5萬元。

4.2 環(huán)境效益分析

VCM混合氣＋硫酸干燥系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢硫酸中溶解了大量的氯化氫氣體，在廢硫酸裝車和處理過程中，少量氯化氫釋放到大氣中，一方面污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，腐蝕設(shè)備，另一方面危害現(xiàn)場(chǎng)操作人員的身體健康。通過系統(tǒng)優(yōu)化改造，取消混合氣硫酸干燥，避免了含氯化氫氣體的廢硫酸產(chǎn)生，有效的改善了現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境，避免了對(duì)操作人員身體健康的影響。

通過此項(xiàng)工藝系統(tǒng)的優(yōu)化改造，乙炔清凈和VCM混合脫水工藝得到進(jìn)一步的優(yōu)化，大大降低了濃硫酸消耗，改善了現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

收稿日期：2016-11-11

Optimization ofacetylene purification and VCMmixed dehydration process to reducing sulfuric acid consumption

ZOU Cheng-lei，ZHANG Jing-song
（Anhui Huasu Co.,Ltd.,Chuzhou 233290，China）

∶The purification process of acetylene concentrated sulfuric acid and VCM mixed dehydration technology+sulfuric acid drying process and the optimized production processare introduced.

∶acetylene purification by concentrated sulfuric acid；mixed freeze dehydration

TQ051.8+92

：B

：1009－1785(2017)04-0039-02

2017-01-08