耿慶魯,張海偉
(德州實華化工有限公司,山東 德州 253007)
電石是PVC生產(chǎn)的主要原材料,在成本核算中電石占總成本的比例較大,因此,降低PVC生產(chǎn)中電石消耗,降低PVC的生產(chǎn)成本是企業(yè)發(fā)展的根本。
德州實華化工有限責任公司有2條20萬t/a生產(chǎn)線,在PVC生產(chǎn)中采取各種降低電石消耗的方法,效果明顯,電石消耗降低到1.45 t/tPVC以下,年節(jié)約成本3 600多萬元。
電石是PVC樹脂生產(chǎn)的主要原材料,通過PVC的成本核算看出,電石消耗一項占總生產(chǎn)成本的70%,因此降低PVC成本的關(guān)鍵問題是降低原料電石消耗。該公司通過強化管理、改進工藝、技術(shù)創(chuàng)新、細化考核等方法使電石消耗不斷降低,取得了明顯效果。
為保證入廠電石質(zhì)量,加強采購管理及入廠檢驗,對采購入廠的電石根據(jù)發(fā)氣量的不同制定不同的價格。由各相關(guān)部門組成電石聯(lián)合檢查組,針對入廠的電石進行外觀檢查,電石的灰分一定要控制在4%以內(nèi),對灰分和雜質(zhì)含量高的電石進行扣量處理。對發(fā)氣量特別低的電石進行折標處理,并增加扣量處理。粉碎過程中采用取樣機自動取樣,取樣過程全程監(jiān)控,并制定電石取樣操作規(guī)程和電石分析化驗操作規(guī)程。監(jiān)管部門和生產(chǎn)部門同時分析,倉儲留樣,分析結(jié)果差別較大時,要對留樣重新分析。
影響電石消耗最主要指標是電石原料的發(fā)氣量。電石發(fā)氣量在285 L/kg以上時,發(fā)氣量每降1 L/kg,影響電石消耗4~4.5 kg,發(fā)氣量越低,影響程度越大。電石發(fā)氣量在270 L/kg以下時,發(fā)氣量每下降1 L/kg,電石消耗上漲5.5~6.5 kg。原因是發(fā)生反應(yīng)的排渣量增大,使電石渣漿中雜帶乙炔氣量增大,使乙炔收率降低,從而使電石消耗上升。電石發(fā)氣量一般在300 L/kg,1 t PVC耗電石1.4 t,降低電石實物消耗,最有效的辦法就是提高電石發(fā)氣量。
電石入庫后現(xiàn)場管理的關(guān)鍵就是減少風化潮解。應(yīng)根據(jù)電石的運輸距離及日耗量設(shè)定安全庫存量;倉庫要避免潮濕,電石要及時用苫布覆蓋;出庫要先進先出。應(yīng)做到以下幾點。
(1)在破碎現(xiàn)場,要做到電石的顆粒歸倉,縮短電石在冷破間、破碎口的存放時間。
(2)進入料倉內(nèi)的電石要用氮氣保護,減少空氣中水和電石接觸,減少電石風化。
(3)嚴格控制電石粒度,避免造成卡料和反應(yīng)不完全。
(4)加強除鐵器的維護保養(yǎng),避免鐵塊、矽鐵進入系統(tǒng),避免發(fā)生器料斗卡料及耙臂的損壞,減少發(fā)生器置換的次數(shù)。
(5)加強電石料倉充氮操作管理,減少電石在料倉內(nèi)的粉化。
(1)提高電石的水解率。電石在發(fā)生器的有效停留時間內(nèi),要保證其能充分水解,反應(yīng)完全,因此發(fā)生器的設(shè)計至關(guān)重要。水解時間與電石粒度、反應(yīng)溫度、渣漿固含量關(guān)系密切。電石粒度越大,完全水解的時間越長。渣漿含固質(zhì)量分數(shù)在0~20%時,電石水解速度受固含量影響不大;超過此范圍時,水解速度明顯減低。80℃時,渣漿含固質(zhì)量分數(shù)20%、粒度50~80 mm的電石完全水解的時間約為6 min。因此控制好電石粒度及用水量,即能保證電石的水解率。
(2)發(fā)生器的反應(yīng)溫度控制在80~90℃。隨著溫度變化,乙炔在發(fā)生電石渣漿中的溶解度會隨之降低。發(fā)生溫度在電石發(fā)生反應(yīng)過程中,應(yīng)嚴格控制發(fā)生器的反應(yīng)溫度在85℃左右,對于備用發(fā)生器,應(yīng)盡量減少發(fā)生器沖洗水的加入量,保證有溢流、發(fā)生器無負壓即可,盡可能減少乙炔損失。
(3)發(fā)生器的壓力控制在3~13 kPa。當壓力過高超過15 kPa,乙炔氣會從溢流口安全水封直接出來,造成大量的乙炔損失。所以,應(yīng)盡可能降低發(fā)生器壓力,降低乙炔氣在水中溶解度,并防止溢流口安全水封跑乙炔氣,從而降低電石消耗,也保證生產(chǎn)的安全運行。
(4)電石反應(yīng)速度和電石在水中反應(yīng)溫度和電石粒度有關(guān),溫度越高,水解速度越快,電石粒度越小,反應(yīng)速度越快,電石反應(yīng)越安全,因此發(fā)生器的水解反應(yīng)在安全的許可范圍內(nèi),嚴格控制電石粒度,降低電石渣中的排出生電石的量,從而降低電石消耗。將電石粒度控制在15~50 mm,可保證發(fā)生器中電石盡可能水解完全。嚴格控制電石粒度,也可避免造成卡料和反應(yīng)不完全。
(5)發(fā)生水的使用,除了盡可能使用回收低溫清液外,盡量減少往系統(tǒng)補加水的量。只要加入水到發(fā)生器或和乙炔氣接觸設(shè)備中,因為溫度越低,溶解乙炔量越大,乙炔損失便越大。
(6)盡量減少發(fā)生器的檢修頻率。每次檢修都要進行檢修前置換,和投運前的置換,都需要消耗電石,每次檢修發(fā)生器置換消耗電石約1~1.5 t,因此檢修頻次減少,可以降低電石消耗。
(7)減少乙炔的漏點。定期對乙炔管線、設(shè)備查漏及時清除漏點,從而降低消耗。
(8)嚴格控制清液質(zhì)量。保證清液的溫度足夠低,減少清液在發(fā)生系統(tǒng)的循環(huán)量,減少乙炔氣的溶解量。
(9)渣水循環(huán)使用。廢次氯酸鈉及冷卻塔的冷卻水綜合利用,減少跑氣損失及溶解損失。
(10)采用抽真空脫吸技術(shù)回收渣漿中夾帶的乙炔。
(11)提高乙炔轉(zhuǎn)化率使乙炔最大程度地轉(zhuǎn)化成氯乙烯是降低電石單耗的關(guān)鍵。在轉(zhuǎn)化器數(shù)量能充分滿足生產(chǎn)需求且原料氣合格的情況下,根據(jù)觸媒的使用時間,控制單臺轉(zhuǎn)化器的進氣量,將轉(zhuǎn)化反應(yīng)帶的反應(yīng)溫度控制在130~160℃,基本就能保證乙炔的轉(zhuǎn)化率??刂坪靡胰埠吐然瘹涞呐浔?,根據(jù)單臺轉(zhuǎn)化器出口乙炔含量及時翻倒觸媒,控制好冷卻水的溫度和流量,是控制好轉(zhuǎn)化反應(yīng)的關(guān)鍵。
(12)提高氯乙烯合成原料氣氯化氫和乙炔純度。精餾在冷凝時,不凝性氣體越少,氯乙烯排放量越少,回收率越高。
(13)乙炔轉(zhuǎn)化率越高,在精餾尾氣中排放乙炔量就會越少,那么乙炔的收率就會越高。因此,轉(zhuǎn)化率的控制,直接決定乙炔收率,因此,轉(zhuǎn)化器觸媒質(zhì)量使用管理,直接決定觸媒的使用,從而影響乙炔的轉(zhuǎn)化率。
(14)散落在廠房及皮帶廊內(nèi)的電石要及時清理,放到皮帶上輸送到電石筒倉及加料斗內(nèi)。
(15)加強除鐵器的維護保養(yǎng),避免鐵塊、矽鐵進入系統(tǒng),避免發(fā)生器料斗卡料及耙臂的損壞,減少發(fā)生器置換的次數(shù)。
(16)發(fā)生器料斗卡料時要及時處理,積極采取方法,避免因料斗卡料而置換發(fā)生器。發(fā)生器膠圈及活門膠餅質(zhì)量要嚴格把關(guān),膠圈、膠餅損壞都須置換發(fā)生器才能更換,而置換發(fā)生器會造成乙炔的浪費。
(17)要確保發(fā)生器耙齒、耙臂、抱箍的材料質(zhì)量及檢修質(zhì)量,減少檢修次數(shù),從而減少置換發(fā)生器次數(shù)
(18)發(fā)生器排渣時要控制排渣量及排渣時間,盡量降低排渣時乙炔的損失。
(19)嚴格控制料斗的置換時間,避免置換時間過長而浪費乙炔。有條件的增設(shè)備進行置換排空乙炔氣的回收利用。
(20)配合粉塵治理,進行電石粉塵含乙炔氣的回收,包括電石卸車,電石破碎,電石上料過程中的粉塵回收。
(21)強化氯乙烯轉(zhuǎn)化率指標的控制與考核,減少乙炔氣損失,乙炔轉(zhuǎn)化率由過去控制在98.5%提高到99.88%,乙炔氣基本上實現(xiàn)了近百分之百轉(zhuǎn)化,對降低電石消耗起到了至關(guān)重要的作用,同時減少了尾氣排放量。
(22)調(diào)整改造回收壓縮機系統(tǒng),加大回收冷卻器面積,提高冷量及冷卻效果,提高單體回收量同時降低排氣量。
(23)合成尾氣增加變壓吸附回收裝置,使合成精餾尾氣排空含VCM達到國家標準(VCM≤36 mg/m3,C2H2≤150 mg/m3)。采用新技術(shù)后,單體回收的更徹底,不但排空指標合格,而且還降低了電石消耗。
(24)次氯酸鈉廢液、水環(huán)壓縮機用水必須循環(huán)使用,不能排放,減少溶解乙炔損失。
要提高聚合收率,除了要保證氯乙烯反應(yīng)完全,還要減少廢料的產(chǎn)生。對氯乙烯反應(yīng)效果影響顯著的是乳化劑品質(zhì)及引發(fā)劑用量,其中乳化劑品質(zhì)更為關(guān)鍵。廢料是指渣料及落地料,在PVC生產(chǎn)中,渣料的量遠大于落地料。渣料來源于聚合過程,其影響因素很多,在原輔料品質(zhì)及用量不變的情況下,主要受清釜質(zhì)量及冷凍水溫度的影響。為保證清釜質(zhì)量,必須保證清釜水壓及清洗時間,一般清釜水壓控制在30 MPa,清洗時問控制在50 min。選擇合適的防粘釜劑也可以減少廢渣料的產(chǎn)生。落地料主要產(chǎn)生于包裝工序,包裝袋的質(zhì)量及包裝機過料的均勻性是影響落地料量的主要因素。
(1)減少聚合釜異常運行次數(shù)和回收次數(shù),從而降低消耗。
(2)對汽提塔進行精心控制,減少PVC雜質(zhì)數(shù)和殘留量。
(3)減少和控制回收冷凝器放空量,從而降低單體的排放量。平時加強監(jiān)控回收冷凝器放空的閥位(0~30%)和壓力(控制在 1.3 kgf/cm2以上),跟蹤回收冷凝器放空的VC含量。
(4)干燥風機風壓、風溫控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi),減少粉塵的夾帶量。
(5)控制好包裝重量在規(guī)定范圍的低限,PVC水份含量控制在規(guī)定范圍的高限。
(6)控制聚合用的無離水及單體的pH值,根據(jù)樹脂的顆粒形態(tài)及時調(diào)整分散劑,防止出現(xiàn)粗料。
(7)加強聚合涂釜、以及汽提、干燥開停車的管理,最大限度降低廢料。
(8)減少單體含水量。單體含水偏高,容易造成單體儲槽以及單體管線自聚,自聚物易堵塞管線及閥門,造成物料輸送流量偏低,輸送困難,輸送所需時間漸長,聚合投料輔助時間延長,單體質(zhì)量偏低,檢修置換清理難度加大,對樹脂質(zhì)量造成一定的影響。
從工藝及安全方面綜合考慮,發(fā)生器溫度要求控制在80~90℃之間。80℃及85℃乙炔氣在水中溶解度分別為0.15及0.09,一臺發(fā)生器的溢流量大概70 m3/h,80℃乙炔氣溶解損失為10.5 m3/h,折電石36kg。85℃乙炔氣溶解損失為6.3m3/h,折電石22kg。如果把發(fā)生器溫度控制提高5℃,12臺發(fā)生器溢流液每年將減少電石損耗約1 450 t電石。
現(xiàn)發(fā)生器下料管插入液面以下,當電石進入發(fā)生器時與水接觸產(chǎn)生乙炔氣聚集在下儲斗,下儲斗壓力經(jīng)常在14~18 kPa。電石下料操作時,下儲斗內(nèi)一半乙炔氣進入上儲斗并被排空,這會造成原料電石浪費。
通過在發(fā)生器下儲斗接一管路至升壓機進口,用自控閥與發(fā)生器下儲斗活門聯(lián)鎖控制,因升壓機進口為微正壓,所以可以保持下儲斗在較低壓力,又可使大部分乙炔氣回到系統(tǒng)。當發(fā)生器運行時(下儲斗活門關(guān)閉)自控閥打開,儲斗內(nèi)乙炔氣被抽入升壓機,進入系統(tǒng)。當發(fā)生器下料時(下儲斗活門打開)自控閥關(guān)閉,可以避免上儲斗內(nèi)置換用氮氣進入系統(tǒng),這樣可把儲斗內(nèi)乙炔氣回收利用。
電石儲斗容積3 m3,每天用料480斗,損失乙炔氣折算成285 L/kg發(fā)氣量電石約5.0 t/d,如這部分乙炔氣全部回收,每年可減少電石損耗約1 824 t。
將電石渣漿上清液外排,不但對環(huán)境的造成嚴重污染,還浪費水資源,同時造成乙炔損失。由于上清液內(nèi)溶解了乙炔,不會繼續(xù)溶解,所以上清液回用比加水降低了乙炔損失,減少了電石消耗。
乙炔溶解度按照0.15(1體積水中能溶解的乙炔體積數(shù))計算,即1 m3的上清液水中損失的乙炔氣150 L,折合發(fā)氣量285 L/kg的電石0.5 kg。按照每小時50 m3的上清液回用,一年按8 640 h計算,可節(jié)約電石約216 t。
排放氯乙烯水洗的酸性水,不僅造成環(huán)境污染,而且浪費水資源。同時,酸性水中溶解了部分粗VC,也會被排放掉,可造成電石消耗上升。對水洗酸進行鹽酸脫吸技術(shù)改造,將鹽酸脫吸后,HCl氣體再返回氯乙烯,剩余較低濃度的酸性水進行密閉循環(huán)使用。這樣,減少了酸性水排放對環(huán)境的污染,同時節(jié)約了水資源,也減少繼續(xù)溶解氯乙烯造成的電石消耗。
乙炔發(fā)生器溢流出的電石渣漿中含有大量乙炔,一般在300~400 mg/kg。渣漿中的乙炔大部分存在于未水解的、被氫氧化鈣包裹的碳化鈣核中,另外一部分溶解于水中。
來自乙炔發(fā)生器的電石渣漿經(jīng)管道輸送至渣漿緩沖罐,渣漿緩沖罐中的矽鐵及事故狀態(tài)下的渣漿可時溢流至水封再流至渣漿池;渣漿由渣漿泵打至真空脫氣塔并設(shè)有回流,在真空脫氣塔內(nèi)使用水環(huán)真空泵抽負壓,將渣漿中的乙炔提取出來;在水環(huán)真空泵與真空脫氣塔間設(shè)有乙炔冷卻器。乙炔在其中經(jīng)循環(huán)水冷卻后,再由真空泵加壓后經(jīng)捕沫器送至氣柜使用;真空脫氣塔底部流出的渣漿經(jīng)渣漿排放罐溢流至渣漿濃縮系統(tǒng)。.
回收電石渣漿中的乙炔可降低電石消耗,生產(chǎn)1 t PVC的電石消耗量可減少10~13 kg,按40萬t/a PVC計算,可節(jié)約電石0.4萬~0.52萬t/a,電石價格按3200元/t計,則可減少成本1280萬~1664萬元/a,具有良好的經(jīng)濟效益。
為改善環(huán)境,降低電石消耗在破碎廠房,皮帶走廊、料倉及發(fā)生樓安裝了7臺除塵器,配套高效反應(yīng)發(fā)生器。正常運行時7臺除塵發(fā)生器產(chǎn)氣總量在155 m3/h以上,每年按上電石工作3 200 h計算,可節(jié)約電石 155×3 200/285=1 740 t,按照 3 200 元/t電石計算,可節(jié)約556.8萬元。
生產(chǎn)系統(tǒng)運行以來,氯乙烯精餾尾氣經(jīng)變壓吸附工藝處理后,氯乙烯和乙炔的回收率可達到99.9%以上?;厥章纫蚁┖鸵胰部蓽p少電石原材料的浪費,真正的達到節(jié)能減排的目的。
如氯乙烯尾氣量按1 500 m3/h計算,氯乙烯體積數(shù)為15%,乙炔體積數(shù)為5%,電石價格為3 200元/t,則每年可回收氯乙烯1 616 t,折電石2 424 t;每年還可以回收乙炔折電石2 263 t,兩項合計節(jié)約電石4 687 t,共節(jié)約1 499.84萬元。為了保證生產(chǎn)的正常運行,成本的降低,務(wù)必確保變壓吸附的工藝參數(shù)正常,提高開車率。
通過聚合尾排單體變壓吸附回收裝置,將聚合尾氣中的氯乙烯回收再利用,按照平均回收尾氣75 m3/h,其中氯乙烯平均含量為25%,則全年回收氯乙烯單體量約為422 t,折電石633 t,節(jié)約202.56萬元。
通過改造,回收乙炔廢水回用實現(xiàn)廢次氯酸鈉中乙炔氣體回收,全年可降低電石消耗900 t,創(chuàng)效300多萬元,每年還可節(jié)約50萬m3工業(yè)用水,節(jié)省幾十萬元取水費和污水處理費。
PVC生產(chǎn)降低電石消耗的方法有許多,如何應(yīng)用的更好,需要在生產(chǎn)中不斷探索。隨著PVC市場的競爭進一步加劇,應(yīng)居安思危,站在新起點,實現(xiàn)新跨越,堅持更高標準,追求更高目標,為公司實現(xiàn)電石降耗新突破。