降低PVC生產(chǎn)中電石消耗的方法

耿慶魯，張海偉

（德州實(shí)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(shí)華化工有限責(zé)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。

1 電石消耗對(duì)成本的影響

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(xiàng)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(qiáng)化管理、改進(jìn)工藝、技術(shù)創(chuàng)新、細(xì)化考核等方法使電石消耗不斷降低，取得了明顯效果。

2 降低電石消耗方法

2.1 保證電石質(zhì)量

為保證入廠電石質(zhì)量，加強(qiáng)采購管理及入廠檢驗(yàn)，對(duì)采購入廠的電石根據(jù)發(fā)氣量的不同制定不同的價(jià)格。由各相關(guān)部門組成電石聯(lián)合檢查組，針對(duì)入廠的電石進(jìn)行外觀檢查，電石的灰分一定要控制在4%以內(nèi)，對(duì)灰分和雜質(zhì)含量高的電石進(jìn)行扣量處理。對(duì)發(fā)氣量特別低的電石進(jìn)行折標(biāo)處理，并增加扣量處理。粉碎過程中采用取樣機(jī)自動(dòng)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(yàn)操作規(guī)程。監(jiān)管部門和生產(chǎn)部門同時(shí)分析，倉儲(chǔ)留樣，分析結(jié)果差別較大時(shí)，要對(duì)留樣重新分析。

2.2 提高電石發(fā)氣量

影響電石消耗最主要指標(biāo)是電石原料的發(fā)氣量。電石發(fā)氣量在285 L/kg以上時(shí)，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(shí)，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(shí)物消耗，最有效的辦法就是提高電石發(fā)氣量。

2.3 加強(qiáng)電石入庫的存放管理

電石入庫后現(xiàn)場(chǎng)管理的關(guān)鍵就是減少風(fēng)化潮解。應(yīng)根據(jù)電石的運(yùn)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(shí)用苫布覆蓋；出庫要先進(jìn)先出。應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。

（1）在破碎現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)間。

（2）進(jìn)入料倉內(nèi)的電石要用氮?dú)獗Ｗo(hù)，減少空氣中水和電石接觸，減少電石風(fēng)化。

（3）嚴(yán)格控制電石粒度，避免造成卡料和反應(yīng)不完全。

（4）加強(qiáng)除鐵器的維護(hù)保養(yǎng)，避免鐵塊、矽鐵進(jìn)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(qiáng)電石料倉充氮操作管理，減少電石在料倉內(nèi)的粉化。

2.4 提高乙炔收率

（1）提高電石的水解率。電石在發(fā)生器的有效停留時(shí)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(jì)至關(guān)重要。水解時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)。渣漿含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～20%時(shí)，電石水解速度受固含量影響不大；超過此范圍時(shí)，水解速度明顯減低。80℃時(shí)，渣漿含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%、粒度50～80 mm的電石完全水解的時(shí)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(huì)隨之降低。發(fā)生溫度在電石發(fā)生反應(yīng)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制發(fā)生器的反應(yīng)溫度在85℃左右，對(duì)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(fù)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(dāng)壓力過高超過15 kPa，乙炔氣會(huì)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(yùn)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(yán)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(yán)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(bǔ)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?yàn)闇囟仍降?，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(jìn)行檢修前置換，和投運(yùn)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(diǎn)。定期對(duì)乙炔管線、設(shè)備查漏及時(shí)清除漏點(diǎn)，從而降低消耗。

（8）嚴(yán)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(shí)間，控制單臺(tái)轉(zhuǎn)化器的進(jìn)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(tái)轉(zhuǎn)化器出口乙炔含量及時(shí)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(shí)，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(huì)越少，那么乙炔的收率就會(huì)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(shí)清理，放到皮帶上輸送到電石筒倉及加料斗內(nèi)。

（15）加強(qiáng)除鐵器的維護(hù)保養(yǎng)，避免鐵塊、矽鐵進(jìn)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(shí)要及時(shí)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(yán)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(huì)造成乙炔的浪費(fèi)。

（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(shí)要控制排渣量及排渣時(shí)間，盡量降低排渣時(shí)乙炔的損失。

（19）嚴(yán)格控制料斗的置換時(shí)間，避免置換時(shí)間過長(zhǎng)而浪費(fèi)乙炔。有條件的增設(shè)備進(jìn)行置換排空乙炔氣的回收利用。

（20）配合粉塵治理，進(jìn)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(qiáng)化氯乙烯轉(zhuǎn)化率指標(biāo)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(shí)現(xiàn)了近百分之百轉(zhuǎn)化，對(duì)降低電石消耗起到了至關(guān)重要的作用，同時(shí)減少了尾氣排放量。

（22）調(diào)整改造回收壓縮機(jī)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(shí)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(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)（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(biāo)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(jī)用水必須循環(huán)使用，不能排放，減少溶解乙炔損失。

2.5 提高聚合收率[1]

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(duì)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(yuǎn)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(shí)間，一般清釜水壓控制在30 MPa，清洗時(shí)問控制在50 min。選擇合適的防粘釜?jiǎng)┮部梢詼p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(jī)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(yùn)行次數(shù)和回收次數(shù)，從而降低消耗。

（2）對(duì)汽提塔進(jìn)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(shí)加強(qiáng)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(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)溫控制在適當(dāng)?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(shí)調(diào)整分散劑，防止出現(xiàn)粗料。

（7）加強(qiáng)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(chǔ)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(shí)間漸長(zhǎng)，聚合投料輔助時(shí)間延長(zhǎng)，單體質(zhì)量偏低，檢修置換清理難度加大，對(duì)樹脂質(zhì)量造成一定的影響。

3 部分降低電石消耗方法分析

3．1 發(fā)生器溫度控制在85℃

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(tái)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(tái)發(fā)生器溢流液每年將減少電石損耗約1 450 t電石。

3．2 發(fā)生器儲(chǔ)斗置換排空

現(xiàn)發(fā)生器下料管插入液面以下，當(dāng)電石進(jìn)入發(fā)生器時(shí)與水接觸產(chǎn)生乙炔氣聚集在下儲(chǔ)斗，下儲(chǔ)斗壓力經(jīng)常在14～18 kPa。電石下料操作時(shí)，下儲(chǔ)斗內(nèi)一半乙炔氣進(jìn)入上儲(chǔ)斗并被排空，這會(huì)造成原料電石浪費(fèi)。

通過在發(fā)生器下儲(chǔ)斗接一管路至升壓機(jī)進(jìn)口，用自控閥與發(fā)生器下儲(chǔ)斗活門聯(lián)鎖控制，因升壓機(jī)進(jìn)口為微正壓，所以可以保持下儲(chǔ)斗在較低壓力，又可使大部分乙炔氣回到系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生器運(yùn)行時(shí)（下儲(chǔ)斗活門關(guān)閉）自控閥打開，儲(chǔ)斗內(nèi)乙炔氣被抽入升壓機(jī)，進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生器下料時(shí)（下儲(chǔ)斗活門打開）自控閥關(guān)閉，可以避免上儲(chǔ)斗內(nèi)置換用氮?dú)膺M(jìn)入系統(tǒng)，這樣可把儲(chǔ)斗內(nèi)乙炔氣回收利用。

電石儲(chǔ)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。

3.3 上清液的利用

將電石渣漿上清液外排，不但對(duì)環(huán)境的造成嚴(yán)重污染，還浪費(fèi)水資源，同時(shí)造成乙炔損失。由于上清液內(nèi)溶解了乙炔，不會(huì)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(jì)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(shí)50 m3的上清液回用，一年按8 640 h計(jì)算，可節(jié)約電石約216 t。

3.4 氯乙烯水洗密閉強(qiáng)制循環(huán)副產(chǎn)鹽酸

排放氯乙烯水洗的酸性水，不僅造成環(huán)境污染，而且浪費(fèi)水資源。同時(shí)，酸性水中溶解了部分粗VC，也會(huì)被排放掉，可造成電石消耗上升。對(duì)水洗酸進(jìn)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(jìn)行密閉循環(huán)使用。這樣，減少了酸性水排放對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)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。

3.5 電石渣漿回收乙炔工藝

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(shí)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(fù)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(jì)算，可節(jié)約電石0.4萬～0.52萬t/a，電石價(jià)格按3200元/t計(jì)，則可減少成本1280萬～1664萬元/a，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.6 電石粉末回收及利用

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(tái)除塵器，配套高效反應(yīng)發(fā)生器。正常運(yùn)行時(shí)7臺(tái)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(jì)算，可節(jié)約電石 155×3 200/285=1 740 t，按照 3 200 元/t電石計(jì)算，可節(jié)約556.8萬元。

3.7 氯乙烯精餾尾汽回收

生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)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(dá)到99.9%以上?；厥章纫蚁┖鸵胰部蓽p少電石原材料的浪費(fèi)，真正的達(dá)到節(jié)能減排的目的。

如氯乙烯尾氣量按1 500 m3/h計(jì)算，氯乙烯體積數(shù)為15%，乙炔體積數(shù)為5%，電石價(jià)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(xiàng)合計(jì)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(yùn)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。

3.8 安裝聚合尾排單體變壓吸附回收裝置

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。

3.9 對(duì)乙炔清凈廢次氯酸鈉水改造

通過改造，回收乙炔廢水回用實(shí)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(fèi)和污水處理費(fèi)。

4 結(jié)語

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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇，應(yīng)居安思危，站在新起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)新跨越，堅(jiān)持更高標(biāo)準(zhǔn)，追求更高目標(biāo)，為公司實(shí)現(xiàn)電石降耗新突破。