電石法聚氯乙烯氯化汞觸媒消耗評估方法

張學魯，王小昌，李國棟

(新疆天業(yè)(集團)有限公司，新疆 石河子 832000)

電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量(包括高汞觸媒使用量和低汞觸媒使用量)是指每生產(chǎn)1 t PVC所消耗的氯化汞觸媒的質(zhì)量，是評定企業(yè)清潔生產(chǎn)標準的重要指標之一，也是衡量企業(yè)汞消減技術水平的重要依據(jù)。由于氯化汞觸媒的使用是連續(xù)動態(tài)過程，因此很難獲得企業(yè)每年氯化汞觸媒用量的準確統(tǒng)計值，單位產(chǎn)品的實際氯化汞觸媒使用量與評估值存在較大偏差。筆者通過對電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗的評估方法進行探討，為電石法PVC企業(yè)準確計算單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗提供一定參考。

1 降低氯化汞觸媒消耗的重要性

PVC作為五大通用塑料之一，被廣泛應用到多個領域，其生產(chǎn)工藝路線主要有電石法和乙烯法。電石法符合我國多煤、貧油、少氣的能源結構特點，成為我國的主流工藝[1-2]。2018版《中國聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)深度研究報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2017年我國電石法PVC產(chǎn)能占我國PVC總產(chǎn)能的80%，達到1 925萬t/a[3]。

電石法PVC生產(chǎn)過程中采用氯化汞作為觸媒。近幾年，隨著行業(yè)的快速發(fā)展，低汞觸媒(氯化汞質(zhì)量分數(shù)4%～6.5%)的推廣應用有了較大進步，低汞觸媒消耗逐年下降，源頭減排效果顯著。為履行《關于汞的水俁公約》，確保2020年底前電石法PVC單位產(chǎn)品的汞使用量比2010年下降50%，有效減少汞的使用和排放，我國電石法PVC企業(yè)應積極行動，運用各類清潔生產(chǎn)技術，進一步降低PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量。

按照HJ 476—2009《清潔生產(chǎn)標準 氯堿工業(yè)(聚氯乙烯)》的規(guī)定，對電石法PVC生產(chǎn)過程中單位產(chǎn)品氯化汞觸媒的使用量進行了不同等級的劃定，一級、二級、三級指標對應的氯化汞觸媒使用量分別為≤1.2 kg/t、≤1.3 kg/t、≤1.4 kg/t。

2 現(xiàn)有氯化汞觸媒消耗評估方法及存在的問題

電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗與氯化汞觸媒質(zhì)量、生產(chǎn)設備及工藝條件、操作控制水平等因素密切相關。隨著行業(yè)清潔生產(chǎn)技術的推廣，電石法PVC生產(chǎn)設備以及現(xiàn)場工藝條件逐步得到完善，氯化汞觸媒的質(zhì)量逐漸穩(wěn)固，電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)的氯化汞觸媒消耗逐步趨于穩(wěn)定。但據(jù)了解，依然有不少企業(yè)氯化汞觸媒消耗波動較大，不利于提高企業(yè)生產(chǎn)技術水平。筆者將通過對氯化汞觸媒消耗的評估方法進行探討，分析由于評估誤差對氯化汞觸媒消耗產(chǎn)生的影響。

電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)采用氯化汞觸媒的使用量除以PVC產(chǎn)量的方法計算PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗量。但由于不同企業(yè)在核算過程中計算方法以及計算時間選取上存在的差異或誤差，導致該方法核算的結果只能粗略顯示氯化汞觸媒消耗的情況，與氯化汞觸媒實際消耗依然存在一定的差別。

2.1 計算方法產(chǎn)生的誤差

部分企業(yè)在氯化汞觸媒消耗的核算過程中采用氯化汞觸媒的年填裝量來代替年使用量，導致核算結果出現(xiàn)偏差。氯化汞觸媒的年填裝量并不代表年使用量，兩者有顯著的區(qū)別。通常情況下，在企業(yè)生產(chǎn)負荷沒有達到設計產(chǎn)能的情況下，企業(yè)每年的氯化汞觸媒填裝量往往大于氯化汞觸媒使用量，因此若不考慮其他因素影響，按照氯化汞觸媒的填裝量核算企業(yè)單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒使用量往往大于實際使用量。

2.2 計算時間選取產(chǎn)生的誤差

按氯化汞觸媒年填裝量與PVC產(chǎn)量的方法計算企業(yè)單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒使用量，若不考慮氯化汞觸媒本身使用壽命的因素，則計算值與實際值差別較大。由于觸媒質(zhì)量及使用單位現(xiàn)場設備、工藝操作水平等的差異，各企業(yè)氯化汞觸媒的實際使用壽命差異較大，導致單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒消耗值各有不同，核算氯化汞觸媒消耗時必須考慮氯化汞觸媒使用壽命的影響。舉例來說，某企業(yè)氯化汞觸媒的平均使用壽命為7 000 h，若按照1年時間核算，該企業(yè)將有部分轉(zhuǎn)化器填裝2次觸媒，而第2次填裝的氯化汞觸媒發(fā)揮大部分轉(zhuǎn)化作用卻是在第2年。因此，當年的觸媒消耗值會高于實際值，而第2年的值卻會低于實際值。甚至部分企業(yè)按月或者季度為周期進行核算，主觀因素對計算值影響過大。例如：部分企業(yè)的氯化汞觸媒更換并沒有制定嚴格的月更換計劃并執(zhí)行更換計劃，選擇在現(xiàn)場停車檢維修期間集中更換，而其他時間段不進行氯化汞觸媒更換。按月或者季度核算的單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒消耗值出現(xiàn)極低值與極高值完全不同的現(xiàn)象，部分企業(yè)截取其中一段時間的單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗代表整體生產(chǎn)過程中PVC單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒消耗情況，導致觸媒消耗值與實際消耗產(chǎn)生較大誤差。

氯化汞觸媒的消耗核算必須綜合考慮核算周期的長短，核算周期越短，計算的消耗值越偏離實際值。理論上以氯化汞觸媒的使用壽命為完整周期核算最接近實際情況，但由于氯化汞觸媒的使用過程是連續(xù)動態(tài)化的，因此在評估某一階段的氯化汞觸媒消耗時，很難完整統(tǒng)計每臺轉(zhuǎn)化器中觸媒的使用壽命。在此情況下，統(tǒng)計已下線轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒使用壽命的數(shù)據(jù)，用于計算氯化汞觸媒的平均使用壽命(排除不正常停車造成的低汞觸媒使用壽命縮短等因素)，然后根據(jù)氯化汞觸媒的平均使用壽命近似評估實際的氯化汞觸媒裝填量。例如，轉(zhuǎn)化器內(nèi)填裝觸媒的平均使用壽命為9 000 h，則全年實際裝填的觸媒量為：年氯化汞觸媒裝填量×8 000 h÷9 000 h。采用多種型號的低汞觸媒時，也要對不同型號的低汞觸媒分別進行使用壽命評估，再對氯化汞觸媒消耗進行核算，這樣更有助于準確計算實際消耗值。

通過以上分析，對上述計算方式進行修正完善，具體如下：

單位產(chǎn)品每年氯化汞觸媒使用量=年觸媒裝填量÷(觸媒平均使用壽命÷8 000 h)÷PVC產(chǎn)量。

該方法可近似計算企業(yè)的單位產(chǎn)品氯化汞觸媒的使用量，但由于沒有完整考慮氯化汞觸媒在企業(yè)的實際使用情況，因此計算結果與實際值之間依然存在差別。

3 準確完整評估氯化汞觸媒消耗的方法

電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量的正確計算方法應為規(guī)定時間內(nèi)使用的觸媒量除以同期PVC產(chǎn)量。計算公式如下：

單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量=氯化汞觸媒使用量÷PVC產(chǎn)量。

上述計算方法中的氯化汞觸媒使用量并不太等同于氯化汞觸媒的填裝量或采購量。

3.1 單臺轉(zhuǎn)化器中觸媒消耗值的計算

單臺轉(zhuǎn)化器中氯化汞觸媒消耗計算以氯化汞觸媒使用壽命為核算周期，通過轉(zhuǎn)化器進氣流量以及出口轉(zhuǎn)化率計算反應生產(chǎn)的氯乙烯產(chǎn)量，轉(zhuǎn)化器填裝觸媒量除以核算周期內(nèi)的氯乙烯產(chǎn)量即為該臺轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)氯乙烯的氯化汞觸媒消耗值。

單臺轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒消耗的精確計算，必須以填裝的氯化汞觸媒的完整使用周期為時間段。例如，氯化汞觸媒的使用壽命為9 000 h，則氯乙烯的產(chǎn)量也為該時間內(nèi)的產(chǎn)量。因此，考察單臺轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒的消耗時，盡量在該轉(zhuǎn)化器進口安裝流量計，準確計算混合氣流量，從而準確統(tǒng)計氯化汞觸媒使用周期內(nèi)的氯乙烯產(chǎn)量。

單臺轉(zhuǎn)化器觸媒消耗的計算有利于電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)考察對比不同氯化汞觸媒的性能，幫助企業(yè)選擇更適合其生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場設備的氯化汞觸媒，從而進一步降低氯化汞觸媒消耗。

3.2 整體生產(chǎn)裝置氯化汞觸媒消耗的計算

電石法PVC生產(chǎn)現(xiàn)場具有轉(zhuǎn)化器數(shù)量多、不同轉(zhuǎn)化器填裝體積差異大、氯化汞觸媒的使用過程連續(xù)動態(tài)化以及各種氯化汞觸媒使用壽命不相同的特點，若通過逐臺計算轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒消耗，從而計算整個生產(chǎn)裝置觸媒消耗的方法是不可行的。

要準確計算整條生產(chǎn)線的觸媒消耗情況，需要選擇合適的時間段，并準確統(tǒng)計該時間段內(nèi)的氯化汞觸媒使用量。由于多數(shù)合格氯化汞觸媒的使用壽命均在8 000 h以上，同時氯化汞觸媒的使用過程是連續(xù)動態(tài)的，因此盡量選取接近氯化汞觸媒平均使用壽命的時間段為核查周期，建議按照1年為節(jié)點計算觸媒消耗；同時，避免以每年的氯化汞觸媒采購量或填裝量代替氯化汞觸媒的年使用量核算氯化汞觸媒消耗情況。

企業(yè)每年的氯化汞觸媒使用量應當包括企業(yè)當年的氯化汞觸媒采購量、企業(yè)氯化汞觸媒庫存變化量以及生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)化器內(nèi)部已填裝但未使用的氯化汞觸媒的變化量3部分。

其中氯化汞觸媒庫存變化量為上年的庫存量與當年的庫存量的差值。轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用氯化汞觸媒的變化量為上年未使用量與當年未使用量的差值。通過所有轉(zhuǎn)化器內(nèi)填裝的觸媒量和生產(chǎn)裝置的開工率來計算轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用的氯化汞觸媒量，從而計算其差值。比如，設計產(chǎn)能為10萬t/a的生產(chǎn)裝置，上年轉(zhuǎn)化器內(nèi)總計裝填100 t氯化汞觸媒，上年實際產(chǎn)量為8萬 t，則上年開工率為80%，上年轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用氯化汞觸媒為20 t；當年實際產(chǎn)量為9萬t，則當年開工率為90%，轉(zhuǎn)化器未使用氯化汞觸媒量為10 t。轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用氯化汞觸媒的變化量即為10 t。

按上述方法計算得到企業(yè)每年完整的氯化汞觸媒使用量后除以該企業(yè)當年PVC的實際產(chǎn)量，即為該企業(yè)當年單位產(chǎn)品氯化汞觸媒的使用量。

4 結論

PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量的準確核算是企業(yè)對標清潔生產(chǎn)的依據(jù)，也體現(xiàn)了企業(yè)在汞消減工作上的水平，是行業(yè)或環(huán)境保護部門監(jiān)督電石法PVC環(huán)保工作的有效手段。建立準確、有效的電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗核算方法至關重要。

建議詳細統(tǒng)計氯化汞觸媒的采購與使用數(shù)據(jù)，按照每年氯化汞觸媒的使用量，包括當年的氯化汞觸媒采購量、氯化汞觸媒庫存變化量以及生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)化器內(nèi)部已填裝但未使用的氯化汞觸媒的變化量準確核算單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗數(shù)據(jù)。通過各企業(yè)之間的消耗數(shù)據(jù)對比尋找差別，并加強技術交流，共同推進行業(yè)進一步降低氯化汞觸媒消耗。