PVC汽提工藝的優(yōu)化

張玉永

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

目前,國內(nèi)外PVC生產(chǎn)中大多數(shù)采用篩板塔作為PVC漿料汽提的主要設(shè)備，但篩板塔在使用過程中由于無溢流堰且塔孔直徑大，造成PVC樹脂VCM殘留量高、汽提工序蒸汽單耗高。

新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱新疆圣雄)50萬t/a PVC裝置汽提工序采用無溢流堰篩板塔，材質(zhì)為0Cr19Ni9耐熱不銹鋼，塔板厚度為4 mm，塔板孔徑為Φ12±0.1，篩孔圓心距為35 mm，塔板直徑為2 000 mm，塔板間距為200 mm，塔板安裝總高度為7 140 mm,最頂層塔板有6根筋板。自2012年開車以來，汽提塔在運(yùn)行過程中蒸汽單耗約為0.43 t，消耗較高；并且在運(yùn)行過程中塔盤有傾斜現(xiàn)象，導(dǎo)致汽提塔下料不均勻，塔盤積料嚴(yán)重，成品PVC樹脂中VCM殘留量不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行。為此，新疆圣雄對汽提工藝進(jìn)行了優(yōu)化，降低了蒸汽單耗及成品PVC樹脂中的VCM殘留量，取得了良好的效果。

1 汽提工藝[1-3]

汽提工藝流程見圖1。

圖1 汽提工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of stripping

聚合釜出來的PVC漿料通過出料泵進(jìn)入出料槽，經(jīng)倒料泵、漿料過濾器進(jìn)入汽提塔進(jìn)料槽,再通過漿料泵送至螺旋板換熱器，與汽提塔出來的熱漿料進(jìn)行熱交換后進(jìn)入汽提塔頂部。進(jìn)入汽提塔進(jìn)料板上的漿料均勻、穩(wěn)定地流動(dòng)，與自下而上從塔板篩孔上升的蒸汽進(jìn)行充分的傳質(zhì)、傳熱，自漿料中提升的VCM從汽提塔頂部逸出并進(jìn)入塔頂冷凝器，大部分蒸汽在此冷凝。

部分冷凝后的蒸汽與液相物料從塔頂冷凝器中流出，進(jìn)入汽提塔冷凝液分離罐，在分離罐中液相與氣相物料分離，被水飽和的VCM從汽液分離罐頂部逸出，由水環(huán)壓縮機(jī)送至回收單體槽。冷凝水一部分去廢水處理工序，一部分用于汽提塔塔頂?shù)膰娏埽瓤梢詻_洗塔頂?shù)膾毂诹嫌制鹨峙葑饔?，在提高汽提塔處理能力的同時(shí)保證了出塔漿料的溫度和固含量，降低了蒸汽消耗，也節(jié)約了去離子水。

隨著漿料不斷向下流動(dòng)，蒸汽不斷向上流動(dòng)，PVC漿料中的VCM不斷汽化，充分脫除了VCM的漿料從汽提塔塔底流出，由出塔漿料泵送至螺旋板換熱器與進(jìn)塔漿料進(jìn)行熱量交換，然后送至離心機(jī)進(jìn)料槽，而后去離心干燥。

2 問題與討論

(1)汽提裝置自2012年開車以來，PVC成品VCM殘留量一直不穩(wěn)定(4～5 μg/g)，蒸汽通量為6～8 t/h，蒸汽單耗較高(0.35～0.43 t)，嚴(yán)重影響了樹脂質(zhì)量，并導(dǎo)致PVC生產(chǎn)成本居高不下。

分析原因：①汽提塔塔板間距為200 mm，共36層塔板，塔板上液層實(shí)際高度為60 mm左右，PVC漿料停留時(shí)間短(5～7 min)，與塔底部通入的蒸汽未充分接觸，對流傳質(zhì)、傳熱不充分，導(dǎo)致PVC顆粒中的VCM脫除不徹底；②現(xiàn)有篩板塔筒體直徑為2 000 mm，塔盤直徑為1 986～1 988 mm，單層總環(huán)隙為12～14 mm，塔盤環(huán)隙大導(dǎo)致蒸汽穿塔嚴(yán)重，蒸汽在塔盤及氣、液相空間的分布不均勻，蒸汽消耗高。

改造措施：①將現(xiàn)有塔盤直徑改造為1 996 mm，總環(huán)隙由12～14 mm減為4 mm。②不改變塔盤孔徑及孔數(shù)，通過增加塔板數(shù)、縮小板間距來延長漿料在塔體中的停留時(shí)間，以達(dá)到使?jié){料與蒸汽充分傳質(zhì)、傳熱的目的；但隨著塔盤數(shù)增加、板間距縮小，霧沫夾帶量會(huì)增多。綜合考慮汽提效果、漿料停留時(shí)間、塔盤總重、塔體承重等因素，將塔盤間距由200 mm縮小至150 mm，塔盤數(shù)由36塊增加至45塊。

改造后，塔板上的液層實(shí)際高度由60 mm左右提高到100 mm左右，PVC漿料的總停留時(shí)間由5～7 min延長至10～12 min，汽提塔運(yùn)行良好。

改造前后蒸汽用量對比見圖2。

圖2 改造前后汽提塔蒸汽用量對比Fig.2 Comparison of steam consumption before and after improvement

由圖2可見：改造后，在同等進(jìn)料量下可節(jié)約蒸汽3.23 t/h左右，蒸汽單耗由0.43 t降低至0.24 t,有效地節(jié)約了成本。

汽提塔改造前后塔底溫度對比見圖3。

圖3 改造前后汽提塔塔底溫度對比Fig.3 Comparison of stripping tower bottom temperature before and after improvement

由圖3可見：改造后汽提塔塔底溫度上升了2～3 ℃，有效地提高了PVC顆粒中VCM的提取效果。

汽提塔改造前后PVC樹脂中VCM殘留量對比見圖4。

圖4 改造前后VCM殘留量對比Fig.4 Comparison of vinyl chloride residue in stripper before and after improvement

由圖4可見：PVC樹脂中VCM殘留量較改造前下降了2.30 μg/g，這一方面降低了樹脂使用過程中VCM對人身的傷害;另一方面也降低了生產(chǎn)成本,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)漿料偏流，造成漿料進(jìn)入汽提塔后分布不均勻，樹脂在塔板上堆積，導(dǎo)致PVC樹脂雜質(zhì)粒子數(shù)頻繁超標(biāo)。

原汽提塔最底層塔盤不銹鋼板厚度為4 mm，底部塔盤與塔壁連接處未焊接加強(qiáng)圈，頂部塔盤采用單面6根加強(qiáng)筋板支撐，塔盤整體機(jī)械強(qiáng)度不夠。因蒸汽氣錘現(xiàn)象，使拉桿螺帽松動(dòng)，導(dǎo)致塔內(nèi)拉桿脫落;長時(shí)間運(yùn)行后塔板擺動(dòng)、傾斜、變形，導(dǎo)致塔盤積料，嚴(yán)重影響樹脂雜質(zhì)粒子數(shù)及塔盤使用壽命。

改造措施：①將最底層塔盤不銹鋼板厚度由4 mm增加至6～8 mm，并在該塔盤底部與塔壁連接處焊接厚度為8 mm、寬度為40 mm的加強(qiáng)圈；②為確保頂部支撐塔盤的強(qiáng)度，將原來單面6根加強(qiáng)筋板改造成雙面加強(qiáng)筋板，以保證頂層塔盤強(qiáng)度；③為避免塔盤在塔內(nèi)因蒸汽氣錘現(xiàn)象造成擺動(dòng)而破損，在每層塔盤拉桿孔上下加裝4 mm厚不銹鋼墊片，增加拉桿孔周圍強(qiáng)度；④為避免拉桿在運(yùn)行過程中因蒸汽氣錘現(xiàn)象造成的螺帽松動(dòng)及塔盤傾斜、變形，采取雙螺帽緊固，有效地防止了塔板集料。

3 汽提工序的操作與維護(hù)

(1)溫度對汽提塔運(yùn)行的影響。

汽提塔的工作原理就是通過PVC漿料與蒸汽的逆向接觸，使VCM從PVC顆粒中脫吸出來，從而獲得VCM殘留量較低的PVC樹脂。有關(guān)資料表明：在95 ℃時(shí)VCM的脫吸速度會(huì)發(fā)生突變，并且95 ℃以上是95 ℃以下的2倍。這是因?yàn)楫?dāng)汽提溫度接近水的沸點(diǎn)時(shí)，蒸汽對VCM的脫吸起著蒸餾作用，有利于VCM從PVC顆粒中脫吸；但溫度不能太高，當(dāng)溫度達(dá)到130 ℃左右時(shí)，PVC樹脂會(huì)由于高溫分解而出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象。經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)汽提塔塔頂溫度控制在95～110 ℃，塔底溫度控制在105～115 ℃為最佳。

(2)塔壓差對汽提塔運(yùn)行的影響。

無溢流堰篩板塔結(jié)構(gòu)簡單、利用率高，但需要較高的氣流速度才能維持塔盤上的液層高度，所以塔壓差是保證塔盤上液層高度的一個(gè)重要指標(biāo)。如果塔盤上沒有液層，就會(huì)形成塔噴淋現(xiàn)象，樹脂在高溫下容易變紅；如果液層太高，塔壓差太大，也不利于VCM的脫吸。經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)塔壓差控制在10～25 kPa為最佳，此時(shí)塔盤液層在80～100 mm，最有利于VCM的脫吸。

(3)塔頂噴淋對汽提塔運(yùn)行的影響。

噴淋的主要作用是沖洗在氣流上升過程中殘留在塔壁上的PVC粉末，防止氣流將PVC粉末帶入塔頂冷凝器，影響回收系統(tǒng)。如果汽提塔停止噴淋，這些粘附在塔壁上的PVC粉末會(huì)在高溫下形成紅料，影響樹脂質(zhì)量。噴淋水為過濾后的母液水，一方面可減少純水的用量，節(jié)約成本；另一方面可達(dá)到水循環(huán)利用的目的。噴淋量偏小，則汽提塔在運(yùn)行過程中塔壁與塔盤會(huì)出現(xiàn)積料，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)影響樹脂質(zhì)量；噴淋量偏大，則汽提塔溫度偏低，不利于VCM的脫吸。經(jīng)過多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)噴淋量在2～4 m3/h時(shí)汽提塔運(yùn)行效果最佳。

4 結(jié)語

在PVC生產(chǎn)中，絕大多數(shù)廠家都采用無溢流堰的篩板塔，有的廠家連續(xù)運(yùn)行幾年產(chǎn)品質(zhì)量都能達(dá)標(biāo)，有的則幾個(gè)月就要進(jìn)行維修。新疆圣雄對原有的汽提塔增加塔盤，成功地將蒸汽流量控制在3.9～4.3 t/h，PVC樹脂VCM殘留量控制在1.44～2.40 μg/g，用低投入實(shí)現(xiàn)了高回報(bào)，為同行企業(yè)汽提工藝改造提供了借鑒。