優(yōu)化改造乙炔清凈流程 降低汞觸媒單耗

劉海燕

(湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司,湖北 宜昌 443000)

青海宜化化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱青海宜化)是湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司的子公司，PVC裝置的生產(chǎn)能力為30萬t/a，裝置運(yùn)行穩(wěn)定。該裝置的乙炔清凈工藝流程為：乙炔氣先經(jīng)次氯酸鈉清凈，再經(jīng)堿洗塔中和、冷凝、除霧后，通過阻解器送入混合器，最后進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段。在實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)阻解器、捕霧器容易堵塞；經(jīng)仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)乙炔氣總管的pH值越往后越低，說明有酸性液體帶到了后續(xù)工序，既與堿形成鹽而結(jié)晶堵塞設(shè)備，又腐蝕管道并使觸媒失活，導(dǎo)致汞觸媒消耗較高。

1 汞觸媒損失機(jī)制

汞觸媒損失有物理消耗、化學(xué)消耗等多種形式[1]，除了升華消耗和溶解消耗外，其他消耗主要受乙炔氣雜質(zhì)影響，其中兩種損失機(jī)制如下。

1.1 與S、P、Fe等雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)[2]

如果從乙炔發(fā)生工序來的乙炔和氯化氫氣體凈化不徹底，則會(huì)帶進(jìn)S、P、Fe等有害雜質(zhì),這些雜質(zhì)在一定條件下會(huì)與觸媒中的氯化汞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式見式(1)～式(3)，導(dǎo)致觸媒活性降低。

(1)

(2)

(3)

1.2 比表面積減小降低活性[3]

汞觸媒載體為活性炭?；旌蠚怏w中不潔凈的氣溶膠，特別是乙炔氣若攜帶含鐵氣溶膠粒子，不僅會(huì)堵塞轉(zhuǎn)化脫水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備(如乙炔阻解器、捕霧器等)，還會(huì)進(jìn)入轉(zhuǎn)化器吸附在活性炭表面，導(dǎo)致汞觸媒比表面積減小，活性中心減少，活性降低。

2 目前運(yùn)行情況

青海宜化乙炔清凈工藝為次氯酸鈉清凈，利用次氯酸鈉的強(qiáng)氧化性將H2S、PH3等酸性氣體氧化成H2SO4、H3PO4等，再在中和塔利用堿液對(duì)H2SO4、H3PO4等進(jìn)行中和，合格后送轉(zhuǎn)化崗位，改造前工藝流程見圖1。

圖1 乙炔清凈系統(tǒng)改造前的工藝流程Fig.1 Unimproved process flow of acetylene purification system

目前,青海宜化乙炔清凈系統(tǒng)存在以下4方面異常。

(1)乙炔清凈系統(tǒng)排污水質(zhì)(見表1)明顯帶有酸堿性，腐蝕管線。

表1 乙炔清凈系統(tǒng)各排污點(diǎn)水質(zhì)Table 1 Water quality at different drainage pointsof acetylene purification system

(2)前期乙炔清凈系統(tǒng)串聯(lián)的2臺(tái)冷凝器阻力上漲快，存在紅色泥狀物質(zhì)堵塞列管，用清水浸洗后可以去除，后通過將冷凝器流程并聯(lián)后恢復(fù)正常，但紅色泥狀物質(zhì)仍會(huì)逐漸累積并堵塞乙炔氣阻解器、捕霧器。

(3)轉(zhuǎn)化混合氣脫水系統(tǒng)發(fā)生2次一級(jí)石墨冷凝器結(jié)晶堵塞。

(4)轉(zhuǎn)化器反應(yīng)效果差，且汞觸媒，特別是活性炭層在脫水效果正常時(shí)，板結(jié)較多，檢查更換觸媒頻率高，觸媒消耗高。

3 原因分析及改造措施

3.1 原因分析

取堵塞結(jié)晶物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶物可溶于水，鈣、鎂、碳酸根、硫酸根未測(cè)出。經(jīng)定量分析，確定結(jié)晶物含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.5×10-6，氯離子、鈉離子大量存在(總含量接近100%)，認(rèn)為該結(jié)晶物主要成分為氯化鈉。通過鈉源平衡分析，表明乙炔氣帶出了液體。液體中的鈉和氯化氫中的氯結(jié)合后，就在阻解器、捕霧器和石墨冷凝器不斷結(jié)晶，直至堵塞設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)異常。

而在乙炔氣的流程中，中和塔出口的pH值偏高，然后pH值逐步下降，說明中和塔未充分中和清凈后形成的酸性物質(zhì)，導(dǎo)致酸腐蝕碳鋼管道，將含鐵物質(zhì)帶入轉(zhuǎn)化器的觸媒層；同時(shí)，含磷的酸性物質(zhì)也帶入了觸媒層。上述兩種情況均導(dǎo)致觸媒失活，造成觸媒消耗高。而酸腐蝕管道，又造成泄漏起火的安全隱患。

3.2 改造措施

(1)對(duì)乙炔清凈系統(tǒng)各塔，特別是中和塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，檢修校正塔頂分布器、填料和除沫器，使塔的清凈效果達(dá)到最好。

(2)在乙炔系統(tǒng)中和塔之后增加1組水洗塔作為保安裝置，確保乙炔氣清凈、中和、洗滌效果。

4 優(yōu)化改造產(chǎn)生的效益

4.1 環(huán)保效益

通過改造，降低了汞觸媒消耗，減少了汞觸媒用量，降低了汞觸媒生產(chǎn)和使用過程中的汞污染風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過優(yōu)化改造，確保含酸、堿、鹽的液體不隨物料氣向后攜帶，達(dá)到生產(chǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行和汞觸媒消耗降低的目的，增加了經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)1 t PVC汞觸媒的單耗可降低1.1 kg，汞觸媒的價(jià)格為38元/kg，則青海宜化30萬t/a PVC裝置可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為：1.1×30×38=1 254(萬元/a)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)乙炔清凈系統(tǒng)各塔進(jìn)行優(yōu)化、增加乙炔氣系統(tǒng)中和塔后的水洗塔保安措施，保證了乙炔氣的質(zhì)量，延長(zhǎng)了生產(chǎn)裝置運(yùn)行周期，創(chuàng)造了良好的環(huán)保、安全和經(jīng)濟(jì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 嚴(yán)福英．聚氯乙烯工藝學(xué)[M]．1版．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

[2] 王良棟.氯化汞觸媒在電石法PVC生產(chǎn)過程中的消耗流向分析[J].聚氯乙烯，2009，37(4)：18-21.

[3] 薛之化.降低電石法氯乙烯生產(chǎn)過程中氯化汞消耗[J].中國(guó)氯堿，2009(1)：25-30.