氯乙烯生产中转化器及触媒的合理使用与管理

2015-01-29宋胜利秦瑞昌朱立庄

中国氯碱 2015年5期

宋胜利，秦瑞昌，朱立庄

（济宁中银电化有限公司，山东济宁272121）

目前，国内PVC 企业的转化器日趋大型化，随着转化器大型化和触媒价格上涨，转化器的购置和安装费用高，检修周期长，转化器已经成为制约PVC 生产的关键设备，只有严格抓好新购转化器的质量，把好源头关，同时抓好触媒的管理，转化器的运行管理，转化器的检修质量及触媒活性的合理分配等，才能减少转化器的泄漏率，延长触媒使用时间，实现转化器的最佳状况，达到稳产、高产的目的。

1 转化器的使用与管理

1.1 严格控制转化器的开停车操作

由于突发故障、检修、生产计划等各种原因造成的临时停车或计划停车是PVC 企业不可避免的，开停车过程往往是故障或事故的高发期，因此，认真抓好开停车管理是维护好转化器的关键环节。

由于转化器正常运行时温度比较高，内部触媒会吸附大量的C2H2、HCl、C2H3Cl 气体，短期停车应采用泵循环维持转化器温度，并充氮保持正压；长期停车，则应采用循环泵维持转化器温度，并充氮置换触媒中的C2H2、HCl、C2H3Cl 气体，直到置换气分析合格为止，然后关严其进出口阀门，停热水循环后让其缓慢降温。如果不进行置换，则触媒中的HCl 缓慢释放，而且吸潮性很强，随着温度的降低，很可能在转化器管程形成一层酸膜。转化器长期处在这种酸性环境下，就会受到严重腐蚀，容易造成泄漏，不少PVC 企业都遇到过停车后仍发生转化器泄漏的情况。

长期停车后恢复开车，升温合格后，除用氮气置换系统外，还应用氮气吹干转化器，直到吹除气测水合格为止，再用HCl 活化一段时间（1～2 h），才能投入使用，目的是尽量减少触媒活化时析出的酸对转化器的腐蚀。

1.2 抓好转化器泄漏后的处理，确保检修质量

从转化器下部视镜中观察有大量积酸时，即可判断为转化器泄漏，应立即停止该转化器的使用，关闭热水循环阀、合成气进出口阀门，打开壳层排气阀和排污阀将热水排掉，打开底部导淋阀将压力卸掉并用氮气置换合格；尽快开盖将触媒抽出，否则受潮的触媒粘结在列管内造成结块堵塞，清理非常困难；抽出的触媒极易吸潮变湿，应密闭包装存放室内，转化器也应盖严遮雨。

对于泄漏的转化器，在抽完触媒后，首先应用冷水进行查漏，压力可按壳层的设计压力，为了查出细微的渗漏，保压时间可长一些，观察应仔细，一定要把所有的漏管全部查出；其次，对于漏管，有的企业采用换管涨接的方式，多数企业采用堵头、堵管的方式，堵管应严格执行焊接规程，保证焊接质量；第三，补焊后试压、试漏，可用压缩空气进行气密性试验，压力可按壳层最高压工作压力，先用肥皂水检漏，无漏点后进行保压，不掉压即为合格，否则重新焊补。

检修补焊好漏点的转化器需进行回装触媒，回装前，应检查回装的触媒必须是干燥的，回装完毕并试漏合格后，还要进行烘吹触媒，直到无水气吹出为止，才可以投入使用。

1.3 合理控制转化器的运行负荷

氯乙烯生产负荷的提高往往取决于转化器的负荷，单台转化器的负荷又取决于装填触媒的活性，应在确保转化率和反应温度符合工艺要求的前提下，合理调整转化器负荷，使其达到最佳工作状况，这样才能延长触媒使用周期，降低触媒消耗。调整转化器负荷，重点是控制好转化器的通气量和气体流速。

1.3.1 通气量控制

要根据触媒的活性和使用时间合理调整转化器的通气量；新触媒因具有较高的活性，往往通气量较大，但宜控制为50～100 m3/h，否则反应过于激烈，易使温度超过180 ℃，甚至超过250～300 ℃而烧坏氯化汞催化剂。当触媒使用50～1 000 h 以后，进入催化剂最佳时期，此时，通气量可达最高值。可根据反应温度及转化后出口过剩量确定通气量达到最大值。反应时间到3 000～4 000 h，触媒处于衰老期，此时，因触媒的性能降低，乙炔的通气量逐步降低。根据转化器使用的3 个阶段，要认真做好相关数据的统计并及时调节，以保证最大限度的发挥触媒的活性。

1.3.2 空间流速的控制

氯化汞合成氯乙烯的能力约为1 000 kg 氯乙烯/kg 催化剂，空间流速过高时，反应物与催化剂接触时间较短，乙炔转化率低；反之，转化率高。在高空间流速下，氯化汞升华流失较快；反之如果空间流速过慢，高沸点副产物的含量就会增多。要使乙炔转化率达到99%以上，空间流速应控制在一定值，根据中银电化有限公司的使用经验，空间流速一般控制在30～60 m3/h。

2 触媒的使用与管理

用于合成氯乙烯的触媒，是由活性炭侵渍、吸附氯化汞后干燥制成的黑色柱状颗粒，其重要的质量指标有氯化汞含量、机械强度、水含量等，氯化汞含量决定其活性；机械强度决定其孔隙率、粉化率及床层阻力等。做好触媒的装填、抽除及生产运行过程中各项工艺指标的控制，是触媒使用与管理的关键。

2.1 触媒的装填与抽除

触媒的装载必须严格按要求进行，即先在底层装好Ø 50 的拉西瓷环，再装一层活性炭直到底盖相平，之后再与筒体相连，待转化器填充满触媒后，在其上部装一层活性炭。翻倒时，防止上部活性炭与触媒混装，从而影响转化器的工艺控制。

触媒使用一段时间后其活性会逐渐下降，且吸收水分后触媒会逐步结块，继而引起转化器内阻力过大影响流速，因此每隔一段时间必须抽触媒。在抽触媒过程中，由于使用一段时间的触媒在气流冲击下，机械强度减弱，导致触媒部分破碎，而这一部分触媒如不过筛，则易导致转化器阻力增加，一般采用10 目筛过筛，实践证明该措施有效的保证了正常生产。

2.2 生产运行过程中工艺指标的控制

2.2.1 严格控制混合气中杂质和水分的含量

原料乙炔气中，如果含有硫磷杂质，其中的硫化氢和磷化氢等与合成汞催化剂发生不可逆化学吸附，使其中HgCl2中毒而缩短催化剂的使用寿命。此外还能与催化剂中升汞反应生成无活性的汞盐。

因此在生产过程中必须严格控制乙炔清净工序的操作，确保乙炔气纯度满足使用生产需要。

混合气含水量的控制是保证触媒正常使用的关键，水分含量过高除腐蚀设备管道外，还易使催化剂结块，降低触媒活性，导致转化器阻力上升，使乙炔含量提高困难。水分的存在还促进乙炔与触媒中的升汞生成有机络合物，该络合物覆盖于触媒表面，降低活性。控制混合气含水主要是通过冷冻脱水工序来实现，精制乙炔气与HCl 气体经混合器进入冷冻脱水工序，其温度一般控制在（-14±2）℃，混合冷冻脱水时原料气中水分被氯化氢吸收后呈40%盐酸雾析出，混合气的含水量取决于该温度下40%盐酸溶液的蒸汽分压，在混合冷冻脱水过程中，冷凝的40%盐酸除以液膜状自石墨冷却列管内壁流出外，大都呈极微细的“酸雾”悬浮于混合气流中，需采用有机玻璃棉将其分离出来。实际生产过程中，该公司的混合气先经冷冻脱水，严格控制温度在（-14±2）℃，除去大部分水分后，又经过多级酸雾捕集器通过其内部的有机玻璃棉将酸雾除去，使混合气含水量降低到可以满足生产的需要。

2.2.2 合理控制混合气中乙炔和氯化氢的分子配比

混合气中C2H2与HCl 之比，一般为1∶1.05～1∶1.1，根据实际运行经验，最佳配比为1∶1.075 左右。若配比不当，对触媒使用影响较大，当乙炔过量时，触媒中的HgCl2将还原为Hg2Cl2和汞。

在实际生产中，由于孔板流量计计算中参数压力设定到某一值且不作调整，其仅能作为操作的参考；同时，由于乙炔与HCl 的纯度波动，即使流量平稳也会使配比出现波动，特别是HCl 流量常常会出现较大的变化。因此其配比不但要根据流量的测量值，还要参照二者的压力以及转化后的乙炔过剩量来进行调节。

2.2.3 合理控制转化器的反应温度

转化温度一般控制在100～180 ℃，适宜温度为120～170 ℃。触媒在以上温度范围内活性最好。在实际生产中，要根据触媒的使用时间来调整各反应带的温度，以发挥转化器中触媒的最佳使用效果。初期，使用在转化器二次转化上，并以加大上层循环水用量控制上层温度。使用期1 000～3 000 h，主要控制中层温度；3 000 h 以上则要倒翻触媒，并将其加入一次转化使用。

采取以上措施后，触媒的使用寿命从过去4 000 h左右，提高到6 000 h 以上。