氯乙烯精馏尾气处理流程优化研究

邵玲霞，王小博，邓建民，杨国强

（宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏 石嘴山 753202）

氯乙烯精馏尾气处理流程优化研究

邵玲霞，王小博，邓建民，杨国强

（宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏 石嘴山 753202）

分析了精馏尾气的来源及主要成分，研究了降低尾气总量的控制措施，进行工艺流程优化以减轻变压吸附装置负荷，使排放尾气中氯乙烯和乙炔含量降低。

精馏尾气量成分；工艺优化；减轻变压吸附装置负荷

《烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准GB15581-2016》于2016年9月1日开始实施，其中氯乙烯排放限值由原《大气污染物综合排放标准GB16297-2014》标准中规定的最高允许排放浓度36 mg/m3调整至10 mg/m3，这意味着需要提高氯乙烯的排放等级。宁夏英力特化工股份有限公司氯乙烯精馏工序产生的含氯乙烯乙炔的尾气经变压吸附处理达标后排放，该装置已运行10年，长期处于高负荷运行。为使运行指标满足日益严格的限额要求，该公司对精馏尾气处理流程进行研究，探讨降低变压吸附装置负荷的可行性，使吸附装置能力增强。

1 变压吸附气体流量及成分分析

1.1 尾气产生原因及种类

尾气的来源主要包括以下几个方面。

（1）HCl合成时控制H2过量，合成后的HCl纯度控制在96%，没有反应的H2和其他惰性气体；（2）C2H2生产时，由于采用N2置换及真空解吸等操作，将带入 N2、O2等杂质气体；（3）没有参与反应的C2H2气体；（4）气液相平衡时带入和冷凝效率低时没有冷凝的VCM气体；（5）其他杂质气体等。

1.2 计算依据

15万t/a VCM装置年运行时间以8 000 h计，HCl体积分数以96%计，C2H2体积纯度以99%计，C2H2与HCl配比以1∶1.08计，二段转化气中C2H2体积分数以2%计，转化粗VCM体积分数以90%计，合成反应选择性以98%计，该过程不考虑聚合回收气体等因素影响。

1.3 尾气流量计算

（1）C2H2流量计算

VCM产量为18.75 t/h，折合300 kmol/h，乙炔摩尔体积22.4 L/mol计，则参与反应的C2H2流量为：300÷98%×22.4=6 857（m3/h）；

没有参与反应的C2H2流量为：300÷90%×22.4×2%=149（m3/h）；

体积分数 99%的 C2H2流量为：（6 857＋149）÷99%=7 077（m3/h）。

（2）HCl流量计算

C2H2与 HCl配比为 1∶1.08，则所需 HCl流量为：

7 077×1.08÷96%=7 962（m3/h）；

（3）没有反应的气体流量为

7 077×（1-99%）＋149＋7962×（1-96%）=538（m3/h）

此部分气体中主要成分为H2、N2和其他杂质气体。

（4）总尾气流量计算

在全凝器绝大部分的VCM气体和高沸点组分被冷凝液化，部分C2H2溶解在VCM液相中，不冷凝气体如H2、N2夹带部分VCM气体进入尾气冷凝器；出低沸塔的气相中夹带的VCM气体被塔顶冷凝器冷凝，最终与全凝器尾气混合后进入尾气冷凝器，夹带出的大部分VCM被冷凝液化，最终不凝气中氯乙烯体积分数约为10%。则进入尾气吸附的气体总量为 538÷（1-10%）=598（m3/h）。

（5）在全凝器带出的C2H2气体

全凝器压力在610 kPa（绝压），温度在23℃时，（N2、H2、O2以不凝气体计算），此时，乙炔在氯乙烯中饱和溶解度为0.5%，则C2H2在该状态下在VCM中溶解量为94 kg/h，合81 m3/h，需回收C2H2为149÷22.4×26=173 kg/h，占氯乙烯总量的 0.92%，即全凝器末冷凝乙炔气体为149-81=68 m3/h。乙炔在氯乙烯中的溶解度与温度对照表见图1。

图1 乙炔在氯乙烯中的溶解度与温度对照表[1]

2 低沸塔顶尾气数据分析

低沸塔的馏处气体组分为，在塔顶温度10℃，操作压力0.5 MPa时对应的气液平衡组成为：VCM：86.6%（mol）；C2H2：13%（mol）；N2：0.4%（mol）[2]。C2H2析出量为81m3/h，则低沸塔带出VCM量为540 m3/h，N2量为2.5 m3/h，绝大部分VCM被塔顶冷凝器、全凝器和尾气冷凝器再次冷凝液化，再次被液化后的尾气中乙炔和氯乙烯占绝大部分，因此，将次部分气体可直接送至转化工序，以减轻变压吸附装置负荷。

3 流程改进

原流程经压缩后脱水脱油的粗VCM气体送入初凝器经循环水冷却后进入全凝器（a/b/c），经5℃冷冻水冷却，冷凝下来的VCM进入水分离器利用重度差脱除水分，分离水后的VCM用进料泵送入低沸塔，进行C2H3Cl与C2H2为主的低沸物的分离，被分离出来的低沸点物，在塔顶冷凝器经+5℃水冷却，回收部分氯乙烯后，进入全凝器（a/b/c），经再次冷凝，全凝器内不凝气体进入尾气冷凝器（a/b），用-35℃盐水冷却回收部分氯乙烯再进入变压吸附塔。原流程见图2。

图2 原精馏尾气处理流程简图

鉴于出低沸塔的气体中杂质气体含量极少，主要成分为C2H3Cl和C2H2气体，经塔顶冷凝器和尾气冷凝器b处理后，该部分气体中主要成分为C2H2，因此重新设计流程，将此部分气体处理设置独立流程，出低沸塔经塔顶冷凝器处理后再送入尾气冷凝器b，不凝气送转化前的乙炔总管，以减轻变压吸附负荷和降低气体压缩能耗。改造后的流程见图 3、图 4。

4 降低尾气总量的控制措施

4.1 提高HCl纯度

提高HCl合成纯度对减少尾气排放量至关重要，而Cl2、H2的压力和纯度是影响HCl纯度的关键因素，生产不稳定及H2中含水量高是影响HCl纯度的主要因素。因此，精心操作和及时排放H2管线中积水，可提高H2纯度，但HCl纯度控制过高有发生“过氯”的危险。因此，将HCl纯度控制至96.0%～97.0%比较适宜。

图3 全凝器尾气处理流程简图

图4 低沸塔顶尾气处理流程简图

4.2 控制VCM合成纯度在90%左右

将转化温度控制在160℃以下，以减少副反应的发生；合理调整一段和二段转化器数量，使转化一段和二段出口乙炔含量符合要求；减少粗VCM从转化夹带的水分，粗VCM中的水分来源是水洗及碱洗工序与水充分接触后夹带而来，水洗塔是由填料段和泡罩段组合而成的组合塔，应选用传质传热效率更高的填料，降低入塔的吸收水、酸温度，控制入口酸温度≤12℃；控制碱洗塔中NaOH浓度在5%～20%，循环量在视镜的1/3～2/3处，在循环液中NaOH浓度≤5%或Na2CO3≥8%时及时更换循环碱液，以免碱洗塔阻力增大造成带液。控制碱洗塔温度≤55℃，以降低粗VCM气体中水的饱和蒸汽压。

4.3 提高全凝器液化效率

根据通量及时调整冷却水流量，减少生产波动；定期对换热器壳程和管程进行清洗，清洗结垢层，以提高全凝器的传热效率系数。

4.4 控制氧气氮气的加入

对乙炔回收装置的真空度保持-30～-70kPa，设置在线含氧分析仪，保持回收乙炔O2≤1.5%，聚合回收气体中要求O2≤3%。

5 结语

工艺改进后，进入全凝器的不凝气体减少，将会提高全凝器的换热效率；进入变压吸附装置的气体流量减少，降低变压吸附装置负荷，使净化吸附能力增强，排放尾气中氯乙烯和乙炔含量得以降低。如低沸塔塔顶冷凝器将馏处组分中VCM含量大部分液化冷凝，此部分尾气可不进入尾气冷凝器而直接去转化器乙炔总管，可再度降低冷冻能耗。

［1］郑石子，颜才南，等.聚氯乙烯生产与操作.北京：化学工业出版社，2008.1出版292-293.

［2］李智钦，芦玉来.对氯乙烯单体精馏尾气中的乙炔进行回收利用.内蒙古石油化工，2003，第29卷：54-55.

Study on optimization of tail gas from rectification process of vinyl chloride

SHAO Ling-xia， WANG Xiao-bo，DENG Jian-min， YANG Guo-qiang
（Ningxia Yinglite Chemical Co.,Ltd.， Shizuishan 753202，China）

The article analyses the source and main ingredient of tail gas from the rectification and control measures to reduce exhaust gas volume，process optimization，to lessen the pressure swing adsorption unit load.Reducing emissions of vinyl chloride and acetylene content in the exhaust to lower.

tail gas from the rectification amount of ingredients，process optimization，reducing pressure swing adsorption unit load

X781.2

B

1009－1785(2017)09-0016-03

2017-06-05