降低PVC生产中电石消耗的方法

2018-02-05耿庆鲁张海伟

中国氯碱 2018年11期

关键词：氯乙烯电石乙炔

耿庆鲁，张海伟

（德州实华化工有限公司，山东德州 253007）

电石是PVC生产的主要原材料，在成本核算中电石占总成本的比例较大，因此，降低PVC生产中电石消耗，降低PVC的生产成本是企业发展的根本。

德州实华化工有限责任公司有2条20万t/a生产线，在PVC生产中采取各种降低电石消耗的方法，效果明显，电石消耗降低到1.45 t/tPVC以下，年节约成本3 600多万元。

1 电石消耗对成本的影响

电石是PVC树脂生产的主要原材料，通过PVC的成本核算看出，电石消耗一项占总生产成本的70%，因此降低PVC成本的关键问题是降低原料电石消耗。该公司通过强化管理、改进工艺、技术创新、细化考核等方法使电石消耗不断降低，取得了明显效果。

2 降低电石消耗方法

2.1 保证电石质量

为保证入厂电石质量，加强采购管理及入厂检验，对采购入厂的电石根据发气量的不同制定不同的价格。由各相关部门组成电石联合检查组，针对入厂的电石进行外观检查，电石的灰分一定要控制在4%以内，对灰分和杂质含量高的电石进行扣量处理。对发气量特别低的电石进行折标处理，并增加扣量处理。粉碎过程中采用取样机自动取样，取样过程全程监控，并制定电石取样操作规程和电石分析化验操作规程。监管部门和生产部门同时分析，仓储留样，分析结果差别较大时，要对留样重新分析。

2.2 提高电石发气量

影响电石消耗最主要指标是电石原料的发气量。电石发气量在285 L/kg以上时，发气量每降1 L/kg，影响电石消耗4～4.5 kg，发气量越低，影响程度越大。电石发气量在270 L/kg以下时，发气量每下降1 L/kg，电石消耗上涨5.5～6.5 kg。原因是发生反应的排渣量增大，使电石渣浆中杂带乙炔气量增大，使乙炔收率降低，从而使电石消耗上升。电石发气量一般在300 L/kg，1 t PVC耗电石1.4 t，降低电石实物消耗，最有效的办法就是提高电石发气量。

2.3 加强电石入库的存放管理

电石入库后现场管理的关键就是减少风化潮解。应根据电石的运输距离及日耗量设定安全库存量；仓库要避免潮湿，电石要及时用苫布覆盖；出库要先进先出。应做到以下几点。

（1）在破碎现场，要做到电石的颗粒归仓，缩短电石在冷破间、破碎口的存放时间。

（2）进入料仓内的电石要用氮气保护，减少空气中水和电石接触，减少电石风化。

（3）严格控制电石粒度，避免造成卡料和反应不完全。

（4）加强除铁器的维护保养，避免铁块、矽铁进入系统，避免发生器料斗卡料及耙臂的损坏，减少发生器置换的次数。

（5）加强电石料仓充氮操作管理，减少电石在料仓内的粉化。

2.4 提高乙炔收率

（1）提高电石的水解率。电石在发生器的有效停留时间内，要保证其能充分水解，反应完全，因此发生器的设计至关重要。水解时间与电石粒度、反应温度、渣浆固含量关系密切。电石粒度越大，完全水解的时间越长。渣浆含固质量分数在0～20%时，电石水解速度受固含量影响不大；超过此范围时，水解速度明显减低。80℃时，渣浆含固质量分数20%、粒度50～80 mm的电石完全水解的时间约为6 min。因此控制好电石粒度及用水量，即能保证电石的水解率。

（2）发生器的反应温度控制在80～90℃。随着温度变化，乙炔在发生电石渣浆中的溶解度会随之降低。发生温度在电石发生反应过程中，应严格控制发生器的反应温度在85℃左右，对于备用发生器，应尽量减少发生器冲洗水的加入量，保证有溢流、发生器无负压即可，尽可能减少乙炔损失。

（3）发生器的压力控制在3～13 kPa。当压力过高超过15 kPa，乙炔气会从溢流口安全水封直接出来，造成大量的乙炔损失。所以，应尽可能降低发生器压力，降低乙炔气在水中溶解度，并防止溢流口安全水封跑乙炔气，从而降低电石消耗，也保证生产的安全运行。

（4）电石反应速度和电石在水中反应温度和电石粒度有关，温度越高，水解速度越快，电石粒度越小，反应速度越快，电石反应越安全，因此发生器的水解反应在安全的许可范围内，严格控制电石粒度，降低电石渣中的排出生电石的量，从而降低电石消耗。将电石粒度控制在15～50 mm，可保证发生器中电石尽可能水解完全。严格控制电石粒度，也可避免造成卡料和反应不完全。

（5）发生水的使用，除了尽可能使用回收低温清液外，尽量减少往系统补加水的量。只要加入水到发生器或和乙炔气接触设备中，因为温度越低，溶解乙炔量越大，乙炔损失便越大。

（6）尽量减少发生器的检修频率。每次检修都要进行检修前置换，和投运前的置换，都需要消耗电石，每次检修发生器置换消耗电石约1～1.5 t，因此检修频次减少，可以降低电石消耗。

（7）减少乙炔的漏点。定期对乙炔管线、设备查漏及时清除漏点，从而降低消耗。

（8）严格控制清液质量。保证清液的温度足够低，减少清液在发生系统的循环量，减少乙炔气的溶解量。

（9）渣水循环使用。废次氯酸钠及冷却塔的冷却水综合利用，减少跑气损失及溶解损失。

（10）采用抽真空脱吸技术回收渣浆中夹带的乙炔。

（11）提高乙炔转化率使乙炔最大程度地转化成氯乙烯是降低电石单耗的关键。在转化器数量能充分满足生产需求且原料气合格的情况下，根据触媒的使用时间，控制单台转化器的进气量，将转化反应带的反应温度控制在130～160℃，基本就能保证乙炔的转化率。控制好乙炔和氯化氢的配比，根据单台转化器出口乙炔含量及时翻倒触媒，控制好冷却水的温度和流量，是控制好转化反应的关键。

（12）提高氯乙烯合成原料气氯化氢和乙炔纯度。精馏在冷凝时，不凝性气体越少，氯乙烯排放量越少，回收率越高。

（13）乙炔转化率越高，在精馏尾气中排放乙炔量就会越少，那么乙炔的收率就会越高。因此，转化率的控制，直接决定乙炔收率，因此，转化器触媒质量使用管理，直接决定触媒的使用，从而影响乙炔的转化率。

（14）散落在厂房及皮带廊内的电石要及时清理，放到皮带上输送到电石筒仓及加料斗内。

（15）加强除铁器的维护保养，避免铁块、矽铁进入系统，避免发生器料斗卡料及耙臂的损坏，减少发生器置换的次数。

（16）发生器料斗卡料时要及时处理，积极采取方法，避免因料斗卡料而置换发生器。发生器胶圈及活门胶饼质量要严格把关，胶圈、胶饼损坏都须置换发生器才能更换，而置换发生器会造成乙炔的浪费。

（17）要确保发生器耙齿、耙臂、抱箍的材料质量及检修质量，减少检修次数，从而减少置换发生器次数

（18）发生器排渣时要控制排渣量及排渣时间，尽量降低排渣时乙炔的损失。

（19）严格控制料斗的置换时间，避免置换时间过长而浪费乙炔。有条件的增设备进行置换排空乙炔气的回收利用。

（20）配合粉尘治理，进行电石粉尘含乙炔气的回收，包括电石卸车，电石破碎，电石上料过程中的粉尘回收。

（21）强化氯乙烯转化率指标的控制与考核，减少乙炔气损失，乙炔转化率由过去控制在98.5%提高到99.88%，乙炔气基本上实现了近百分之百转化，对降低电石消耗起到了至关重要的作用，同时减少了尾气排放量。

（22）调整改造回收压缩机系统，加大回收冷却器面积，提高冷量及冷却效果，提高单体回收量同时降低排气量。

（23）合成尾气增加变压吸附回收装置，使合成精馏尾气排空含VCM达到国家标准（VCM≤36 mg/m3，C2H2≤150 mg/m3）。采用新技术后，单体回收的更彻底，不但排空指标合格，而且还降低了电石消耗。

（24）次氯酸钠废液、水环压缩机用水必须循环使用，不能排放，减少溶解乙炔损失。

2.5 提高聚合收率[1]

要提高聚合收率，除了要保证氯乙烯反应完全，还要减少废料的产生。对氯乙烯反应效果影响显著的是乳化剂品质及引发剂用量，其中乳化剂品质更为关键。废料是指渣料及落地料，在PVC生产中，渣料的量远大于落地料。渣料来源于聚合过程，其影响因素很多，在原辅料品质及用量不变的情况下，主要受清釜质量及冷冻水温度的影响。为保证清釜质量，必须保证清釜水压及清洗时间，一般清釜水压控制在30 MPa，清洗时问控制在50 min。选择合适的防粘釜剂也可以减少废渣料的产生。落地料主要产生于包装工序，包装袋的质量及包装机过料的均匀性是影响落地料量的主要因素。

（1）减少聚合釜异常运行次数和回收次数，从而降低消耗。

（2）对汽提塔进行精心控制，减少PVC杂质数和残留量。

（3）减少和控制回收冷凝器放空量，从而降低单体的排放量。平时加强监控回收冷凝器放空的阀位（0～30%）和压力（控制在 1.3 kgf/cm2以上），跟踪回收冷凝器放空的VC含量。

（4）干燥风机风压、风温控制在适当的范围内，减少粉尘的夹带量。

（5）控制好包装重量在规定范围的低限，PVC水份含量控制在规定范围的高限。

（6）控制聚合用的无离水及单体的pH值，根据树脂的颗粒形态及时调整分散剂，防止出现粗料。

（7）加强聚合涂釜、以及汽提、干燥开停车的管理，最大限度降低废料。

（8）减少单体含水量。单体含水偏高，容易造成单体储槽以及单体管线自聚，自聚物易堵塞管线及阀门，造成物料输送流量偏低，输送困难，输送所需时间渐长，聚合投料辅助时间延长，单体质量偏低，检修置换清理难度加大，对树脂质量造成一定的影响。

3 部分降低电石消耗方法分析

3．1 发生器温度控制在85℃

从工艺及安全方面综合考虑，发生器温度要求控制在80～90℃之间。80℃及85℃乙炔气在水中溶解度分别为0.15及0.09，一台发生器的溢流量大概70 m3/h，80℃乙炔气溶解损失为10.5 m3/h，折电石36kg。85℃乙炔气溶解损失为6.3m3/h，折电石22kg。如果把发生器温度控制提高5℃，12台发生器溢流液每年将减少电石损耗约1 450 t电石。

3．2 发生器储斗置换排空

现发生器下料管插入液面以下，当电石进入发生器时与水接触产生乙炔气聚集在下储斗，下储斗压力经常在14～18 kPa。电石下料操作时，下储斗内一半乙炔气进入上储斗并被排空，这会造成原料电石浪费。

通过在发生器下储斗接一管路至升压机进口，用自控阀与发生器下储斗活门联锁控制，因升压机进口为微正压，所以可以保持下储斗在较低压力，又可使大部分乙炔气回到系统。当发生器运行时（下储斗活门关闭）自控阀打开，储斗内乙炔气被抽入升压机，进入系统。当发生器下料时（下储斗活门打开）自控阀关闭，可以避免上储斗内置换用氮气进入系统，这样可把储斗内乙炔气回收利用。

电石储斗容积3 m3，每天用料480斗，损失乙炔气折算成285 L/kg发气量电石约5.0 t/d，如这部分乙炔气全部回收，每年可减少电石损耗约1 824 t。

3.3 上清液的利用

将电石渣浆上清液外排，不但对环境的造成严重污染，还浪费水资源，同时造成乙炔损失。由于上清液内溶解了乙炔，不会继续溶解，所以上清液回用比加水降低了乙炔损失，减少了电石消耗。

乙炔溶解度按照0.15（1体积水中能溶解的乙炔体积数）计算，即1 m3的上清液水中损失的乙炔气150 L，折合发气量285 L/kg的电石0.5 kg。按照每小时50 m3的上清液回用，一年按8 640 h计算，可节约电石约216 t。

3.4 氯乙烯水洗密闭强制循环副产盐酸

排放氯乙烯水洗的酸性水，不仅造成环境污染，而且浪费水资源。同时，酸性水中溶解了部分粗VC，也会被排放掉，可造成电石消耗上升。对水洗酸进行盐酸脱吸技术改造，将盐酸脱吸后，HCl气体再返回氯乙烯，剩余较低浓度的酸性水进行密闭循环使用。这样，减少了酸性水排放对环境的污染，同时节约了水资源，也减少继续溶解氯乙烯造成的电石消耗。

3.5 电石渣浆回收乙炔工艺

乙炔发生器溢流出的电石渣浆中含有大量乙炔，一般在300～400 mg/kg。渣浆中的乙炔大部分存在于未水解的、被氢氧化钙包裹的碳化钙核中，另外一部分溶解于水中。

来自乙炔发生器的电石渣浆经管道输送至渣浆缓冲罐，渣浆缓冲罐中的矽铁及事故状态下的渣浆可时溢流至水封再流至渣浆池；渣浆由渣浆泵打至真空脱气塔并设有回流，在真空脱气塔内使用水环真空泵抽负压，将渣浆中的乙炔提取出来；在水环真空泵与真空脱气塔间设有乙炔冷却器。乙炔在其中经循环水冷却后，再由真空泵加压后经捕沫器送至气柜使用；真空脱气塔底部流出的渣浆经渣浆排放罐溢流至渣浆浓缩系统。.

回收电石渣浆中的乙炔可降低电石消耗，生产1 t PVC的电石消耗量可减少10～13 kg，按40万t/a PVC计算，可节约电石0.4万～0.52万t/a，电石价格按3200元/t计，则可减少成本1280万～1664万元/a，具有良好的经济效益。

3.6 电石粉末回收及利用

为改善环境，降低电石消耗在破碎厂房，皮带走廊、料仓及发生楼安装了7台除尘器，配套高效反应发生器。正常运行时7台除尘发生器产气总量在155 m3/h以上，每年按上电石工作3 200 h计算，可节约电石 155×3 200/285=1 740 t，按照 3 200 元/t电石计算，可节约556.8万元。

3.7 氯乙烯精馏尾汽回收

生产系统运行以来，氯乙烯精馏尾气经变压吸附工艺处理后，氯乙烯和乙炔的回收率可达到99.9%以上。回收氯乙烯和乙炔可减少电石原材料的浪费，真正的达到节能减排的目的。

如氯乙烯尾气量按1 500 m3/h计算，氯乙烯体积数为15%，乙炔体积数为5%，电石价格为3 200元/t，则每年可回收氯乙烯1 616 t，折电石2 424 t；每年还可以回收乙炔折电石2 263 t，两项合计节约电石4 687 t，共节约1 499.84万元。为了保证生产的正常运行，成本的降低，务必确保变压吸附的工艺参数正常，提高开车率。