PVC汽提工艺的优化

张玉永

(新疆圣雄氯碱有限公司，新疆 吐鲁番 838100)

目前,国内外PVC生产中大多数采用筛板塔作为PVC浆料汽提的主要设备，但筛板塔在使用过程中由于无溢流堰且塔孔直径大，造成PVC树脂VCM残留量高、汽提工序蒸汽单耗高。

新疆圣雄氯碱有限公司(以下简称新疆圣雄)50万t/a PVC装置汽提工序采用无溢流堰筛板塔，材质为0Cr19Ni9耐热不锈钢，塔板厚度为4 mm，塔板孔径为Φ12±0.1，筛孔圆心距为35 mm，塔板直径为2 000 mm，塔板间距为200 mm，塔板安装总高度为7 140 mm,最顶层塔板有6根筋板。自2012年开车以来，汽提塔在运行过程中蒸汽单耗约为0.43 t，消耗较高；并且在运行过程中塔盘有倾斜现象，导致汽提塔下料不均匀，塔盘积料严重，成品PVC树脂中VCM残留量不稳定，严重影响了装置的正常运行。为此，新疆圣雄对汽提工艺进行了优化，降低了蒸汽单耗及成品PVC树脂中的VCM残留量，取得了良好的效果。

1 汽提工艺[1-3]

汽提工艺流程见图1。

图1 汽提工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of stripping

聚合釜出来的PVC浆料通过出料泵进入出料槽，经倒料泵、浆料过滤器进入汽提塔进料槽,再通过浆料泵送至螺旋板换热器，与汽提塔出来的热浆料进行热交换后进入汽提塔顶部。进入汽提塔进料板上的浆料均匀、稳定地流动，与自下而上从塔板筛孔上升的蒸汽进行充分的传质、传热，自浆料中提升的VCM从汽提塔顶部逸出并进入塔顶冷凝器，大部分蒸汽在此冷凝。

部分冷凝后的蒸汽与液相物料从塔顶冷凝器中流出，进入汽提塔冷凝液分离罐，在分离罐中液相与气相物料分离，被水饱和的VCM从汽液分离罐顶部逸出，由水环压缩机送至回收单体槽。冷凝水一部分去废水处理工序，一部分用于汽提塔塔顶的喷淋，既可以冲洗塔顶的挂壁料又起抑泡作用，在提高汽提塔处理能力的同时保证了出塔浆料的温度和固含量，降低了蒸汽消耗，也节约了去离子水。

随着浆料不断向下流动，蒸汽不断向上流动，PVC浆料中的VCM不断汽化，充分脱除了VCM的浆料从汽提塔塔底流出，由出塔浆料泵送至螺旋板换热器与进塔浆料进行热量交换，然后送至离心机进料槽，而后去离心干燥。

2 问题与讨论

(1)汽提装置自2012年开车以来，PVC成品VCM残留量一直不稳定(4～5 μg/g)，蒸汽通量为6～8 t/h，蒸汽单耗较高(0.35～0.43 t)，严重影响了树脂质量，并导致PVC生产成本居高不下。

分析原因：①汽提塔塔板间距为200 mm，共36层塔板，塔板上液层实际高度为60 mm左右，PVC浆料停留时间短(5～7 min)，与塔底部通入的蒸汽未充分接触，对流传质、传热不充分，导致PVC颗粒中的VCM脱除不彻底；②现有筛板塔筒体直径为2 000 mm，塔盘直径为1 986～1 988 mm，单层总环隙为12～14 mm，塔盘环隙大导致蒸汽穿塔严重，蒸汽在塔盘及气、液相空间的分布不均匀，蒸汽消耗高。

改造措施：①将现有塔盘直径改造为1 996 mm，总环隙由12～14 mm减为4 mm。②不改变塔盘孔径及孔数，通过增加塔板数、缩小板间距来延长浆料在塔体中的停留时间，以达到使浆料与蒸汽充分传质、传热的目的；但随着塔盘数增加、板间距缩小，雾沫夹带量会增多。综合考虑汽提效果、浆料停留时间、塔盘总重、塔体承重等因素，将塔盘间距由200 mm缩小至150 mm，塔盘数由36块增加至45块。

改造后，塔板上的液层实际高度由60 mm左右提高到100 mm左右，PVC浆料的总停留时间由5～7 min延长至10～12 min，汽提塔运行良好。

改造前后蒸汽用量对比见图2。

图2 改造前后汽提塔蒸汽用量对比Fig.2 Comparison of steam consumption before and after improvement

由图2可见：改造后，在同等进料量下可节约蒸汽3.23 t/h左右，蒸汽单耗由0.43 t降低至0.24 t,有效地节约了成本。

汽提塔改造前后塔底温度对比见图3。

图3 改造前后汽提塔塔底温度对比Fig.3 Comparison of stripping tower bottom temperature before and after improvement

由图3可见：改造后汽提塔塔底温度上升了2～3 ℃，有效地提高了PVC颗粒中VCM的提取效果。

汽提塔改造前后PVC树脂中VCM残留量对比见图4。

图4 改造前后VCM残留量对比Fig.4 Comparison of vinyl chloride residue in stripper before and after improvement

由图4可见：PVC树脂中VCM残留量较改造前下降了2.30 μg/g，这一方面降低了树脂使用过程中VCM对人身的伤害;另一方面也降低了生产成本,提高了产品质量。

(2)浆料偏流，造成浆料进入汽提塔后分布不均匀，树脂在塔板上堆积，导致PVC树脂杂质粒子数频繁超标。

原汽提塔最底层塔盘不锈钢板厚度为4 mm，底部塔盘与塔壁连接处未焊接加强圈，顶部塔盘采用单面6根加强筋板支撑，塔盘整体机械强度不够。因蒸汽气锤现象，使拉杆螺帽松动，导致塔内拉杆脱落;长时间运行后塔板摆动、倾斜、变形，导致塔盘积料，严重影响树脂杂质粒子数及塔盘使用寿命。

改造措施：①将最底层塔盘不锈钢板厚度由4 mm增加至6～8 mm，并在该塔盘底部与塔壁连接处焊接厚度为8 mm、宽度为40 mm的加强圈；②为确保顶部支撑塔盘的强度，将原来单面6根加强筋板改造成双面加强筋板，以保证顶层塔盘强度；③为避免塔盘在塔内因蒸汽气锤现象造成摆动而破损，在每层塔盘拉杆孔上下加装4 mm厚不锈钢垫片，增加拉杆孔周围强度；④为避免拉杆在运行过程中因蒸汽气锤现象造成的螺帽松动及塔盘倾斜、变形，采取双螺帽紧固，有效地防止了塔板集料。

3 汽提工序的操作与维护

(1)温度对汽提塔运行的影响。

汽提塔的工作原理就是通过PVC浆料与蒸汽的逆向接触，使VCM从PVC颗粒中脱吸出来，从而获得VCM残留量较低的PVC树脂。有关资料表明：在95 ℃时VCM的脱吸速度会发生突变，并且95 ℃以上是95 ℃以下的2倍。这是因为当汽提温度接近水的沸点时，蒸汽对VCM的脱吸起着蒸馏作用，有利于VCM从PVC颗粒中脱吸；但温度不能太高，当温度达到130 ℃左右时，PVC树脂会由于高温分解而出现发黄现象。经过多次试验，发现汽提塔塔顶温度控制在95～110 ℃，塔底温度控制在105～115 ℃为最佳。

(2)塔压差对汽提塔运行的影响。

无溢流堰筛板塔结构简单、利用率高，但需要较高的气流速度才能维持塔盘上的液层高度，所以塔压差是保证塔盘上液层高度的一个重要指标。如果塔盘上没有液层，就会形成塔喷淋现象，树脂在高温下容易变红；如果液层太高，塔压差太大，也不利于VCM的脱吸。经过多次试验，发现塔压差控制在10～25 kPa为最佳，此时塔盘液层在80～100 mm，最有利于VCM的脱吸。

(3)塔顶喷淋对汽提塔运行的影响。

喷淋的主要作用是冲洗在气流上升过程中残留在塔壁上的PVC粉末，防止气流将PVC粉末带入塔顶冷凝器，影响回收系统。如果汽提塔停止喷淋，这些粘附在塔壁上的PVC粉末会在高温下形成红料，影响树脂质量。喷淋水为过滤后的母液水，一方面可减少纯水的用量，节约成本；另一方面可达到水循环利用的目的。喷淋量偏小，则汽提塔在运行过程中塔壁与塔盘会出现积料，长时间运行会影响树脂质量；喷淋量偏大，则汽提塔温度偏低，不利于VCM的脱吸。经过多次调试，发现喷淋量在2～4 m3/h时汽提塔运行效果最佳。

4 结语

在PVC生产中，绝大多数厂家都采用无溢流堰的筛板塔，有的厂家连续运行几年产品质量都能达标，有的则几个月就要进行维修。新疆圣雄对原有的汽提塔增加塔盘，成功地将蒸汽流量控制在3.9～4.3 t/h，PVC树脂VCM残留量控制在1.44～2.40 μg/g，用低投入实现了高回报，为同行企业汽提工艺改造提供了借鉴。