优化改造乙炔清净流程降低汞触媒单耗

2018-06-22刘海燕

聚氯乙烯 2018年1期

刘海燕

(湖北宜化集团有限责任公司,湖北宜昌 443000)

青海宜化化工有限公司(以下简称青海宜化)是湖北宜化集团有限责任公司的子公司，PVC装置的生产能力为30万t/a，装置运行稳定。该装置的乙炔清净工艺流程为：乙炔气先经次氯酸钠清净，再经碱洗塔中和、冷凝、除雾后，通过阻解器送入混合器，最后进入转化工段。在实际生产中，发现阻解器、捕雾器容易堵塞；经仔细分析，发现乙炔气总管的pH值越往后越低，说明有酸性液体带到了后续工序，既与碱形成盐而结晶堵塞设备，又腐蚀管道并使触媒失活，导致汞触媒消耗较高。

1 汞触媒损失机制

汞触媒损失有物理消耗、化学消耗等多种形式[1]，除了升华消耗和溶解消耗外，其他消耗主要受乙炔气杂质影响，其中两种损失机制如下。

1.1 与S、P、Fe等杂质发生反应[2]

如果从乙炔发生工序来的乙炔和氯化氢气体净化不彻底，则会带进S、P、Fe等有害杂质,这些杂质在一定条件下会与触媒中的氯化汞发生化学反应，反应方程式见式(1)～式(3)，导致触媒活性降低。

(1)

(2)

(3)

1.2 比表面积减小降低活性[3]

汞触媒载体为活性炭。混合气体中不洁净的气溶胶，特别是乙炔气若携带含铁气溶胶粒子，不仅会堵塞转化脱水系统相关设备(如乙炔阻解器、捕雾器等)，还会进入转化器吸附在活性炭表面，导致汞触媒比表面积减小，活性中心减少，活性降低。

2 目前运行情况

青海宜化乙炔清净工艺为次氯酸钠清净，利用次氯酸钠的强氧化性将H2S、PH3等酸性气体氧化成H2SO4、H3PO4等，再在中和塔利用碱液对H2SO4、H3PO4等进行中和，合格后送转化岗位，改造前工艺流程见图1。

图1 乙炔清净系统改造前的工艺流程Fig.1 Unimproved process flow of acetylene purification system

目前,青海宜化乙炔清净系统存在以下4方面异常。

(1)乙炔清净系统排污水质(见表1)明显带有酸碱性，腐蚀管线。

表1 乙炔清净系统各排污点水质Table 1 Water quality at different drainage pointsof acetylene purification system

(2)前期乙炔清净系统串联的2台冷凝器阻力上涨快，存在红色泥状物质堵塞列管，用清水浸洗后可以去除，后通过将冷凝器流程并联后恢复正常，但红色泥状物质仍会逐渐累积并堵塞乙炔气阻解器、捕雾器。

(3)转化混合气脱水系统发生2次一级石墨冷凝器结晶堵塞。

(4)转化器反应效果差，且汞触媒，特别是活性炭层在脱水效果正常时，板结较多，检查更换触媒频率高，触媒消耗高。

3 原因分析及改造措施

3.1 原因分析

取堵塞结晶物进行分析，发现结晶物可溶于水，钙、镁、碳酸根、硫酸根未测出。经定量分析，确定结晶物含磷质量分数为58.5×10-6，氯离子、钠离子大量存在(总含量接近100%)，认为该结晶物主要成分为氯化钠。通过钠源平衡分析，表明乙炔气带出了液体。液体中的钠和氯化氢中的氯结合后，就在阻解器、捕雾器和石墨冷凝器不断结晶，直至堵塞设备，导致生产异常。

而在乙炔气的流程中，中和塔出口的pH值偏高，然后pH值逐步下降，说明中和塔未充分中和清净后形成的酸性物质，导致酸腐蚀碳钢管道，将含铁物质带入转化器的触媒层；同时，含磷的酸性物质也带入了触媒层。上述两种情况均导致触媒失活，造成触媒消耗高。而酸腐蚀管道，又造成泄漏起火的安全隐患。

3.2 改造措施

(1)对乙炔清净系统各塔，特别是中和塔内部结构进行检查，检修校正塔顶分布器、填料和除沫器，使塔的清净效果达到最好。

(2)在乙炔系统中和塔之后增加1组水洗塔作为保安装置，确保乙炔气清净、中和、洗涤效果。

4 优化改造产生的效益

4.1 环保效益

通过改造，降低了汞触媒消耗，减少了汞触媒用量，降低了汞触媒生产和使用过程中的汞污染风险。

4.2 经济效益

通过优化改造，确保含酸、碱、盐的液体不随物料气向后携带，达到生产长周期稳定运行和汞触媒消耗降低的目的，增加了经济效益。据统计，生产1 t PVC汞触媒的单耗可降低1.1 kg，汞触媒的价格为38元/kg，则青海宜化30万t/a PVC装置可产生的经济效益为：1.1×30×38=1 254(万元/a)。