汽提塔工艺运行比较

2019-11-30李永强

中国氯碱 2019年10期

李永强

（宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏石嘴山753202）

宁夏英力特化工股份有限公司先后建设2套12万t/a PVC装置，各配套浆料汽提系统，现对2套系统的不同运行工艺进行对比分析。

1 国内通常采用的汽提塔

塔式汽提的核心设备是汽提塔，国内PVC浆料汽提通常采用2类汽提塔：无溢流堰的穿流式汽提塔和带溢流堰的小孔汽提塔。穿流式汽提塔的特点是汽提塔筛孔直径一般在10～15 mm。塔板的有效开孔率为8%～11%。塔板数设置为20～40块，在塔顶设有脱盐水喷头，浆料从顶部喷淋而下，与通过塔板上的小孔上升的蒸汽逆向接触，在接触过程中，通过传热传质达到脱析VCM的目的；带溢流堰的小孔汽提塔的特点是浆料通过每层的折流板在塔盘上流动，从每层降液管进入下一层塔盘，从塔顶自上而下流动，而蒸汽通过塔板上的小孔自下而上流动。浆料在带有折流板的塔盘上流动时与自下而上的蒸汽进行充分接触，发生传热传质，达到脱析VCM的目的，该汽提塔一般只有8层塔盘，设有2个进料口（一个在第八层，一个在第六层），每层塔盘上有若干个小孔，筛孔直径＜8 mm。每层塔盘上布有溢流堰和降液管，且每层塔节都有冲洗喷淋水的装置。

2 聚氯乙烯浆料汽提原理

聚合釜出料回收后，PVC浆料中含质量分数1%～3%的未反应的VCM，浆料中残留的氯乙烯，一部分存在于水中，一部分存在于PVC树脂中。汽提的作用是去除浆料中残留的VCM，最终使产品中残留VCM降至指标要求。VCM在PVC浆料固液气相中的平衡浓度一般为 1 000∶100∶1。在汽提过程，VCM在PVC树脂、水相及气相中的不等量分布使其在浆料中存在着脱析动力，通过提高温度使浆料受热沸腾，浆料内VCM在蒸汽给予的汽化潜热的作用下经过树脂颗粒中的孔隙穿过皮膜向水相中扩散，也提高了VCM由水相冲破水液体静压阻力扩散至气相的速度。PVC树脂玻璃化温度为75～78℃，处于玻璃化温度以上时分子的振动动能加快，有利于VCM从浆料中的脱析。VCM在PVC浆料中脱析速率曲线见图1。

图1 VCM在PVC浆料中脱析速率曲线

由图1可以看出，温度对VCM残留量有着决定性的影响，在温度超过95℃时，VCM残留有急速下降的突变趋势，为保证汽提效果，汽提塔的温度不应低于95℃，但PVC树脂是热敏性的树脂，长时间的高温易导致树脂受热分解变色，使产品杂质粒子数增多。因此，应在有效脱析浆料中VCM的同时尽量减少蒸汽用量。

影响PVC浆料中VCM脱析条件的内因主要是树脂颗粒形态，外因是脱析的温度、压力、蒸汽通量和塔内停留时间等。蒸汽是脱析的动力和载体，在汽提过程的主要作用为：加热浆料到汽提要求温度，给VCM脱析提供动力；作为脱析出的VCM的载体，将VCM输送至后工序；降低塔顶气相中VCM气体分压，使VCM压力低于气液两项平衡时压力，形成液相脱析推动力。

3 现运行的2套汽提塔比较及工艺分析

该公司现有2套12万t/a的PVC生产装置都使用无溢流堰的穿流板式塔作为汽提塔，其中A装置采用欧洲乙烯公司108 m3聚合釜技术，配套规格为Ф1 800×19 760的汽提塔1台，塔顶冷凝器换热面积104 m2，其进螺旋板式换热器浆料温度为45℃，出85℃，汽提塔底浆料温度为113℃，经换热后温度为68℃，使用0.4 MPa饱和蒸汽作为热源，塔顶温度为109℃，塔顶压力为60 kPa（表压），浆料流量80 m3/h，蒸汽用量6 400 kg/h，回收压缩机的气体温度为37～43℃，汽提后浆料中残留的VCM较高；树脂产量平均为16 t/h，蒸汽实际单耗为400 kg/t；B装置采用70 m3古德里奇聚合釜技术，现阶段用于配套规格为Ф1 500×16 220的汽提塔2台，各配备换热面积为38 m2的塔顶冷凝器，其中，单套汽提装置进螺旋板式换热器浆料温度为40℃，出65℃，汽提塔底浆料温度为100℃，经冷却后温度为75℃，使用0.5 MPa饱和蒸汽作为热源，塔顶温度为90℃，塔顶压力为零（表压），浆料平均流量31 m3/h，蒸汽平均流量为2 250 kg/h，汽提后浆料中残留的VCM极低。B装置单台汽提塔树脂产量平均为7 750 kg/h，蒸汽用量为2 250 kg/h，蒸汽实际单耗为290 kg/t。

由于A装置相比B装置塔顶温度和塔顶压力高，造成VCM解析阻力较大，残留的VCM较高，蒸汽用量较大；另外核算冷凝器能力相比B装置能力小，导致气相中水分不能及时冷凝，使液相中VCM含量不能降至最低；核算塔内停留时间，A装置汽提塔容积约为50 m3，浆料停留时间约为37 min，B装置汽提塔容积约为28 m3，浆料停留时间约为54 min；A装置汽提能力相比B装置较小。

B装置蒸汽单耗偏低，而根据塔压差和塔顶冷凝器负荷分析，应该是由于塔顶控制温度低、塔顶零压力操作，VCM易于解吸，因此实际消耗的蒸汽减少；A装置末冷凝蒸汽量过多，造成塔顶冷凝器冷却能力不足，导致蒸汽用量增大。冷凝水量增多使溶解在其中的单体增多，单体损失量增加，进压缩机气体量增多，压缩机做工增加，电耗上升。另外根据实际操作发现，汽提塔顶压力过高，不仅不利于VCM从PVC树脂中解吸，还会造成浆料在塔内停留时间过长，树脂被蒸汽烘烤白色；同时汽提塔在运行过程出现严重的带料现象。

4 改进措施

通过以上比较得知，降低汽提塔塔顶压力能够降低蒸汽消耗。汽提塔塔顶压力的控制与温度相关，降低汽提塔塔顶压力还有助于提高对VCM的脱析效果提高产品质量、减轻回收压缩机负荷。塔顶压力与未冷凝蒸汽量、回收压缩机、塔顶冷凝器能力有关。因此，通过增大汽提塔塔顶冷凝器冷却面积的措施，将A装置冷却能力增大至1.2～1.5倍来降低塔顶温度从而控制塔顶压力在零（表压）左右，达到减少蒸汽消耗提高产品质量的目的；另外为使浆料与蒸汽充分接触，在开孔数不变的情况下，先试验将筛板孔径逐步扩大至适宜值，以保证生产能力。