渣浆回收乙炔装置平稳运行影响因素的分析研究

2022-10-12乔云

云南化工 2022年9期

乔云

(云南能投化工有限责任公司，云南昆明 650000)

在“双碳”目标下，氯碱行业内低效和产能落后的企业将由于政策及市场压力而淘汰出局。PVC是液氯的重要下游产品，根据原料来源的不同，生产工艺分为电石法PVC和乙烯法PVC两类。虽然电石法PVC在节能减排方面取得较大的成绩，但乙烯法PVC工艺仍是目前行业内公认的先进和清洁的生产方法。因我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点，电石法PVC产能占比为80%[1]。为在预定时间点之前完成“双碳”任务，电石法PVC除了不断加强节能减排技术攻坚外，还需强化现有节能减排装置管理工作，助力提质增效。

电石法PVC中，乙炔的生产有干法乙炔和湿法乙炔两种工艺，国内的电石法PVC大多采用湿法乙炔生产工艺。由于乙炔气体可溶于水，对于湿法乙炔生产工艺而言，有大量的乙炔气体残留在电石渣浆中。电石渣浆在处理过程中，随着渣浆温度的下降，渣浆里的乙炔气体将被释放到空气中，并没有被有效地回收利用。乙炔的挥发流失，不仅造成极大的资源浪费，同时还因乙炔易燃、易爆的特性存在一定的安全隐患[2]。故国内湿法乙炔生产PVC的企业基本配套建设了渣浆回收乙炔装置，不仅可降低电石消耗，节约PVC生产成本，还改善了环境。但装置投运1年后，渣浆回收乙炔装置出现频繁联锁跳停，装置开工率由98%以上的水平下降至80%左右，所以提高装置平稳运行率是节能减排装置提质增效面临的问题之一。

1 乙炔气回收工艺

1.1 生产原理

湿法乙炔生产中的电石渣浆主要分两股从发生器排出：一是电石生产过程为连续性生产，通过反应器温度，按比例连续加入水及电石，为避免渣浆中大颗粒物质(如矽铁、煤渣等)的过量沉降，需按一定的周期从发生器底部排渣，成为间歇排放渣浆。二是为控制发生器温度、压力及液位，发生器溢流出连续的溢流渣浆。两股渣浆除浓度稍有不同外，其余性质相当。

溢流渣流PVC含固量稳定在7.5%左右，温度在70～90 ℃ 之间，乙炔溶解度为 0.06～0.25 L/L，由于电石渣浆中Ca(OH)2包裹着“碳化钙核(未反应)”，所以在封闭装置中，电石渣浆固相中乙炔气质量分数在300～400 mg/kg[3]。

根据乙炔气溶解度可知，随着温度的升高和压力的降低，乙炔气的溶解度变小，所以可通过负压闪蒸的方法，使乙炔气从渣浆中脱出[4]，但仍有大量水蒸气逸出，所以通过冷却，捕沫获得标准的乙炔气，并将其送至发生乙炔总管，参与清净工序。渣浆泵将渣浆送至脱气反应塔，以及渣浆在脱气反应塔中由于物理运动，将碳化钙核打开，可进一步与水反应生产乙炔气，可提高单位电石的利用率。

1.2 工艺流程

发生器溢流的电石渣浆在电石渣浆缓冲罐经过初步沉降，除去大块杂质固体，然后用渣浆泵送到脱气塔。脱气塔抽真空使塔内渣浆的乙炔气脱吸，脱气塔的真空度控制在-71～-61 kPa 之间。从脱气塔出来的乙炔气进入1#乙炔冷却器冷却至 45 ℃，再经2#冷却器进一步降温，通过水环真空泵送入3#乙炔冷却器冷却至 25 ℃，经捕沫器送至发生乙炔总管。

从脱气塔底部出来的渣浆从下部进入渣浆排放罐，再通过渣浆管送至原渣浆池，渣浆排放罐还有液封作用，确保真空状态的脱气塔的渣浆排放管路不吸入空气。

1#、2#乙炔冷却器的冷凝水接入渣浆缓冲罐，通过渣浆缓冲罐中的渣浆形成的液封可以确保真空状态的1#、2#乙炔冷却器的渣浆排放管路不吸入空气。3#乙炔冷却器和捕沫器的冷凝水经水封管溢流入渣浆排放罐，确保正压状态的两台设备不漏气。

乙炔管路上设置一台氧气在线检测仪，在线检测乙炔气体中氧气的质量分数。当乙炔气体中氧气质量分数超标(>1%)时，装置自动联锁停车。具体流程见图1。

图1 渣浆回收乙炔工艺流程图

2 影响因素分析

2.1 运行情况

电石渣浆回收乙炔气装置试运行期间存在：停车时间较长时渣浆缓冲罐及渣浆排放罐排渣阀易堵；上脱气塔管道上的开度自动调节阀易堵；发生器液位控制不稳；回收乙炔气纯度不够，流量不稳定等问题。后通过采取高压冲洗水泵冲洗排渣管道、自动调节阀前面管道、发生器溢流管及更改抽气阀位置等一系列措施，最终使该装置平稳、正常、安全的运行，充分回收了溢流渣浆中的乙炔气。见表1。

表1 联锁跳停后各设备工艺指标变化情况

经过1年多的使用，渣浆回收乙炔装置出现频繁联锁跳停，经排查主要为渣浆缓冲罐液位低导致。渣浆缓冲罐液位控制为40%～50%，真空泵跳停后，渣浆缓冲罐液位范围迅速上升至80%，后下降至溢流液位50%。

2.2 原因分析

渣浆缓冲罐液位主要通过调节进口渣浆及出口渣浆流量进行控制，渣浆缓冲罐进口主要有：发生器溢流渣浆(主物料)、脱气反应塔回流渣浆、渣浆缓冲泵回流渣浆；渣浆缓冲罐出口主要有：渣浆缓冲泵输送渣浆、渣浆缓冲罐溢流渣浆、渣浆缓冲罐排渣渣浆[3]。见图2。

图2 渣浆缓冲罐进出口物料图

2.3 排查结果

针对以上影响因素，制定了以下解决方案：

1)因为渣浆回收乙炔装置原料渣浆主要为发生器溢流渣浆，渣浆温度在70～90 ℃ 之间，故用手触摸发生器溢流管、渣浆泵出口回流罐管，发现管道温度较高，判断为管道堵塞。加上装置跳停后，渣浆缓冲罐(图3)液位快速上升至80%，可判断溢流管未堵塞。

a-人孔；b-排渣管；c-进料管；d-人孔；e-排气管；f-回流管

2)对发生器溢流管手动阀进行检查，阀门正常。

3)装置跳停后，将发生器溢流管至排渣池阀门打开，至渣浆缓冲罐阀门关闭，并观察渣浆缓冲罐排渣口，并未发现有渣浆流出，可判断排渣阀并未泄露。

4)渣浆泵进口阀开度控制主要通过渣浆缓冲罐液位控制，当装置各指标恢复正常，并且置换合格后重新启动装置。当液位再次下降至低限时，脱气反应塔进口阀逐渐关闭，回流阀逐渐打开，反应正常。经过1min的调节，装置因渣浆缓冲罐液位低再次跳停。经仪表工检查，给信号时，调节阀开关正常，故该因素被排除。

5)请仪表操作工对液位计进行检查，液位计正常。

2.4 再次分析

经排查，以上因素均不是导致渣浆缓冲罐液位低的主要原因。当装置各指标恢复正常，并且置换合格后再次启动装置，液位再次下降至低限时，溢流管温度较高，说明渣浆缓冲罐液位正常，液位计未出现故障。故对渣浆缓冲罐设备结构进行分析，渣浆缓冲罐内设有过滤网，滤网布置于靠近渣浆缓冲罐进口一侧，大颗粒渣浆被过滤后沉降，通过排渣阀排出，液位计安装在另一侧，由于大颗粒渣浆沉降后堵塞滤网，小颗粒渣浆无法通过，导致渣浆缓冲罐进口一侧液位过低。由此推理出，渣浆缓冲罐内部滤网堵塞是导致渣浆缓冲罐液位低的主要原因。

经过冲洗滤网，再次启动装置，装置稳定运行约140 h后再次跳停(表3)，原因仍为渣浆缓冲罐内部滤网堵塞。