關于電石法VCM合成中循環水工藝的改進探索

唐彬 （新疆天業(集團)有限公司， 新疆 石河子 832000）

關于電石法VCM合成中循環水工藝的改進探索

唐彬 （新疆天業(集團)有限公司， 新疆 石河子 832000）

本文首先對國內電石法VCM的生產情況進行總結，對電石法VCM合成改進方案進行研究，結合實例對VCM合成中反應熱計算及存在的問題進行分析，提出解決方案，并對改進后效益進行評估。

電石法；VCM合成；循環水；工藝；改進

本文結合真實案例，對有關電石法VCM合成中循環水工藝的改進方法進行分析和探討。

1 國內電石法VCM的生產情況

由于國際社會的石油價格居高不下，石油法生產VCM的相關原料，包括EDC及乙烯的價格也隨之升高。2003年EDC的價格大約是120～150美元/t，2013年初大約550美元/t。乙烯與下游產品PVC的價格都有漲幅，又由于PVC價格相對滯后，導致許多石油法VCM生產公司基本上沒有利潤。在國內，主要是以原鹽和電石等為主要生產原料的電石法VCM生產企業卻尤其突出。我國電石資源相對豐富，盡管由于環境污染及高能耗等問題，我國曾關停許多生產能力較小的小電石企業，導致電石產量驟減，然而隨著電石生產企業不斷擴產、大型電石爐的投用，以及采用密閉生產工藝，導致電石產量逐漸提高，電石供應趨于平穩，價格波動變小。一些生產規模大的企業生產的電石質量好而且穩定，電石法VCM生產單位因此而減小電石消耗，因此導致PVC獲利空間較大，企業利潤也隨之增加。2010年生產能力為10萬t/a的電石法PVC生產單位獲利潤至少3億元以上。這個數據勢必也刺激國內電石法PVC生產項目會加大投入。數據調查顯示，2010年新建及擴產的電石法PVC設備生產能力將突破100萬t/a的大關。

2 電石法VCM合成改進方案

在電石法VCM合成過程中，采用的是高溫沸騰給熱循環水的生產工藝，共兩組轉化器是共同使用一套循環熱水系統，共由多臺熱水泵組成。目前而言，設備由于轉化熱水系統水溫度比較高，導致轉化反應溫度不容易被控制，產生極為嚴重的循環熱水氣阻現象，對于設備轉化能力的提高從而產生不利的影響，轉化環節已經成為電石法VCM合成中的瓶頸。

2.1 VCM合成中反應熱存在的問題

由于反應熱比較多，除了一部分熱量利用轉化器從設備的器壁處散失，大部分熱量仍然是利用循環水這一途徑被帶走。如果從轉化率方面進行綜合考慮，水溫要適當，一般是處于95～98℃的范圍，如此以來熱水循環量大約可以估算為2000m3/ h。然而，即使是存在如此大的循環量，也無法避免一定的熱量在轉化器內及管道內以蒸汽的形式出現，從而導致氣阻的出現，循環熱水被堵住，通不進去，轉化器反應溫度逐漸升高，從而形成了一種惡性循環，對于生產負荷的提升產生重要的影響。

2.2 改進理論

常規工藝由于沒有固堿干燥器，會造成比較嚴重的設備腐蝕的情況，尤其是塔內自聚現象較為嚴重，使得設備運行周期變短，對生產產生嚴重影響。實際上最為有效的辦法是把粗氯乙烯利用固堿干燥，脫酸脫水。低沸塔用泡罩塔板，板效率不高，而且容易導致自聚堵塞情況的發生，而且由河北工業大學杜佩衡教授等人研發的新型垂直篩板塔技術，在電石法VCM精餾工序中得以應用，可以大大提高塔處理的能力，有效減少自聚阻塞，從而促進塔板效率的提高，單體中低、高沸物含量接近零。現階段，國內電石法VCM工藝低沸塔回流比是0.3，然而從理論計算及實際生產方面都證明這不符合科學道理，主要在于增加熱耗及冷耗。由于一般生產廠家都設計尾氣吸附器，低沸塔回流比甚至可以取零值，也就是低沸塔僅僅設計提餾段而忽略精餾段，低沸塔出來的尾氣用冷凍鹽水進行冷卻，然后直接去尾氣吸附。如此以來可以大大降低低沸塔高度及塔頂冷凝器；減少再沸器及塔因自聚堵塞而清理的次數。

國內一些生產廠家對于高沸塔回流比均取值是0.6，這種技術觀點相對來說是比較落后。目前采用的是自控系統，自控泵回流技術能夠使得泡罩塔在回流比為不超過0.3生產的VCM質量符合技術要求，比如在新型垂直篩板塔上更是如此。再沸器熱負荷控制最為理想的方案就是將入口流量、靈敏板溫度以及加熱蒸汽流量利用串級控制法從而形成反餾回路環，能夠讓塔運行的更加平穩，分離效率更高，而且節約加熱蒸汽，減少塔釜再沸器自聚堵塞機會。國內的一些電石法廠家所設計的冷凝器大部分是立式，如果換成臥式，一方面設備換熱面積得以縮小，裝置制造成本也下降，便于清理及修理，換熱效果相同，更加有利于塔的穩定性操作。

2.3 解決方案

2.3.1 增加汽水分離器

因為轉化器熱水系統進行改造，使其受到非常大的影響，因此需要對改進方案進行反復論證，決定在轉化器熱水回水管路上是不是有必要進行汽水分離器的設置，以此達到蒸汽分離和熱水降溫的目的。當熱水進入轉化器內部時，熱水被吸走一部分反應熱之后，少許蒸汽在轉化器上部呈現出沸騰的狀態，并且釋放出一定的壓力，能夠考慮把這些蒸汽，高溫熱水借助于此壓力在汽水分離器內進行降壓并且釋放，高溫熱水帶走部分熱量；同時始終讓熱水維持溫度在一定的范圍之內，熱水再回到轉化器，并且循環往復。

2.3.2 汽水分離器的安裝要求

汽水分離器的作用不僅于此，同時也要發揮出蒸發室的作用，轉化器泄壓之后的沸騰的熱水在分離器內釋放出大量蒸汽，蒸汽帶走熱量。同時由于受到汽液分離所產生的不利（文章題目：關于電石法VCM合成中循環水工藝的改進探索）影響，汽液分離器里的循環速度始終不大于1m/h。汽液分離器的高度必須確保轉化器里的水處于一個允許的、可控的范圍之內時不會發生沸騰的現象，換言之也就是要處于傳熱面液面下。汽液分離器安裝高度進行計算，可按照以下條件進行：循環水溫差可以取3℃，由飽和蒸汽表查閱后得知，水的沸點在102℃時所對應的壓力是110kPa，這一部分所涉及到的壓力由汽液分離器液面高出的水柱進行施加。水在1.013×105Pa時的沸點是100℃，則汽液分離器的安裝高度h=ΔP/ρg=(1.1-1.013)×105÷(1×103×9.8)=0.89(m)。換言之，汽水分離器的安裝高度應不小于0.89m。

2.3.3 補償水量核算

由于轉化器發生反應，因此其釋放的熱量是利用熱水沸騰蒸發所帶走，同時水量也會因此而大大減少。為了確保熱水循環往復進行，在移走熱量的同時，應當要及時補加熱水。水的蒸發潛熱是ΔHv=40735.323kJ/kmol，總的反應熱為2.51×107kJ/h，因此計算得知，蒸發的水量Q補=2.51×107×18×10-3÷40735.323=11.1(m3/h)。如此以來，原本需要7臺熱水泵才可以完成，改進后僅需要1臺即能夠滿足生產需要。

2.4 效益評估

（1）改進之后，生產負荷在一定程度上有所提高，C2H2流量從4200m3/h提高到4700m3/h，轉化器反應溫度的控制曲線趨于平穩，有效解決反應溫度偏高的問題。

（2）減少由于降溫所需要補加的軟水量，從而大大降低軟水的消耗。

（3）改進前需要開7臺熱水泵，改進后僅需要1臺熱水泵即可完成生產工作，按照某趨于電價0.5元/(kWh)，熱水泵電機功率是55kW，每年運行時間超過8000h進行計算，可以節省電費大約為(7-1)×55×8000×0.5=132萬(元/a)。

3 結語

綜上所述，經過對VCM合成循環水工藝進行整體改進，轉化器的生產能力得到明顯改善，而且幅度有較大的提高。而且VCM合成控制起來趨于平穩，同時又節約了水及電等資源，從而實現了生產效益的最大化。

[1]王滿慶，孫劍飛.最大限度降低生產成本是電石法生產PVC企業的唯一出路[J].聚氯乙烯，2002，(04).

[2]竇道華，杜建銀.電石法PVC優化設計及清潔生產[J].聚氯乙烯，2004，(02).

[3]薛之化.實現電石法PVC可持續發展的思考[J].聚氯乙烯，2004，(04).

[4]蔡榮.電石法生產PVC需要注意的問題[J].中國氯堿，2004，(11).