變壓吸附在氯乙烯精餾尾氣回收中的應用

呂佳飛，熊 磊

（陜西北元化工集團有限公司，陜西 榆林719319）

目前，中國電石法PVC 樹脂的生產企業中，氯乙烯精餾工藝普遍采用低、高沸塔精餾的分離方法。在低沸塔系統中，將不凝性氣體（如H2、C2H2、N2等）從尾氣冷凝器頂部排出，一是為了保證氯乙烯的質量，二是防止整個系統中不凝性氣體的積累。

1 變壓吸附工藝流程

變壓吸附（Pressure Swing Adsorption.簡稱PSA），工藝主要為五塔工藝，當某臺吸附器上的程控閥發生故障導致程控閥不能正常開關時可以切換成四塔工藝。

PSA-100#工藝流程：氯乙烯精餾尾氣首先經原料氣加熱器加熱至20～40 ℃，經流量計計量后，進入由5 臺吸附塔組成的變壓吸附系統。由入口端通入原料氣，氯乙烯、乙炔等吸附能力較強的組份被吸附劑吸附，在出口端輸出凈化后的氣體（N2、H2等）。一部分作為半凈化氣輸出去200#；另一部分返回塔內用作沖洗氣。被吸附的氯乙烯和乙炔等氣體在逆放和抽空階段解吸出來，作為解吸氣輸出至轉化工段，同時吸附劑獲得再生。

PSA-200#工藝流程：來自100#的半凈化氣進入200#變壓吸附裝置，N2以及可能帶有微量的乙炔、氯乙烯被吸附下來，逆放階段解吸出來作為凈化氣排入大氣，同時吸附劑獲得再生；在吸附塔出口得到純度合格的產品氫氣，送至氯化氫工段。

2 運行數據與分析

2013 年10 月至2014 年1 月A 線變壓 吸附裝置流量和原料氣數據見表1，凈化氣、解析氣和氫氣數據見表2。

由表1 和表2 數據可知，原料氣含VCM 為17.43%，C2H2為8.45%；凈化氣含VCM 為3.58 mg/m3，C2H2為2.67 mg/m3，遠低于國家排放標準VCM≤36 mg/m3和C2H2≤120 mg/m3；解析氣純度為77.52%；回收H2純度為99.94%。經變壓吸附裝置回收精餾尾氣的解析氣純度和H2純度高。

3 效益核算

該公司共有4 條生產線， 每套變壓吸附裝置PSA-100#原料氣設計流量1 750 Nm3/h，由表1 和表2 數據得知，氯乙烯與乙炔含量分別約為17%和8%。采用連續操作方式，年操作時間按7 200 h 計算，采用變壓吸附法回收氯乙烯精餾尾氣中的氯乙烯和乙炔，每年可回收氯乙烯和乙炔計算如下：

表1 A線變壓吸附流量和原料氣數據

表2 A線變壓吸附凈化氣、解析氣和氫氣數據

全年回收氯乙烯的數量：（1 750×0.17）÷22.4×62.5×7 200×4=23 906（t/a）

PVC 產率為0.98，PVC 按5 200 元/t，全年回收氯乙烯的價值：

23 906×0.98×0.52=12 182.50（萬元/a）

全年回收乙炔的數量：1 750×0.08×7 200×4=4 032 000 Nm3/a。

1 t 電石發氣量按300 m3乙炔計算，可節約電石4 032 000÷300=13 440（t/a），電石按2 500 元/t 計算，節約成本13 440×0.25=3 360.0（萬元/a）。

PSA-200#經回收氯乙烯和乙炔后的半凈化氣流量約為800 m3/h，其中氫氣約占70%，氫氣回收率為85%，每年可回收氫氣計算如下：

全年回收氫氣的數量：800×0.70×0.85÷22.4×2×7 200×4=1 224（t/a）；

回收氫氣送入氯化氫合成工段可合成氯化氫：1 224×2×36.5÷2=44 676（t/a）；

氯化氫成本按450 元/t 計算，可創經濟效益：44 676×450=2 010.42（萬元/a）。

社會效益：該項目投用后每年減少向大氣排放氯乙烯氣體23 906 t/a，乙炔氣體4 032 000 Nm3/a，氫氣1 224 t/a。

從以上數據可以看出，采用變壓吸附回收氯乙烯精餾尾氣中的氯乙烯，可回收氯乙烯23 906 t/a，回收氯乙烯單體的價值為12 651.1 萬元/a；回收的乙炔可節約電石13 440 t/a，價值3 360.0 萬元/a；回收氫氣1 224 t/a，回收氫氣的價值2 010.42 萬元/a。若本公司年產100 萬t PVC 達產達標，4 套變壓吸附裝置全年可創經濟效益：1 2651.1+3 360.0+2 010.42=18 021.52（萬元/a）。

4 結論

變壓吸附法回收氯乙烯精餾尾氣， 凈化氣含VCM 為3.58 mg/m3，含C2H2為2.67 mg/m3，遠低于國家排放標準；回收的氯乙烯和乙炔純度以及氫氣純度高；4 套變壓吸附裝置全年可為公司創經濟效益18 021.52 萬元。每年減少向大氣排放氯乙烯氣體23 906 t/a，乙炔氣體403.20 萬Nm3/a，氫氣1 224 t/a。變壓吸附法回收氯乙烯精餾尾氣具有回收氯乙烯、乙炔和氫氣徹底、自動化程度高、操作簡便、降低生產成本等優點，但在實際生產中也暴露出一些問題。

（1）塔內溫度容易過高，存在著火爆炸的安全隱患。建議在吸附塔內設置測溫原件，便于直接觀察吸附層移動情況，防止塔內溫度過高，保證安全生產；

（2）在精餾尾氣流量波動大時，直接影響變壓吸附裝置不能穩定運行，導致尾排壓力和精餾系統壓力波動，形成惡性循環。建議精餾尾氣進變壓吸附裝置前安裝緩沖裝置，避免此類事故發生；

（3）變壓吸附抽真空系統設計為：-0.05 MPa～-0.08 MPa。裝置正常運行時，系統真空為-0.06 MPa，當原料氣流量增大時，系統真空度無法滿足生產工藝需求，造成系統壓力波動。建議更換滿足工藝抽氣量的真空泵，或查找工藝原因；

（4）尾氣放空容易著火。建議安裝連鎖報警裝置，一旦著火可自動充氮氣滅火并報警。