聚氯乙烯生產消耗控制及技術改造

馬瑞，王貴珍，白文彥，牛東

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司(以下簡稱北元集團)成立于2003年5月，生產裝置包括10萬t/a聚氯乙烯、8萬t/a燒堿，于2006年全部建成投產。2009年以上裝置合并成立化工一分公司，2010年北元集團又成立了化工二分公司、熱電分公司和水泥公司。2015年，北元集團化工一分公司氯堿裝置停產，10萬t/a聚氯乙烯裝置改名為聚氯乙烯二分廠，并入化工二分公司。聚氯乙烯二分廠10萬t/a聚氯乙烯裝置在十幾年的運行過程中，歷經數次改造，生產消耗逐年降低。

1 存在的問題

(1)聚氯乙烯二分廠采用隔膜法生產燒堿，電石法生產聚氯乙烯，消耗電石14萬t/a、工業原鹽14萬t/a、電3億kW·h/a。雖然該裝置為北元集團的發展和壯大奠定了基礎，但隔膜法電解工藝相比離子膜工藝還存在一定差距，產品須經過蒸發、濃縮、除鹽后方能銷售，且只能用于一般的紡織、造紙等領域，而不能用于人造纖維等需要高純度燒堿的領域；且其能耗比離子膜工藝高，也是“十二五”期間國家明令淘汰的落后裝置。

(2)原乙炔清凈系統采用次氯酸鈉清凈工藝，存在清凈效果差、乙炔水含量高等問題。大量廢次氯酸鈉溶液加入發生器與電石反應，將氯離子帶入電石渣中，導致排出的污水中COD和氯離子超標，給污水處理帶來巨大的困難。

(3)2015年，北元集團化工一分公司氯堿裝置停產，供熱系統拆除，無蒸汽冷凝水，只能使用蒸汽給采暖槽升溫，為生活區供暖，冬季蒸汽消耗明顯增大。合成工序二期轉化器熱水回水進入一期熱水槽，溫度較高(90 ℃左右)，存在熱能過剩的情況，導致蒸汽單耗上升，消耗成本增加。

氯堿裝置停用后無蒸汽冷凝水，聚合釜進料使用的去離子水全部由去離子水站制得，去離子水站制水率低(52%左右)，每天制水使用工業水1 790 t，制水成本高；且超濾膜須定期進行化學清洗，清洗周期為24 h,影響生產；另外，濃水量過大，每天產生的820 t濃水回用到乙炔水洗冷卻系統無法平衡，造成浪費，污水處理系統的排放壓力較大。

(4)原發生器振動篩操作頻繁，控制箱故障率較高，在手動操作過程中，易造成發生器壓力、液位超標，控制不穩定，給生產帶來安全隱患且容易造成電石浪費。

(5)精餾工序2套高沸塔自2005年投用以來，由于塔盤堵塞、設備老舊等原因，運行不穩定，造成精氯乙烯中二氯乙烷質量分數最高達270×10-6，影響聚氯乙烯樹脂的質量。

(6)聚合裝置生產過程中母液水流量為35～40 m3/h，其中20 m3/h母液水回用于乙炔發生裝置，其余則全部排污處理，污水處理壓力較大，同時也造成浪費。

2 改造措施

(1)2010年，為了降低生產成本，北元集團投資建設了化工二分公司至化工一分公司的輸鹵、輸蒸汽管道及供電線路。化工一分公司用電由熱電分公司熱化3526，北亞Ⅰ，北錦Ⅰ、Ⅱ線切換運行。

(2)關停化工一分公司氯堿生產裝置后，為進一步發揮聚氯乙烯二分廠乙炔制備、聚合及公用系統裝置的生產能力，合理利用固定資產，將化工二分公司生產系統富余的氯化氫氣體輸送至聚氯乙烯二分廠生產SG3型聚氯乙烯樹脂。

(3)2015年，新建1套濃硫酸清凈乙炔裝置，將原次氯酸鈉清凈裝置改造為乙炔水洗冷卻裝置，減少了污水的排放量。

(4)2016年對乙炔水洗系統進行改造，乙炔水洗塔用水不再進行循環，而是直接加入發生器，同時加大乙炔洗滌水量，減少了乙炔中的硫、磷含量，降低了硫酸消耗。2016年生產1 t聚氯乙烯的硫酸消耗量為8.08 kg，屬行業內較好水平。

(5)2016年10月，將合成工序二期轉化器熱水回水與采暖槽水進行換熱，換熱后的熱水進入一期熱水槽，采暖水則通過采暖泵輸送至換熱器，為生活區及廠區供暖，采暖回水回至采暖槽循環，采暖水溫度能達到70 ℃，無需另外補充蒸汽，蒸汽消耗明顯降低，同時保障了生活區的供暖。

(6)2016年將乙炔發生器手動加料改為自動加料，5臺發生器實現了自動聯鎖加料，降低了勞動強度和頻繁操作帶來的安全風險。改造前發生器壓力平均每月超標4次，改造后沒有出現過因人員操作而造成的壓力超標。

(7)2015年10月引進了離子交換法制水裝置，其中去離子水儲罐、鹽酸罐、堿罐以及濃水池全部為舊罐再利用。

(8)2017年10月，利用大檢修機會將合成精餾工序2套高沸塔拆除，新建1套高沸塔。

(9)2017年8月，為了回收利用母液水，聚氯乙烯二分廠增加了母液水沉降裝置，母液水經聚合干燥離心機分離后直接進入沉降裝置進行沉降分離，分離出來的聚氯乙烯樹脂用泵送至漿料槽回收，上清液經循環水換熱器冷卻降溫至40～50 ℃后進入母液水槽，用作聚合出料噴淋水和過濾器高壓沖洗水，降低了去離子水的消耗量。

3 改造效果

(1)化工二分公司給聚氯乙烯二分廠供應氯化氫合成爐副產蒸汽3.2萬t/a，蒸汽價格按75元/t計算，每年可降低成本240萬元。

(2)化工二分公司氯化氫生產成本比聚氯乙烯二分廠低93.75元/t，聚氯乙烯產能按10萬t/a計算(氯化氫單耗按0.64 t計算)，每年可降低成本約600萬元。

(3)聚氯乙烯二分廠隔膜電解裝置淘汰符合國家淘汰落后產能的政策，可以申請相應的財政補貼，用于其他裝置的升級改造。

(4)聚氯乙烯二分廠關停部分裝置后，員工人數由370人降為250人，減少了120人，每年減少管理費用800多萬元(人均工資按7萬元/a計)。

(5)乙炔由次氯酸鈉清凈改為濃硫酸清凈后，減少了二次水的排放量，解決了污水排放難題，同時乙炔氣含水體積分數由800×10-6降至100×10-6以下，提高了精乙炔質量，觸媒單耗由1.3 kg降為0.81 kg，降低了生產成本。

(6)采暖系統改造和蒸汽冷凝水回用后，效益明顯。聚氯乙烯二分廠將蒸汽分汽缸處的蒸汽冷凝水和聚合干燥蒸汽冷凝水收集在一起，利用余熱給自來水換熱，供生活區使用熱水，換熱后的冷凝水一部分補入合成熱水槽，剩余的補入去離子水站預處理裝置，用于制去離子水，既減少了蒸汽用量又回用了冷凝水。每天可節約蒸汽52 t，回用冷凝水112 t，每年可節約費用約200萬元。

(7)2016年6月，去離子水裝置投用，制水率由54%提高到90%左右，工業水用量明顯減少，節約工業水259 260 t/a，制水成本由11元/t下降至6.7元/t，可節約生產成本150.5萬元/a。該套制水設備自動化程度高，手動操作少，人員勞動強度低。

(8)精餾高沸塔改造后，處理能力提高，VCM中二氯乙烷質量分數由100×10-6降為0.5×10-6，達到了行業先進水平，聚氯乙烯樹脂質量明顯提高，同時降低了生產成本。改造前聚氯乙烯產品熱穩定性為295～447 s，改造后為315～385 s；改造前平均聚合度波動范圍為1 303～1 331，改造后穩定在1 310～1 332；分散劑質量分數也由84×10-6降為48×10-6，可節約費用10萬元/a。

(9)2017年11月，母液沉降裝置投用，去離子水消耗量由970 t/d降為700 t/d，節約270 t/d。按年生產時間330天、去離子水單價10元/t計算，可節省費用270×10×330=89萬(元/a)；此外，每年可回收聚氯乙烯樹脂70 t,聚氯乙烯樹脂價格按5 000元/t計算，可產生經濟效益70×5 000=35萬(元/a)；同時減少了污水排放量，達到了減污增效的目的。

4 結語

在電石法聚氯乙烯樹脂生產過程中，消耗控制是降低生產成本、提高企業效益的基礎，技術改造則決定了企業的存亡。北元集團通過不斷優化工藝，降低了聚氯乙烯生產成本，提高了產品質量，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。