108 m3聚合釜單體回收工藝改進

王秋云，韓景康

(德州實華化工有有限公司，山東 德州 253000)

德州實華化工有限公司(以下簡稱德州實華)采用日本智索VCM懸浮聚合工藝，單程轉化率目前控制在85%～86%，每釜未反應的VCM約為5 t。為保證生產的經濟性，須對未反應VCM進行回收。通過對VCM回收工藝進行研究，在原有工藝基礎上增加了二級壓縮工藝，使得操作更加平穩。

1 改造前工藝流程

聚合工序未參與反應的VCM回收至氣柜后，待氣柜高度上升至規定值，啟動回收壓縮機。氣柜內的回收VCM經一級壓縮機加壓后，送入一級冷凝器、二級冷凝器，經過兩級冷凝器冷凝后成液態單體。液相回收單體在傾析器進行脫水后由回收單體輸送泵送至RVCM列管冷卻器進一步降溫后，回收到RVCM儲槽，未冷凝下來的氣相部分靠系統壓力輸送至合成尾氣吸附。聚合尾氣是經過冷凝后的不凝性氣體，主要成分為氯乙烯、氮氣、氧氣以及其他低沸物[1]。具體工藝流程見圖1。

圖1 改造前單體回收壓縮工藝

1.1 改造前回收工藝存在的不足

因VCM變壓吸附系統壓力高，壓力在0.50 MPa以上，所以須用回收單體壓縮機將冷凝系統壓力提高到0.50 MPa以上，該種水環壓縮機(2SY-30)電動機功率適用于排氣壓力≤0.50 MPa的工況，但是排氣壓力在0.50 MPa以上才能保證尾氣輸送到合成變壓吸附裝置。因為壓縮機耐壓為0.50 MPa，在這種工況條件下壓縮機使用壽命縮短，維修費用增加，且需要3臺壓縮機連續運轉才能滿足生產要求。壓縮機驅動電動機功率為355 kW，耗電量高。在生產過程中發生了串軸、機封頻繁泄漏、軸承抱死、葉輪變形等問題，壓縮機發生抱死、串軸等現象時還會造成電動機燒壞等事故，給生產帶來很大安全隱患，使生產平穩性降低。

1.2 前期改進

為避免壓縮機頻繁損壞，降低冷凝系統壓力，改造前期將聚合尾氣送至VCM合成氣柜。經過長時間運行，發現由于該尾氣中部分單體含有自由基，加之殘存的引發劑會產生自聚，易造成精餾工序管道阻塞，同時也增加了精餾工序、壓縮工序、全凝工序及高沸塔、低沸塔的負荷，對精餾工序生產造成波動。

2 新回收工藝流程

為了減小冷凝系統壓力，又能保證尾氣順利輸送至合成變壓吸附裝置，在尾氣去VCM變壓吸附管線上增加緩沖罐及二級壓縮機，尾氣壓縮機采用立式往復活塞式，根據尾氣流量選擇合適容積流量的壓縮機。目前國內應用最多的壓縮機為活塞式壓縮機，且由于水環式壓縮機沒有小流量的，所以選擇了該種機型[2]。目前，德州實華采用的壓縮機主機為立式往復活塞式，容積流量為1.5 m3/min，排氣壓力為0.7 MPa，對尾氣進行二次加壓，并采用變頻控制，控制方式有兩種：①目前控制狀態，PT/PIC/PV-1304投自動，低于0.30 MPa時PV-1304開打回流，高于0.30 MPa時PV-1304關，尾氣去變壓吸附裝置。根據實際運行經驗，當壓縮機頻率控制在80%時回流量較低，PV-1304調節閥開度較小。②為避免長期打回流，調節閥PV-1304開狀態時對冷凝系統產生影響，使系統壓力高，現將PV-1304閥打到手動關狀態(一直關)，PT/PIC-1304聯鎖壓縮機運行頻率，壓力降低時降頻，壓力升高時升頻。具體工藝流程見圖2。

圖2 改造后單體回收壓縮工藝

Fig.2 Improved process of momoner recovery and compression

2.1 改進后運行效果

2.1.1 設備方面

二級壓縮機投用后，回收單體壓縮機只需要將冷凝系統壓力提高到0.30 MPa即可滿足工藝需要，電動機功率隨排氣壓力而變化。此時一級壓縮機只須開2臺即可滿足生產，并且其中1臺間歇性開啟，既能減少電耗，又能減少維修費用。改造后壓縮系統工藝耗電減少(改造前須全年開啟3臺壓縮機，現只須開2臺且其中1臺間歇使用)。按每年生產運行時間8 000 h、回收壓縮機功率355 kW、二級壓縮機功率15 kW、電價0.7元/(kW·h)計算，根據三相電動機功率計算公式P=1.732×U×I×cosφ(回收壓縮機和二級壓縮機功率因數分別為0.899、0.866)，則年節約電費為：

1.732×355×0.899×0.7×8 000-1.732×15×0.866×0.7×8 000=296.9(萬元)。

因目前運行的2臺壓縮機中1臺是間歇性開啟，所以年節約電費要大于300萬元。系統壓力由原來的0.55 MPa降至0.3～0.35 MPa，壓縮機運行狀態良好，維修率明顯降低，每年節約維修費用約20萬元。

2.1.2 工藝方面

由于系統壓力越高，越接近VCM飽和蒸氣壓，活性分子間接觸的概率增加，自聚也就越嚴重；在壓力較高情況下，溫度也較高，也會加快自聚。在一定溫度與壓力下，氧氣能與VCM生成過氧化物，這種物質能夠引發VCM發生聚合反應，這也是精餾系統出現自聚的原因之一。因此在回收過程中降低壓力與溫度能夠有效地阻止氧氣對體系的影響，減少自聚的發生。同時系統改造以后，壓縮機出口體積不變，但由于外界對體系做功量減少，使得出口氣體的壓力和溫度較原來都有所降低，大大降低了活性分子之間的碰撞概率，進一步減少了單體自聚的發生[3]。

改造前每年清理壓縮機出口管線2次，堵塞嚴重的話管道還須重新配置。改造后運行半年只有少量自聚物產生，并且一、二級冷凝器的冷凝效果顯著提高，管程自聚物明顯減少，清洗頻率降低。自聚嚴重的管線為壓縮機出口至一級冷凝器間管段，該段管徑為DN300，長度為50 m，容積約為3.53 m3，一冷管程容積約為7 m3，根據PV=nRT，P=0.3 MPa=294 210 N/m2，V=10.53 m3，摩爾質量M=0.162 5 kg/mol，R=8.314 J/(mol·K)，T=293得出：物質的質量m=(PVM)/(RT)=294 210×10.53×0.162 5÷(8.314×293)≈206.66 (kg)。

按每年清理2次計算，單體損失量為413.32 kg，按1 t 單體7 000元計算，每年節約單體成本為0.413 32×0.7≈0.289(萬元)；此外，每年節約清洗費用約2萬元。

2.1.3 環保效益

改造后，減少了管道及設備的清理頻率，避免了在清理過程中殘留VCM泄漏到環境中，可以大大減少VCM對環境的污染，有利于員工的身體健康。

2.2 二級壓縮機使用注意事項

(1)回收單體經一級壓縮機后，尾氣中含有一定量的水，必須在壓縮機前增加緩沖罐，將水進行分離，避免被二級壓縮機吸入造成“液擊”現象。由于操作人員的安全意識和安全技術素質不盡相同, 個別人員會不按時巡檢和不按規定放水，增加了不確定因素，建議增加自動排水閥。在尾氣緩沖罐增設自動排液系統后, 壓縮機運行正常, 再無“液擊”現象發生。

(2)為了防止排氣壓力出現異常升高而發生事故,該壓縮機在排氣管路上設置了排氣安全閥。

(3)緩沖罐應做保溫，否則在冬天氣溫低、系統壓力高的情況下，VCM易冷凝成液相，造成緩沖罐內存在大量液相單體，存在安全隱患。

3 結語

VCM回收工藝改進以來，運行平穩，提高了VCM回收效率，在保證VCM充分回收的同時降低了能耗，減少了壓縮機維修頻率，絕大部分尾氣送變壓吸附裝置，減少了對環境的污染。該項技術改造具有投資少、工藝改動少、效果顯著的特點。尾氣二級壓縮工藝的成功應用，為VCM尾氣回收提供了一條節能降耗新方法，希望能夠為同行業單體回收工序尾氣回收工藝改造提供指導思路。