優化改造乙炔清凈流程 降低汞觸媒單耗

劉海燕

(湖北宜化集團有限責任公司,湖北 宜昌 443000)

青海宜化化工有限公司(以下簡稱青海宜化)是湖北宜化集團有限責任公司的子公司，PVC裝置的生產能力為30萬t/a，裝置運行穩定。該裝置的乙炔清凈工藝流程為：乙炔氣先經次氯酸鈉清凈，再經堿洗塔中和、冷凝、除霧后，通過阻解器送入混合器，最后進入轉化工段。在實際生產中，發現阻解器、捕霧器容易堵塞；經仔細分析，發現乙炔氣總管的pH值越往后越低，說明有酸性液體帶到了后續工序，既與堿形成鹽而結晶堵塞設備，又腐蝕管道并使觸媒失活，導致汞觸媒消耗較高。

1 汞觸媒損失機制

汞觸媒損失有物理消耗、化學消耗等多種形式[1]，除了升華消耗和溶解消耗外，其他消耗主要受乙炔氣雜質影響，其中兩種損失機制如下。

1.1 與S、P、Fe等雜質發生反應[2]

如果從乙炔發生工序來的乙炔和氯化氫氣體凈化不徹底，則會帶進S、P、Fe等有害雜質,這些雜質在一定條件下會與觸媒中的氯化汞發生化學反應，反應方程式見式(1)～式(3)，導致觸媒活性降低。

(1)

(2)

(3)

1.2 比表面積減小降低活性[3]

汞觸媒載體為活性炭。混合氣體中不潔凈的氣溶膠，特別是乙炔氣若攜帶含鐵氣溶膠粒子，不僅會堵塞轉化脫水系統相關設備(如乙炔阻解器、捕霧器等)，還會進入轉化器吸附在活性炭表面，導致汞觸媒比表面積減小，活性中心減少，活性降低。

2 目前運行情況

青海宜化乙炔清凈工藝為次氯酸鈉清凈，利用次氯酸鈉的強氧化性將H2S、PH3等酸性氣體氧化成H2SO4、H3PO4等，再在中和塔利用堿液對H2SO4、H3PO4等進行中和，合格后送轉化崗位，改造前工藝流程見圖1。

圖1 乙炔清凈系統改造前的工藝流程Fig.1 Unimproved process flow of acetylene purification system

目前,青海宜化乙炔清凈系統存在以下4方面異常。

(1)乙炔清凈系統排污水質(見表1)明顯帶有酸堿性，腐蝕管線。

表1 乙炔清凈系統各排污點水質Table 1 Water quality at different drainage pointsof acetylene purification system

(2)前期乙炔清凈系統串聯的2臺冷凝器阻力上漲快，存在紅色泥狀物質堵塞列管，用清水浸洗后可以去除，后通過將冷凝器流程并聯后恢復正常，但紅色泥狀物質仍會逐漸累積并堵塞乙炔氣阻解器、捕霧器。

(3)轉化混合氣脫水系統發生2次一級石墨冷凝器結晶堵塞。

(4)轉化器反應效果差，且汞觸媒，特別是活性炭層在脫水效果正常時，板結較多，檢查更換觸媒頻率高，觸媒消耗高。

3 原因分析及改造措施

3.1 原因分析

取堵塞結晶物進行分析，發現結晶物可溶于水，鈣、鎂、碳酸根、硫酸根未測出。經定量分析，確定結晶物含磷質量分數為58.5×10-6，氯離子、鈉離子大量存在(總含量接近100%)，認為該結晶物主要成分為氯化鈉。通過鈉源平衡分析，表明乙炔氣帶出了液體。液體中的鈉和氯化氫中的氯結合后，就在阻解器、捕霧器和石墨冷凝器不斷結晶，直至堵塞設備，導致生產異常。

而在乙炔氣的流程中，中和塔出口的pH值偏高，然后pH值逐步下降，說明中和塔未充分中和清凈后形成的酸性物質，導致酸腐蝕碳鋼管道，將含鐵物質帶入轉化器的觸媒層；同時，含磷的酸性物質也帶入了觸媒層。上述兩種情況均導致觸媒失活，造成觸媒消耗高。而酸腐蝕管道，又造成泄漏起火的安全隱患。

3.2 改造措施

(1)對乙炔清凈系統各塔，特別是中和塔內部結構進行檢查，檢修校正塔頂分布器、填料和除沫器，使塔的清凈效果達到最好。

(2)在乙炔系統中和塔之后增加1組水洗塔作為保安裝置，確保乙炔氣清凈、中和、洗滌效果。

4 優化改造產生的效益

4.1 環保效益

通過改造，降低了汞觸媒消耗，減少了汞觸媒用量，降低了汞觸媒生產和使用過程中的汞污染風險。

4.2 經濟效益

通過優化改造，確保含酸、堿、鹽的液體不隨物料氣向后攜帶，達到生產長周期穩定運行和汞觸媒消耗降低的目的，增加了經濟效益。據統計，生產1 t PVC汞觸媒的單耗可降低1.1 kg，汞觸媒的價格為38元/kg，則青海宜化30萬t/a PVC裝置可產生的經濟效益為：1.1×30×38=1 254(萬元/a)。

5 結語

通過對乙炔清凈系統各塔進行優化、增加乙炔氣系統中和塔后的水洗塔保安措施，保證了乙炔氣的質量，延長了生產裝置運行周期，創造了良好的環保、安全和經濟效益。

[參考文獻]

[1] 嚴福英．聚氯乙烯工藝學[M]．1版．北京：化學工業出版社，1990.

[2] 王良棟.氯化汞觸媒在電石法PVC生產過程中的消耗流向分析[J].聚氯乙烯，2009，37(4)：18-21.

[3] 薛之化.降低電石法氯乙烯生產過程中氯化汞消耗[J].中國氯堿，2009(1)：25-30.