專用樹脂精餾尾氣處理技術(shù)研究

楊愛娜，呂 瑞

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

在PVC 專用樹脂的生產(chǎn)過程中，會有部分氯乙烯單體未參加聚合反應(yīng)， 這些未聚合的單體經(jīng)過回收貯存在氣柜內(nèi)， 由于生產(chǎn)中的置換操作需要使用氮?dú)鈦磉M(jìn)行吹掃， 置換過程中有部分氮?dú)饣厥罩翚夤瘢虼耍瑲夤駜?nèi)的氣體主要成分為氯乙烯和氮?dú)猓瑲夤駜?nèi)的氣體在精餾工序的冷凝過程中產(chǎn)生部分未冷凝的氣體，由于這些未凝氣體中含有大約50%的氯乙烯單體，無法直接排放。根據(jù)2016 年修訂的《燒堿、 聚氯乙烯工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 15581-2016》，氯乙烯的最高允許排放濃度為10 mg/m3[1]，隨著產(chǎn)能的增加， 現(xiàn)有的尾氣處理裝置已漸漸無法滿足環(huán)保要求，為解決此問題，唐山三友氯堿有限責(zé)任公司增加了一套處理能力為150 m3/h 的變壓吸附裝置， 將變壓吸附技術(shù)應(yīng)用在6 萬t/a 的PVC 專用樹脂生產(chǎn)裝置的尾氣處理， 利用變壓吸附裝置對混合氣體進(jìn)行分離，使不凝氣體達(dá)標(biāo)排放，氯乙烯單體回收再利用。

變壓吸附技術(shù)的核心是吸附劑對混合氣體中不同組分氣體存在吸附容量差異， 且對同一組分的氣體吸附量隨壓力變化也存在差異。 吸附劑在加壓時選擇吸附原料氣中的氯乙烯等吸附能力較強(qiáng)的組分， 吸附能力較弱的組分如氮?dú)獾茸鳛閮艋瘹庥晌剿隹谂懦觯欧胖链髿狻?在減壓（逆向放壓及抽真空）時吸附的氯乙烯得到解吸，解吸氣作為產(chǎn)品氣輸出至氣柜， 同時吸附劑獲得再生。 本文分別從DCS 控制方法及技術(shù)參數(shù)方面對該技術(shù)進(jìn)行研究，探索出運(yùn)行效果優(yōu)異的控制方法及技術(shù)參數(shù)。

1 主要研究內(nèi)容

以唐山三友氯堿有限責(zé)任公司使用的變壓吸附裝置為例，該裝置由4 臺吸附塔、1 臺中間罐和1 臺終充罐組成，主工藝流程為4-1-2/VP 分組抽空工藝（即4 臺吸附塔任意時刻有1 塔吸附，2 塔抽空）和4-1-1/VP 連續(xù)抽空工藝 （即4 臺吸附塔任意時刻有1 塔吸附，1 塔抽空），4-1-2/VP 分組抽空為2 臺真空泵同時啟用， 每臺真空泵對2 臺吸附塔進(jìn)行抽空，4-1-1/VP 連續(xù)抽空為只啟用1 臺真空泵，1 臺真空泵對一臺吸附塔進(jìn)行抽空，在滿足所需抽空壓力的情況下， 兩種運(yùn)行方式都可以達(dá)到尾氣處理指標(biāo)。 每個吸附塔在一次循環(huán)中需要經(jīng)歷吸附-均降-逆放-抽空-均升-終充等步驟， 具體工藝流程圖見圖1。 為探索出最優(yōu)的變壓吸附控制方法及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，從原料氣預(yù)熱溫度、原料氣流量、原料氣氯乙烯含量、 吸附時間等對變壓吸附尾氣處理裝置運(yùn)行效果的影響進(jìn)行研究。

2 實驗部分

2.1 原料氣預(yù)熱溫度

從冷凝器出來的未冷凝氣體溫度一般都較低，15～20 ℃，原料氣內(nèi)會含有微量水分，吸附是一個放熱過程， 若水分隨原料氣進(jìn)入吸附塔內(nèi)并累積到一定量，會造成吸附塔內(nèi)吸附劑失效。因此在吸附塔原料氣進(jìn)口增加預(yù)熱裝置， 在原料氣升溫的同時除去原料氣內(nèi)的水分， 從表1 中可以看出， 在一定條件下， 原料氣預(yù)熱溫度對變壓吸附的運(yùn)行效果影響不大，控制原料氣的溫度在30～40 ℃為宜，溫度太低影響吸附劑的再生， 溫度太高可能會使吸附塔溫度超高。

表1 原料氣預(yù)熱溫度對運(yùn)行效果的影響

2.2 原料氣流量

由于前工序中氯乙烯回收的時間不固定， 導(dǎo)致氣柜在不同時間段內(nèi)供氣量不確定， 且氣柜容量一定，若變壓吸附尾氣處理裝置一直以高流量運(yùn)行，無法實現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，若以低流量運(yùn)行，導(dǎo)致凈化氣無法及時排出， 間歇運(yùn)行的設(shè)備損耗率以及工人勞動強(qiáng)度都會增加。為實現(xiàn)尾氣處理裝置的連續(xù)運(yùn)行，DCS系統(tǒng)設(shè)置流量自動調(diào)節(jié)程序， 根據(jù)氣柜高度來自動調(diào)整變壓吸附原料氣進(jìn)氣流量， 氣柜高度與原料氣流量對應(yīng)情況見表2。 通過該程序的流量調(diào)節(jié)，保證了氣柜內(nèi)氣體進(jìn)入與輸出平衡， 提高變壓吸附的運(yùn)行穩(wěn)定性。

考察了該變壓吸附裝置在不同原料氣進(jìn)氣流量下運(yùn)行情況， 試驗結(jié)果見表3。 試驗結(jié)果表明，在40～100 m3/h 范圍內(nèi)，不同原料氣進(jìn)氣流量下變壓吸附裝置尾氣處理結(jié)果均能達(dá)標(biāo)， 在不超裝置最大處理能力150 m3/h 的情況下， 流量較低時尾氣處理效

圖1 變壓吸附工藝流程圖

表2 氣柜高度與原料氣流量對應(yīng)表

表3 原料氣進(jìn)氣流量對運(yùn)行效果的影響

表4 原料氣VC含量對運(yùn)行效果的影響

吸附時間的設(shè)定是根據(jù)運(yùn)行過程中原料氣量大小、凈化氣的分析結(jié)果設(shè)定的。研究了原料氣流量與吸附時間的設(shè)定關(guān)系， 在保證抽空和終充壓力的情況下， 通過調(diào)整T6或T8步時間來調(diào)整吸附塔的吸附時間，吸附時間與原料氣流量對應(yīng)一覽表見表5。果較流量高時差， 分析原因可能為吸附壓力在0.4 MPa 以上時尾氣中的氯乙烯更容易被吸附，原料氣進(jìn)氣流量低時，進(jìn)氣壓力相對應(yīng)的也較低，無法達(dá)到最佳吸附壓力，影響處理效果，且進(jìn)氣壓力低時凈化氣無法達(dá)到尾排壓力， 造成尾氣不斷在吸附塔內(nèi)循環(huán)，氣柜下降困難，造成聚合回收時間延長，影響聚合產(chǎn)能[2]。

表5 吸附時間與原料氣流量對應(yīng)一覽表

2.3 原料氣氯乙烯含量

在其他運(yùn)行條件相同的情況下， 將冷凝器冷水進(jìn)水氣動閥開度分別設(shè)置為100%和60%， 原料氣VC 含量對運(yùn)行效果的影響見表4。冷凝器冷水進(jìn)水氣動閥開度為60%時， 原料氣中氯乙烯含量約44%，開度為100%時，原料氣中氯乙烯含量約38%，原料氣中氯乙烯含量較高時， 變壓吸附運(yùn)行效果不佳， 凈化氣VC 含量較高， 達(dá)不到凈化氣的排放標(biāo)準(zhǔn)。 因此在壓縮工序中需控制冷凝器的冷水進(jìn)水量及進(jìn)水溫度，保證冷凝器的冷凝效果，以確保氣柜內(nèi)的氯乙烯單體基本被冷凝， 以液態(tài)單體的形式進(jìn)入下一工序，從表4 數(shù)據(jù)可以看出，控制未冷凝氣體中氯乙烯含量＜40%為佳。

2.4 吸附時間

每個吸附塔在一次循環(huán)中需要經(jīng)歷吸附-均降-逆放-抽空-均升-終充等步驟，該尾氣吸附裝置共有4 個吸附周期，每一個吸附周期有9 個步序，其中T2為均降時間， 逆放和均升的時間均為T4，T6+

從表5 中可以看出， 在60～80 m3/h 的流量下，吸附時間為780 s 時， 凈化氣中氯乙烯含量為1.5×10-6，在相同流量下，吸附時間設(shè)置為810 s 時，凈化氣含VC 量為6×10-6， 吸附時間設(shè)置為870 s 時，凈化氣含VC 量為27×10-6， 氯乙烯含量嚴(yán)重超標(biāo)；在相同吸附時間的條件下， 隨著原料氣進(jìn)氣流量的增加，凈化氣含VC 越高，分析原因為在變壓吸附運(yùn)行過程中原料氣流量越高，氯乙烯的吸附速度越快，若此時吸附時間較長，就會出現(xiàn)吸附塔的“穿透”現(xiàn)象，造成部分氯乙烯還未來得及吸附就被作為凈化氣進(jìn)行排放，造成凈化氣氯乙烯含量超標(biāo)，因此原料氣流量越高，吸附時間應(yīng)設(shè)置相對越短，相反，原料氣流量越低，吸附時間設(shè)置越長。

3 結(jié)語

通過一系列試驗研究，得出如下結(jié)論。

（1）將變壓吸附原料氣進(jìn)行預(yù)熱，能夠使吸附的氯乙烯更容易從吸附劑中解吸出來， 還能除去原料氣內(nèi)殘留的水分。

（2）為保證變壓吸附裝置運(yùn)行的連續(xù)性，原料氣流量需根據(jù)氣柜高度進(jìn)行調(diào)整， 當(dāng)原料氣流量過低導(dǎo)致進(jìn)氣壓力一直無法達(dá)到吸附壓力0.4 MPa 時，會影響變壓吸附的尾氣處理效果。

（3）原料氣內(nèi)氯乙烯含量越高，變壓吸附處理效果越差，試驗結(jié)果表明，控制未冷凝氣體中氯乙烯含量＜40%為佳。

（4）原料氣流量與吸附時間的調(diào)整規(guī)律為：原料氣流量越高，吸附時間應(yīng)設(shè)置相對越短；原料氣流量越低，吸附時間設(shè)置越長。

該變壓吸附裝置在以上探索出的最優(yōu)條件下運(yùn)行穩(wěn)定，精餾尾氣處理達(dá)標(biāo)排放，凈化氣中氯乙烯含量基本低于3×10-6， 尾氣中的氯乙烯單體通過變壓吸附解吸后回收至氣柜再利用，既符合環(huán)保的要求，又避免了氯乙烯的浪費(fèi)。