煤制乙烯法與電石法聯合生產聚氯乙烯系統的對比

周延紅，王各義，劉勝軍，張登高

（天辰化工有限公司，新疆 石河子 832000）

目前，PVC的生產工藝主要有電石法與石油乙烯法[1]。電石法主要生產原料是焦炭、蘭炭和原鹽，生產路線是電石與水反應生成乙炔氣，原鹽經過處理后電解產生氫氣與氯氣，在合成爐中燃燒生成氯化氫，乙炔與氯化氫在催化劑的作用下生產氯乙烯，氯乙烯經過壓縮精餾聚合干燥后生成聚氯乙烯（PVC）。乙烯法主要原料是石油和原鹽，生產路線是石油經裂解生產乙烯，原鹽經過處理后電解產生氫氣與氯氣，氫氣作為燃料或者其他產品原料，乙烯與氯氣反應生成二氯乙烷，二氯乙烷在高溫下裂解生成氯化氫與氯乙烯，氯化氫繼續與氧氣和乙烯反應生成二氯乙烷與水，二氯乙烷脫水干燥后繼續高溫裂解，氯乙烯經過精餾提純后聚合生成PVC。近年來，中國乙烯法生產PVC技術越來越成熟，生產規模逐漸擴大，但富煤、貧油、少氣的能源結構使電石法生產路線占比80%以上，氯化汞作為電石法PVC中氯乙烯合成的催化劑，汞作為一種稀缺資源和對環境有高敏感性的重金屬，供應量逐年下降。2017年8月16日，《關于汞的水俁公約》生效，PVC行業作為國內最大用汞行業，電石法PVC生產企業的汞減排壓力不言而喻。而中國石油資源嚴重不足，原油作為國家重要的資源，決定著一個國家的戰略發展，同時原油和PVC作為國民經濟發展的重要物資支撐，其生產原料不能過度依賴國外資源。因此基于綠色化工技術發展、市場需求及經濟性等多方面的因素，迫切需要在現有電石法聚氯乙烯生產方法基礎上，開拓一種以煤為原料生成乙烯，乙烯和氯氣反應生成二氯乙烷，二氯乙烷裂解生產氯乙烯，氯乙烯聚合干燥生成PVC的工藝路線。

1 電石法生產PVC工藝流程

電石法生產PVC的主要原料是焦炭、蘭炭、石灰石和原鹽，工藝流程為石灰石與焦炭按一定的比例送至電石爐，在電石爐內將石灰石和焦炭加熱至1 800～2 100℃反應生成電石，電石經過冷卻破碎后，送往乙炔發生工段，在乙炔發生器中電石和水反應生成乙炔氣和氫氧化鈣，乙炔氣經過水洗降溫，經乙炔清凈工段脫除硫、磷壓縮后送往氯乙烯合成工段；原鹽在化鹽池中溶解得到粗鹽水，粗鹽水經過一次、二次鹽水精制。將精制鹽水送往電解工段經離子膜電解生產氯氣與氫氣，氯氣和氫氣經過干燥脫水壓縮后送至HCl合成爐反應生成氯化氫氣體，將氯化氫氣體送往氯乙烯合成工段，與乙炔氣冷卻脫水混合后進入轉化器，在催化劑的作用下反應生成氯乙烯，粗氯乙烯氣體經過酸洗和堿洗脫去酸性氣體后送往氯乙烯壓縮，經過氯乙烯壓縮機加壓后送至氯乙烯精餾工段冷凝液化除去低沸物和高沸物后，送往氯乙烯球罐儲存，氯乙烯高沸物經過精餾三塔將氯乙烯回收至氯乙烯氣柜，二氯乙烷裝車銷售。精制后的氯乙烯送往聚合，在聚合釜內反應生成漿料聚氯乙烯，未反應的氯乙烯壓縮冷凝后送往單體精制進一步提純后送往氯乙烯球罐，漿料聚氯乙烯經過干燥得到最終產品PVC，工藝流程見圖1。

圖1 電石法生產PVC工藝流程簡圖

2 石油乙烯法生產PVC工藝流程

石油乙烯法生產PVC的主要原料是石油與原鹽，其工藝流程是石油經過裂解精制后得到乙烯；原鹽在化鹽池中溶解得到粗鹽水，粗鹽水經過一次、二次鹽水精制。精制鹽水經離子膜電解產生氯氣與氫氣，氯氣經過干燥脫水壓縮后送至高溫氯化反應器與低溫氯化反應器，乙烯與氯氣按一定比例送至高溫氯化反應器中生成EDC，過量的乙烯氣經過冷卻壓縮后與新鮮乙烯氣混合后與氯氣按一定的比例送至低溫氯化反應器，在催化劑三氯化鐵的作用下反應生成EDC，EDC經高溫氯化反應塔精餾提純后除去重組分，精制后EDC通過蒸汽加熱汽化后送往EDC裂解爐反應生成氯化氫與氯乙烯，未反應的EDC通過EDC蒸餾塔提純回收至儲罐，反應生成的氯化氫和氯乙烯經過氯化氫蒸餾塔和氯乙烯蒸餾塔分離提純，氯化氫送至氧氯化工段與氧氣和乙烯氣反應生成EDC，EDC經過酸洗，堿洗精餾提純后繼續裂解反應；氯乙烯送往聚合工段，在聚合釜內反應生成漿料聚氯乙烯，漿料聚氯乙烯干燥后得到最終產品PVC，工藝流程見圖2。

圖2 電石法生產PVC工藝流程簡圖

3 煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC工藝流程

煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC的主要原料為煤和原鹽，主要工藝流程為將煤漿與氧氣按一定比例混合送至氣化爐反應生成合成氣，合成氣洗滌提純后送至甲醇合成塔，甲醇經過精餾提純后送至二甲醚反應塔生成二甲醚，二甲醚經過羥基化反應生成乙酸甲酯，乙酸甲酯經精餾提純后加氫反應生成乙醇，乙醇經精餾提純脫水后送往加熱爐反應生成粗乙烯，粗乙烯經過洗滌干燥、深冷精餾、提純氣化后送往氯化反應器；原鹽在化鹽池中溶化得到粗鹽水，粗鹽水進行一次、二次鹽水精制。精制鹽水經離子膜電解產生氯氣與氫氣，氯氣經過干燥脫水壓縮后送至高溫氯化反應器與低溫氯化反應器，氫氣經過冷卻加壓后送往裂解爐作為燃料氣；乙烯氣與氯氣按一定比例送至高溫氯化反應器中生成EDC，過量的乙烯氣經過冷卻壓縮后與新鮮乙烯氣混合后與氯氣按一定的比例送至低溫氯化反應器中，在催化劑三氯化鐵的作用下反應生成EDC，EDC經一體式高溫氯化反應塔精餾提純除去EDC中的重組分，精制后EDC通過蒸汽加熱氣化后送往EDC裂解爐反應生成氯化氫與氯乙烯，未反應的EDC通過EDC蒸餾塔提純回收至儲罐，反應生成的氯化氫和氯乙烯經過氯化氫塔蒸餾塔和氯乙烯蒸餾塔分離提純，氯乙烯送往聚合工段，在聚合釜內反應生成漿料聚氯乙烯，漿料聚氯乙烯干燥后得到最終產品PVC；氯化氫氣送至氯乙烯合成工段與乙炔氣進入轉化器內，在催化劑的作用下反應生成粗氯乙烯，粗氯乙烯氣體經過酸洗、堿洗脫去酸性氣體后壓縮精餾除去輕組分和重組分，精制后的氯乙烯送往聚合工段，在聚合釜內發生聚合反應生成漿料聚氯乙烯，漿料聚氯乙烯經過離心干燥得到最終產品PVC，工藝流程見圖3。

圖3 煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC工藝流程簡圖

4 電石法、乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC工藝比較

從上述PVC合成路線看出電石法生產PVC主要原料是原鹽，石灰石，焦炭、蘭炭，其生產工藝相對較短，在中國工藝技術也已成熟，單套裝置生產能力相對較低；乙烯法生產PVC主要原料是石油、原鹽，其生產工藝相對較長，在中國處于發展階段，國外PVC生產主要以乙烯法為主，單套裝置生產能力較大；煤制乙烯法和電石法聯合生產PVC主要原料是煤、石灰石、原鹽，其生產工藝相對較長，在中國應用此方法生產PVC的企業不多，工藝技術正處于起步階段，其具備乙烯法生產PVC的優勢。3種生產PVC的方法各有利弊，乙烯法生產PVC在氯氣與乙烯反應生成二氯乙烷時，三氯化鐵作為催化劑，在含量較低（20×10-6～25×10-6）的情況下就可以開始反應，在氯氣和乙烯反應過程中少量氯氣與鐵發生反應會生成催化劑三氯化鐵，不需要專門向反應器中加入。高溫氯化采用氣相出料的方式，只需一級精餾提純后EDC純度最低達99.3%，在能耗方面，采用一體式高溫氯化反應精餾塔，高溫氯化反應放出的熱給精餾塔加熱，減少再沸器蒸汽用量，EDC裂解爐出口的高溫裂解氣作為循環EDC蒸餾塔和氯化氫蒸餾塔再沸器熱媒，節約了大量蒸汽，焚燒爐、乙醇加熱爐和EDC裂解爐煙氣熱量用于生產低壓蒸汽，可以節約大量能源；高溫氯化反應過程中過量乙烯約5%～10%提高了氯氣的轉化率。過量的乙烯氣通過冷凝壓縮后送往低溫氯化反應器繼續參加反應，降低乙烯消耗，同時減少了對環境的污染。EDC裂解爐產生的氯化氫經過換熱減壓后送至電石法氯乙烯合成工段，有效平衡了副產物氯化氫。通過控制裂解爐出口溫度，EDC中雜質含量以及EDC蒸汽在爐管中停留時間，使裂解爐爐管清焦周期大大延長。

5 電石法、乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC產品質量比較

電石法、乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產的PVC產品質量沒有太大區別，只是在某些領域應用過程中存在區別。電石法PVC在生產過程中使用的催化劑為氯化汞，產品PVC中是否含有汞的殘留物一直備受關注，電石法生產的VCM中因含水分、乙炔、1，1-二氯乙烷等雜質降低了PVC樹脂的熱穩定性、白度、耐老化性和色澤度等。煤制乙烯法與電石法聯合生產的PVC繼承了乙烯法PVC的質量優勢，雖然乙烯法生產的VCM雜質種類要比電石法生產的VCM稍微多一些，但是PVC行業公認乙烯法生產的PVC在質量方面優于電石法生產的PVC。因此在PVC應用領域，電石法PVC主要用于管材和建材。乙烯法PVC主要用于高檔型材、透明片、膜和食品衛生領域。

6 電石法、乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC“三廢”比較

6.1 電石法PVC生產過程中“三廢”處理措施

（1）廢氣

廢氣主要含有氯乙烯、氯化氫和乙炔。在生產過程中酸性氣體氯化氫、二氧化碳等采用廢水、稀酸、稀堿液吸收為酸性或者中性液體進一步處置，通常調節為中性送往污水處理廠處置；氯乙烯和乙炔氣通常采用吸附劑硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等變壓吸附分離回收利用。

（2）廢液

廢液主要分為含汞廢液和非含汞廢液，含汞廢液經過硫化物沉淀法處置，汞泥作為危險廢物交由具備處理資質的廠家進一步處置，廢水送往一次鹽水作為化鹽水；非含汞廢水通常經過酸堿中和后送往廢水處理廠進一步處置達標排放或者補往循環水池。

（3）廢渣

電石法PVC生產過程中產生的廢渣主要是電石渣和催化劑，電石渣中含有大量的水分，呈堿性，產量較大，如果不經過進一步處置無法有效利用，對環境影響較大。目前電石渣首先通過脫水干燥，再經磨粉成為合格的生料，通過高溫煅燒為水泥來處置，減少了電石渣的環境污染，同時也為生產企業帶來一定的經濟效益。催化劑一般作為危險廢物交由具備資質的廠家處置。

6.2 乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC“三廢”處置措施

（1）廢氣

廢氣主要來源是低溫氯化尾氣排放氣，污染物主要為二氯乙烷、乙烯、氯化氫和氯氣。處置措施是將廢氣送至焚燒裝置燃燒洗滌凈化。在異常情況下，安全閥泄壓或者緊急排放泄壓的氯氣或者氯化氫通過應急洗滌塔洗滌后放空，裂解爐清焦過程的廢氣通過工業水冷凝吸收后排放。

（2）廢液

裝置正常生產中廢液的主要來源是二氯乙烷酸洗、堿洗和輕組分塔，廢液經過酸堿中和汽提后送至廢水處理廠處置。事故水和初期雨水送至事故水池，經廢水汽提塔處理后將廢水送至廢水處理廠處置。

（3）廢渣

廢渣主要是催化劑，裂解爐清焦和精餾塔塔板及再沸器清理的焦炭和自聚物，在清理或者去除之前經氮氣和蒸汽置換合格，作為危險廢物交由具備處理資質的廠家進一步處置。

7 電石法、乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC成本比較

電石法生產PVC的主要原料為焦炭、蘭炭、石灰石。根據整個行業運行情況，PVC電石消耗約為1.5 t/t PVC，氯化氫消耗約為0.57 t/t PVC。目前市場行情及企業實際運行情況，電石法PVC主要原料成本價格約為6 150元/t，占總費用的85.3%；輔助材料約為360元/t，占總費用的5.0%；燃料及動力費用約為290元/t，占總費用的4.0%；其他制造費用約410元/t，占總費用的5.7%。乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC的主要原料為煤、石油、氯氣。根據整個行業運行情況PVC乙烯消耗約為0.48 t/t PVC；氯氣消耗約為0.65 t/t PVC。目前市場行情及企業實際運行情況，乙烯法、煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC主要原料成本價格約為4 300元/t，乙烯和氯氣占總費用的68%，輔助材料約為367元/t，占總費用的5.8%；燃料及動力費用約為1 328元/t，占總費用的21%，其他制造費用約329元/t，占總費用的5.2%。從整體成本來看，電石法PVC價格主要影響因素為電石價格，由于電石價格居高不下，PVC價格持續降低，電石法PVC基本已經沒有利潤；乙烯法PVC價格主要影響因素為乙烯價格，隨著國際石油價格上漲導致乙烯價格上漲，乙烯法PVC利潤空間也逐漸縮小。

8 結語

電石法PVC作為國內主流生產工藝，但電石生產過程中能耗大，環境污染及“三廢”處理面臨環保壓力較大；乙烯法PVC作為正在快速發展的生產工藝，生產規模較大，“三廢”處理容易，能耗相對較低，但是前期設備投資相對較大；煤制乙烯法與電石法聯合生產PVC處于起步階段，但此工藝技術具備乙烯法PVC的各種優勢，主要用于電石法生產PVC企業結構轉型，有效降低乙烯法PVC原料依賴石油問題，提高了煤炭的附加值，煤制乙烯法PVC具有較好的發展潛力。