电石法V C M转化器能力分析

刘庆林

（包头海平面高分子工业有限公司，内蒙古 包头 014060）

电石法生产PVC的乙炔工艺分为干法工艺和湿法乙工艺。湿法工艺，工艺相对成熟，最好企业的电石折标单耗为1.35 t/t PVC，汞触媒单耗为0.8 kg/t PVC；干法乙炔工艺的电石单耗和湿法工艺区别不大，但汞触媒单耗却远远高于湿法乙炔。因此触媒消耗高，更换频率大。汞触媒从使用到失效，经历以下阶段：更换、干燥、活化、培养期、壮年期、衰老期，每个阶段产能负荷不同。所以，干法乙炔工艺在VCM转化器设计上就不能照搬湿法乙炔工艺，同规模的企业，干法乙炔的转化器台数，要明显多于湿法乙炔工艺。以下以某氯碱企业为例，介绍转化器能力的核算方法。

1 某氯碱企业设计说明

PVC设计产能为40万t/a，VCM转化器64台，采用前3台后3台（或前2台后2台）结构布置，见图1。转化器规格为Ø3200mm×3290mm×2680mm× 45 mm，单台转化器触媒填充量为7.5 t。运行一段时间，表明产能无法达到设计产能。

为确定转化器的数量，经过同行业对标分析，走访多家氯碱企业（含干法乙炔工艺和湿法乙炔工艺），湿法乙炔工艺的汞触媒单耗一般都能做到1 kg/t PVC，而干法乙炔工艺的汞触媒单耗一般为1.8～2.8 kg/t PVC。该企业确定按照触媒单耗为2 kg/t PVC的标准，测算现有64台转化器的能力，以及要达到40万t/a的产能需要的转化器台数。

2 转化器能力及台数的计算

（1）按照湿法乙炔工艺触媒单耗1 kg/t PVC，测算现有64台转化器的产能测算。

a.计算方便，1前台+1后台为1组，64台共计32组，每组设计最大通量为730 Nm3/h乙炔气。

b.触媒翻倒现状是新触媒填充后台，使用1个周期后，前台失效，后台触媒翻到前台，后台再填充新触媒。

假设触媒使用周期为N天，即后台转化器填充新触媒投入使用到第N天，前台触媒失效，将该组转化器切出，对该组转化器进行置换、更换、干燥、活化后，投入使用。每个更换周期中各工序耗时和负荷分析如下：

置换、更换、干燥、活化平均需要6天，负荷为零；投入使用后第一个10天平均负荷为50%；投入使用后第二个10天的平均负荷为80%；失效前最后14天的平均负荷为60%，投入使用后第21天到第（N-40）天为满负荷。

图1 VCM转化器平面布置图

转化器有效利用率为：（N-6×100%-10×50%-10×20%-14×40%）/N=（N-18.6）/N×100%。

c.现有64台转化器设计产能为40万t/a，则触媒翻倒周期、触媒单耗计算如下：

730×（N-18.6）/N×32×8 000×0.85×62.5/22.4/ 1 000=400 000 t/a

计算得：N=190.76天。

则，转化器利用率为：（N-18.6）/N=90.25%；

1年翻倒触媒次数：

8 000/（190.76×24）=1.75（次）；

1年耗用触媒总量为1.75×7.5×32=419（t）；

触媒单耗为419×1000/400000=1.0475（kg/tPVC）。

由以上计算可知，触媒单耗为1.047 5 kg/t PVC时，现有64台转化器1年（8 000 h计）产能可达40万t。可见，如果按照湿法乙炔工艺，触媒单耗做到1 kg/t PVC，基本能达到设计产能。

（2）按目前的照干法乙炔工艺，触媒单耗达到2 kg/t PVC，分析现有64台转化器的能产并计算所需转化器台数。

假设每组转化器翻倒周期为y天，因每组转化器每次翻倒，前台触媒淘汰7.5 t，则每组转化器1个周期内产量为7 500/2=3 750（t）。

转化器触媒翻倒过程如上述湿法乙炔工艺。

在一个触媒翻倒周期内，该组转化器的利用率为（y-18.6）/y；

一个翻倒周期内每组转化器产量为：（y-18.6）× 24×730×0.85×62.5/22.4/1 000=3 750（t）；

计算得y=86天，即触媒翻倒周期为86天。

转化器利用率为（86-18.6）/86=78.372%，现有64台转化器年产能为730×78.372%×0.85×8 000×62.5× 32/22.4/1 000=34.7（t）。

式中，0.85为乙炔气一次性转化为氯乙烯效率。

可见，按照干法乙炔工艺目前的触媒单耗2 kg/t PVC测算，产能40万t/a需要该规格转化器台数为：64×40/34.7=73.8台，即在现有64台的基础上，需要新增转化器10台。

3 说明

因目前干法乙炔工艺汞触媒单耗与湿法乙炔工艺相比有差异，所以在转化器能力设计上，不可照搬湿法乙炔工艺。以上介绍的转化器能力的测算过程，仅是提供一种测算方法，具体数据比如触媒更换、干燥、活化等工序所耗用时间，不同企业，可根据实际情况进行修订。