变压吸附装置在P V C精馏气净化中的效果评价

纪晓玲，张 芳，罗莲英

（新疆中泰矿冶有限公司，乌鲁木齐 830009）

1 氯乙烯工艺及尾气的来源

在聚氯乙烯生产工艺中，乙炔和氯化氢在触媒作用下生产氯乙烯单体，氯乙烯单体通过精馏净化成精单体，精单体送往聚合釜添加各种助剂聚合后生成聚氯乙烯树脂见图1。

在整个工艺中自单体压缩工序来的气相氯乙烯经全凝器冷凝，绝大部分的氯乙烯冷凝为液相的氯乙烯单体，液相氯乙烯单体经水分离器排除水分进入低沸塔，精馏去除乙炔等低沸点物质，全凝器不凝气体主要是氢、氮气、氧、少量乙炔和氯乙烯气体。这些不凝气体经尾气冷凝器，用-35℃盐水冷凝分离氯乙烯，冷凝回收尾气中大部分氯乙烯后排出。不凝性气体排空时，尾气中夹带的氯乙烯体积分数在5%～20%。在生产实践中，当氯乙烯在尾气中的体积分数低于5%时，由于尾气冷凝器的对流给热系数急剧下降，即使冷量非常充足也很难将尾气中低含量的氯乙烯冷凝下来。只有采取其他更经济、有效的操作单元回收尾气中的氯乙烯、乙炔。不凝气体和无法冷凝的氯乙烯、乙炔气体混合形成精尾气的原料气，需要输送到尾气回收装置。

图1 变压吸附工艺流程简图

2 3种工艺及比较

中泰化学集团有限责任公司从1995年开始生产，先后使用了活性炭吸附、膜法回收、变压吸附等工艺技术。

（1）活性炭吸附工艺

原理：活性炭是多孔型固体，比表面积可达100 m2/g。活性炭吸附石利用氯乙烯单体在活性炭表面上高选择吸附这一原理，对精馏尾气中的VCM及乙炔、氮气、氢气等不凝气体的吸附能力随其沸点的升高而加大。

特点：流程简单，工艺成熟，技术可靠，装置投资小，见效快，但需要冷盐水、蒸汽、热空气、冷空气、氮气，动能消耗大，工艺操作复杂，劳动强度大，不适宜大规模生产。

（2）有机膜法回收工艺

原理：膜法有机蒸汽分离是基于溶解-扩散机理，气体先溶解在膜表面，然后沿其在膜表面的浓度梯度扩散传递，它的溶解选择是分子大、沸点高的组分在膜内的溶解度大，容易透过膜，在膜的渗透测得到富集。而分子质量小、沸点低的组分在膜内的溶解度小，不易通过膜直接排放。

特点：膜法回收装置占地面积小，动能消耗少，回收率约90%，可自动化运行，操作简便。缺点是尾气压力波动会影响渗透效果，不凝气体富积在一级膜渗透测，影响转化器的处理能力，同时还会影响全凝器的换热效果，造成精馏系统压力不稳，操作弹性小，原料气带液时会永久损坏膜。

（3）变压吸附工艺

原理：当气体运动到固体吸附剂表面时，由于固体吸附剂表面的作用力，气体分子便会聚集在固体表面，这些分子在固体表面的浓度会显著增大。这种现象称为气体分子在固体表面的吸附。在一定条件下（如温度、压力的改变）固体表面吸附的分子会重返气体中，这一过程叫解吸。

特点：变压吸附回收氯乙烯单体是目前国内同行业中处理精馏尾气最先进的工艺，被此行业普遍应用。回收率高＞99.99%，可达到国家环保排放标准的要求 VCM＜36 mg/m3，C2H2＜130 mg/m3。同时，吸附剂使用寿命可达10年以上，全自动操作，能耗小。

综上所述，活性炭吸附工艺流程简单、投资小，但能耗大、劳动强度大；膜法回收工艺较先进，装置占地面积小，动能消耗小，操作便捷，但操作弹性小，膜易损坏增加成本；变压吸附操作简便，能耗小，使用寿命长，而且装置越大成本越低。

3 变压吸附装置的应用[1]

变压吸附装置可在氯乙烯精馏尾气中分离乙炔、氯乙烯并加以回收利用，净化后其他组分送入变压制氢装置，进行氢气的回收，其他气体排空。

使净化气中含氯乙烯≤36 mg/m3；氯乙烯+乙炔回收率≥99.5%；氯乙烯回收率≥99.9%，解吸气中氧气含量增加≯1.0%，并使解吸气返回系统。

原料气由吸附塔由下而上通过吸附床层，其中强吸附组分氯乙烯、乙炔等均被吸附剂吸附，停留在床层内，弱吸附组分H2、N2、O2从吸附床层上部流出成为符合环保排放标准的合格的尾气—净化气；当吸附塔上部出口氯乙烯含量接近≥36 mg/m3时，该塔停止吸附操作，关闭吸附塔进出口阀转为再生；为了保证净化气符合环保排放标准和确保安全生产，在净化气出口和真空泵出口对杂质组分氯乙烯、乙炔、氧气进行检测。

4 分析方法对净化效果的分析评价

中泰化学自2008年投运变压吸附装置以来，系统一直运行平稳。设备对氯乙烯精馏尾气的净化达到了国家环保排放要求。在这几年的运行过程中，主要以中控中心对尾气排放进行定期分析，根据分析结果检查和验证变压吸附装置的效果，同时在变压吸附装置发生异常时给予指导操作。

通过净化前、后分析数据对比讨论，变压吸附装置在平稳运行及设备运行异常情况下数据所发生的变化，来验证净化效果。通过分析数据来指导生产。

5 数据分析

5.1 监测数据统计

通过使用气相色谱分析法对乙炔和氯乙烯单体在变压吸附前后进行分析，具体检测数据见表1。

表1 2014年2月每日12：00检测数据

5.2 讨论

表1 2014年2月每日12：00检测数据 （ 接 上表）

从上面数据分析，在2014年2月6日因变压吸附原料气浓度发生变化，造成吸附净化后气体的结果变大，超出指标要求。而在15日后面有几个数值偏大，是由于工艺中对吸附塔的再生时间没有达到操作要求。

2008年，中泰化学投用氯乙烯尾气变压吸附装置以来，装置吸附一直平稳运行，在吸附后出现乙炔、氯乙烯排放未达到环保要求，主要造成的原因是变压吸附的再生时间不够。只要操作人员认真对变压吸附装置进行操作，遇到异常情况给予及时、正确的处理，此生产装置完全能够满足对氯乙烯尾气处理后达到环保的要求。

6 结论

该公司从2008年投用变压吸附生产装置以来，工艺一直比较稳定。多年分析数据结果表明，此装置完全可以达到对氯乙烯尾气的净化作用，从而使尾气排放达到环保要求。

［1］孙哲进，变压吸附工艺在氯乙烯尾气回收装置中的应用.环保与节能，2010，（4）.