聚氯乙烯生产消耗控制及技术改造

马瑞，王贵珍，白文彦，牛东

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称北元集团)成立于2003年5月，生产装置包括10万t/a聚氯乙烯、8万t/a烧碱，于2006年全部建成投产。2009年以上装置合并成立化工一分公司，2010年北元集团又成立了化工二分公司、热电分公司和水泥公司。2015年，北元集团化工一分公司氯碱装置停产，10万t/a聚氯乙烯装置改名为聚氯乙烯二分厂，并入化工二分公司。聚氯乙烯二分厂10万t/a聚氯乙烯装置在十几年的运行过程中，历经数次改造，生产消耗逐年降低。

1 存在的问题

(1)聚氯乙烯二分厂采用隔膜法生产烧碱，电石法生产聚氯乙烯，消耗电石14万t/a、工业原盐14万t/a、电3亿kW·h/a。虽然该装置为北元集团的发展和壮大奠定了基础，但隔膜法电解工艺相比离子膜工艺还存在一定差距，产品须经过蒸发、浓缩、除盐后方能销售，且只能用于一般的纺织、造纸等领域，而不能用于人造纤维等需要高纯度烧碱的领域；且其能耗比离子膜工艺高，也是“十二五”期间国家明令淘汰的落后装置。

(2)原乙炔清净系统采用次氯酸钠清净工艺，存在清净效果差、乙炔水含量高等问题。大量废次氯酸钠溶液加入发生器与电石反应，将氯离子带入电石渣中，导致排出的污水中COD和氯离子超标，给污水处理带来巨大的困难。

(3)2015年，北元集团化工一分公司氯碱装置停产，供热系统拆除，无蒸汽冷凝水，只能使用蒸汽给采暖槽升温，为生活区供暖，冬季蒸汽消耗明显增大。合成工序二期转化器热水回水进入一期热水槽，温度较高(90 ℃左右)，存在热能过剩的情况，导致蒸汽单耗上升，消耗成本增加。

氯碱装置停用后无蒸汽冷凝水，聚合釜进料使用的去离子水全部由去离子水站制得，去离子水站制水率低(52%左右)，每天制水使用工业水1 790 t，制水成本高；且超滤膜须定期进行化学清洗，清洗周期为24 h,影响生产；另外，浓水量过大，每天产生的820 t浓水回用到乙炔水洗冷却系统无法平衡，造成浪费，污水处理系统的排放压力较大。

(4)原发生器振动筛操作频繁，控制箱故障率较高，在手动操作过程中，易造成发生器压力、液位超标，控制不稳定，给生产带来安全隐患且容易造成电石浪费。

(5)精馏工序2套高沸塔自2005年投用以来，由于塔盘堵塞、设备老旧等原因，运行不稳定，造成精氯乙烯中二氯乙烷质量分数最高达270×10-6，影响聚氯乙烯树脂的质量。

(6)聚合装置生产过程中母液水流量为35～40 m3/h，其中20 m3/h母液水回用于乙炔发生装置，其余则全部排污处理，污水处理压力较大，同时也造成浪费。

2 改造措施

(1)2010年，为了降低生产成本，北元集团投资建设了化工二分公司至化工一分公司的输卤、输蒸汽管道及供电线路。化工一分公司用电由热电分公司热化3526，北亚Ⅰ，北锦Ⅰ、Ⅱ线切换运行。

(2)关停化工一分公司氯碱生产装置后，为进一步发挥聚氯乙烯二分厂乙炔制备、聚合及公用系统装置的生产能力，合理利用固定资产，将化工二分公司生产系统富余的氯化氢气体输送至聚氯乙烯二分厂生产SG3型聚氯乙烯树脂。

(3)2015年，新建1套浓硫酸清净乙炔装置，将原次氯酸钠清净装置改造为乙炔水洗冷却装置，减少了污水的排放量。

(4)2016年对乙炔水洗系统进行改造，乙炔水洗塔用水不再进行循环，而是直接加入发生器，同时加大乙炔洗涤水量，减少了乙炔中的硫、磷含量，降低了硫酸消耗。2016年生产1 t聚氯乙烯的硫酸消耗量为8.08 kg，属行业内较好水平。

(5)2016年10月，将合成工序二期转化器热水回水与采暖槽水进行换热，换热后的热水进入一期热水槽，采暖水则通过采暖泵输送至换热器，为生活区及厂区供暖，采暖回水回至采暖槽循环，采暖水温度能达到70 ℃，无需另外补充蒸汽，蒸汽消耗明显降低，同时保障了生活区的供暖。

(6)2016年将乙炔发生器手动加料改为自动加料，5台发生器实现了自动联锁加料，降低了劳动强度和频繁操作带来的安全风险。改造前发生器压力平均每月超标4次，改造后没有出现过因人员操作而造成的压力超标。

(7)2015年10月引进了离子交换法制水装置，其中去离子水储罐、盐酸罐、碱罐以及浓水池全部为旧罐再利用。

(8)2017年10月，利用大检修机会将合成精馏工序2套高沸塔拆除，新建1套高沸塔。

(9)2017年8月，为了回收利用母液水，聚氯乙烯二分厂增加了母液水沉降装置，母液水经聚合干燥离心机分离后直接进入沉降装置进行沉降分离，分离出来的聚氯乙烯树脂用泵送至浆料槽回收，上清液经循环水换热器冷却降温至40～50 ℃后进入母液水槽，用作聚合出料喷淋水和过滤器高压冲洗水，降低了去离子水的消耗量。

3 改造效果

(1)化工二分公司给聚氯乙烯二分厂供应氯化氢合成炉副产蒸汽3.2万t/a，蒸汽价格按75元/t计算，每年可降低成本240万元。

(2)化工二分公司氯化氢生产成本比聚氯乙烯二分厂低93.75元/t，聚氯乙烯产能按10万t/a计算(氯化氢单耗按0.64 t计算)，每年可降低成本约600万元。

(3)聚氯乙烯二分厂隔膜电解装置淘汰符合国家淘汰落后产能的政策，可以申请相应的财政补贴，用于其他装置的升级改造。

(4)聚氯乙烯二分厂关停部分装置后，员工人数由370人降为250人，减少了120人，每年减少管理费用800多万元(人均工资按7万元/a计)。

(5)乙炔由次氯酸钠清净改为浓硫酸清净后，减少了二次水的排放量，解决了污水排放难题，同时乙炔气含水体积分数由800×10-6降至100×10-6以下，提高了精乙炔质量，触媒单耗由1.3 kg降为0.81 kg，降低了生产成本。

(6)采暖系统改造和蒸汽冷凝水回用后，效益明显。聚氯乙烯二分厂将蒸汽分汽缸处的蒸汽冷凝水和聚合干燥蒸汽冷凝水收集在一起，利用余热给自来水换热，供生活区使用热水，换热后的冷凝水一部分补入合成热水槽，剩余的补入去离子水站预处理装置，用于制去离子水，既减少了蒸汽用量又回用了冷凝水。每天可节约蒸汽52 t，回用冷凝水112 t，每年可节约费用约200万元。

(7)2016年6月，去离子水装置投用，制水率由54%提高到90%左右，工业水用量明显减少，节约工业水259 260 t/a，制水成本由11元/t下降至6.7元/t，可节约生产成本150.5万元/a。该套制水设备自动化程度高，手动操作少，人员劳动强度低。

(8)精馏高沸塔改造后，处理能力提高，VCM中二氯乙烷质量分数由100×10-6降为0.5×10-6，达到了行业先进水平，聚氯乙烯树脂质量明显提高，同时降低了生产成本。改造前聚氯乙烯产品热稳定性为295～447 s，改造后为315～385 s；改造前平均聚合度波动范围为1 303～1 331，改造后稳定在1 310～1 332；分散剂质量分数也由84×10-6降为48×10-6，可节约费用10万元/a。

(9)2017年11月，母液沉降装置投用，去离子水消耗量由970 t/d降为700 t/d，节约270 t/d。按年生产时间330天、去离子水单价10元/t计算，可节省费用270×10×330=89万(元/a)；此外，每年可回收聚氯乙烯树脂70 t,聚氯乙烯树脂价格按5 000元/t计算，可产生经济效益70×5 000=35万(元/a)；同时减少了污水排放量，达到了减污增效的目的。

4 结语

在电石法聚氯乙烯树脂生产过程中，消耗控制是降低生产成本、提高企业效益的基础，技术改造则决定了企业的存亡。北元集团通过不断优化工艺，降低了聚氯乙烯生产成本，提高了产品质量，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。