王 飛

（昊華宇航化工有限責(zé)任公司，河南 焦作 454002）

變壓吸附氣體分離技術(shù)（簡(jiǎn)稱PSA）是利用氣體組分在固體吸附劑上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性，通過(guò)周期性的壓力變換過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體組分的分離和提純。在變壓吸附法回收氯乙烯精餾尾氣中氯乙烯和乙炔的工藝中，采用復(fù)合吸附床，床內(nèi)分層裝填了數(shù)種經(jīng)過(guò)改性的專用吸附劑。當(dāng)富含氯乙烯和乙炔的尾氣在一定壓力下通過(guò)吸附床時(shí)，氯乙烯和乙炔等強(qiáng)吸附組分被專用吸附劑吸附，氮?dú)狻錃獾韧ㄟ^(guò)吸附床后直接排放，排放氣中氯乙烯和乙炔含量完全符合國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，而被專用吸附劑吸附截留的氯乙烯和乙炔在解吸過(guò)程中被回收，同時(shí)吸附劑得到再生，連續(xù)、穩(wěn)定地循環(huán)操作。

1 變壓吸附解吸氣回用流程

1.1 流程簡(jiǎn)述

變壓吸附解吸氣回用流程示意圖見(jiàn)圖1。

氯乙烯精餾尾氣作為原料氣進(jìn)入變壓吸附裝置，經(jīng)過(guò)變壓吸附裝置處理后，尾氣中的氯乙烯和乙炔氣體被吸附劑吸留下來(lái)成為解吸氣，解吸氣被送回轉(zhuǎn)化工序，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化器用于氯乙烯合成，其他沒(méi)有利用的氣體成為凈化氣，凈化氣直接排空。

變壓吸附解吸氣在回收利用一定周期后，會(huì)出現(xiàn)解吸氣夾帶白色粉末的問(wèn)題，這些白色粉末吸附在轉(zhuǎn)化觸媒上層，造成轉(zhuǎn)化器阻力上升，降低生產(chǎn)能力。解吸氣夾帶的白色粉末粒徑極細(xì)，約為50 μm，一旦吸附在轉(zhuǎn)化器觸媒上層并堵塞轉(zhuǎn)化器 （見(jiàn)圖2），只能采用停運(yùn)轉(zhuǎn)化器、抽觸媒、更換觸媒的辦法來(lái)解決，按每臺(tái)轉(zhuǎn)化器每次抽取約五百毫米厚度的觸媒（含白色粉末）,補(bǔ)充觸媒按新舊比1∶4裝填，每次需補(bǔ)充75 kg新觸媒，按10萬(wàn)t/a PVC裝置計(jì)算，平均停運(yùn)轉(zhuǎn)化器抽觸媒25次/月，新增新觸媒消耗1.8 t/月，年新增觸媒消耗21.6 t，增加費(fèi)用約一百四十萬(wàn)元。

2 控制措施及分析

（1）對(duì)解吸氣夾帶的白色粉末進(jìn)行物性分析取白色粉末放入水中，發(fā)現(xiàn)其很快完全溶解。進(jìn)行定量分析，取白色粉末0.108 6 g溶于水中，采用ICP（等離子發(fā)射光譜法）分析法，檢測(cè)結(jié)果為：鋁實(shí)際峰值過(guò)高，遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)樣量；鐵為16 078×10-10；鈣為 54 859×10-11；鎂為 8 153×10-11；鎳為 4 239×10-11；鋇為 1 046×10-1）；鉻為 423×10-11。 確定白色粉末為氧化鋁吸附劑。

（2）根據(jù)白色粉末氧化鋁吸收水的特點(diǎn)，考慮用水來(lái)吸收解吸氣中的粉末，避免白色粉末帶入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，但是解吸氣中的水分不達(dá)標(biāo)，會(huì)與混合氣中的氯化氫形成鹽酸，使轉(zhuǎn)化器設(shè)備及管線受到嚴(yán)重腐蝕，腐蝕物結(jié)晶會(huì)堵塞管道，威脅正常生產(chǎn)；另外，水分易使觸媒結(jié)塊，降低催化劑活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，還會(huì)與乙炔發(fā)生反應(yīng)生成對(duì)聚合有害的雜質(zhì)乙醛，因此，必須嚴(yán)格控制解吸氣含水量，滿足≤0.06%的指標(biāo)要求。

（3）根據(jù)解吸氣中只含氯乙烯和乙炔，常壓下脫水冰點(diǎn)為0℃，要控制解吸氣含水量≤0.06%以下，比較困難，考慮利用氯化氫的吸濕性，產(chǎn)品氣中水分被氯化氫吸收后，呈40%左右的鹽酸酸霧析出，含水量主要取決于該溫度下的蒸汽分壓，即混合氣體溫度越低，水含量也越小，產(chǎn)品氣體中加入氯化氫降低其蒸汽分壓[1]。

擬在解吸氣中通入少量氯化氫氣體來(lái)將產(chǎn)品氣冰點(diǎn)降至-18℃左右。理論計(jì)算：水的飽和蒸汽壓20℃時(shí)為 2 338.59 Pa；30℃時(shí)為 4 242.53 Pa，40%鹽酸水蒸汽分壓，-14℃時(shí)為18.7 Pa,按解吸氣200 Nm3/h計(jì)算，形成40%鹽酸，出口壓力55 kPa，溫度20℃計(jì)：

WHCl=0.133 81×18×40%/60%=1.61（kg/h），即在解吸氣中通入氯化氫的量為1.61 kg/h時(shí)，可將其夾帶水分除去。

3 解吸氣回用工藝改造

解吸氣回收改造工藝流程見(jiàn)圖3。

精餾變壓吸附解吸氣經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入水吸收塔，吸收塔內(nèi)裝填鮑爾環(huán)塑料填料，塔內(nèi)加入一次水，解吸氣從吸收塔底部進(jìn)入，與用泵加入的一次水充分接觸后，從頂部送出，吸收塔內(nèi)水循環(huán)使用，定期更換。解吸氣出吸收塔后，進(jìn)入氣液分離器，分離器內(nèi)裝填鮑爾環(huán)塑料填料，用于除去部分水分。在解吸氣管道和氯化氫管道上分別加裝逆止閥防止轉(zhuǎn)化總管壓力波動(dòng)。解吸氣出分離器頂部，通過(guò)逆止閥進(jìn)入石墨冷卻器，氯化氫氣體也通過(guò)逆止閥進(jìn)入石墨冷卻器，用-35℃鹽水降溫后，冷凍脫除解吸氣中的水分，除霧器除去夾帶水霧后，進(jìn)入101#轉(zhuǎn)化器用活性炭過(guò)濾，再經(jīng)過(guò)預(yù)熱器升溫進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化器。

該裝置投入使用后，分析水分為0.04%，在規(guī)定指標(biāo)范圍內(nèi)。通過(guò)3個(gè)月的運(yùn)行觀察，一段轉(zhuǎn)化器阻力沒(méi)有明顯上升。解吸氣回收工藝改造后的運(yùn)行情況見(jiàn)表1。

4 生產(chǎn)控制方案

（1）解吸氣經(jīng)過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后，進(jìn)入吸收塔，控制吸收塔噴淋水量，達(dá)到氣液相接觸最佳流量比，充分濕潤(rùn)填料，實(shí)現(xiàn)吸收白色物質(zhì)的目的，保證羅茨風(fēng)機(jī)的出口壓力為56 kPa，噴淋壓力為0.2 MPa。

（2）通過(guò)DCS自動(dòng)控制，保證深冷裝置溫度控制在（-14±2）℃，同時(shí)，控制氯化氫含量為16%～20%。

（3）定時(shí)分析深冷裝置后解吸氣含水量，確保在0.06%以下，確保對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)不造成影響。

表1 解吸氣回收工藝改造數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

（4）要注意羅茨風(fēng)機(jī)后壓力，控制風(fēng)機(jī)后壓力不超過(guò)60 kPa，確認(rèn)該裝置除去白色物質(zhì)的效果。如果發(fā)現(xiàn)阻力上升，則需緊急檢查系統(tǒng)，是否存在水噴淋量小，造成白色物質(zhì)去除不徹底，堵塞轉(zhuǎn)化器及管道。

（5）現(xiàn)場(chǎng)巡檢要配合主控人員和根據(jù)分析產(chǎn)品氣含水?dāng)?shù)據(jù)，時(shí)刻調(diào)整氯化氫加入量，保證含水量在指標(biāo)范圍內(nèi)。

5 設(shè)備投資

主要設(shè)備投資表見(jiàn)表2。

表2 主要設(shè)備投資表

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)解吸氣回收工藝進(jìn)行改造，較好地解決了解吸氣循環(huán)利用影響轉(zhuǎn)化阻力的問(wèn)題，有效避免白色粉末對(duì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)造成的影響，基本杜絕了白色粉末堵塞氯乙烯轉(zhuǎn)化器的問(wèn)題，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，減少了轉(zhuǎn)化器觸媒的裝填頻率，改造前，平均抽轉(zhuǎn)化器觸媒25次/月，改造后降至1次/月以下，每月少用新觸媒（25-1）×75 kg/1 000=1.8 t，降低了觸媒消耗。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)運(yùn)行驗(yàn)證，效果較好。