張學(xué)魯，王小昌，李國(guó)棟

(新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司，新疆 石河子 832000)

電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量(包括高汞觸媒使用量和低汞觸媒使用量)是指每生產(chǎn)1 t PVC所消耗的氯化汞觸媒的質(zhì)量，是評(píng)定企業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)之一，也是衡量企業(yè)汞消減技術(shù)水平的重要依據(jù)。由于氯化汞觸媒的使用是連續(xù)動(dòng)態(tài)過程，因此很難獲得企業(yè)每年氯化汞觸媒用量的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)值，單位產(chǎn)品的實(shí)際氯化汞觸媒使用量與評(píng)估值存在較大偏差。筆者通過對(duì)電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗的評(píng)估方法進(jìn)行探討，為電石法PVC企業(yè)準(zhǔn)確計(jì)算單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗提供一定參考。

1 降低氯化汞觸媒消耗的重要性

PVC作為五大通用塑料之一，被廣泛應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，其生產(chǎn)工藝路線主要有電石法和乙烯法。電石法符合我國(guó)多煤、貧油、少氣的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，成為我國(guó)的主流工藝[1-2]。2018版《中國(guó)聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)深度研究報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2017年我國(guó)電石法PVC產(chǎn)能占我國(guó)PVC總產(chǎn)能的80%，達(dá)到1 925萬t/a[3]。

電石法PVC生產(chǎn)過程中采用氯化汞作為觸媒。近幾年，隨著行業(yè)的快速發(fā)展，低汞觸媒(氯化汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%～6.5%)的推廣應(yīng)用有了較大進(jìn)步，低汞觸媒消耗逐年下降，源頭減排效果顯著。為履行《關(guān)于汞的水俁公約》，確保2020年底前電石法PVC單位產(chǎn)品的汞使用量比2010年下降50%，有效減少汞的使用和排放，我國(guó)電石法PVC企業(yè)應(yīng)積極行動(dòng)，運(yùn)用各類清潔生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)一步降低PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量。

按照HJ 476—2009《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 氯堿工業(yè)(聚氯乙烯)》的規(guī)定，對(duì)電石法PVC生產(chǎn)過程中單位產(chǎn)品氯化汞觸媒的使用量進(jìn)行了不同等級(jí)的劃定，一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的氯化汞觸媒使用量分別為≤1.2 kg/t、≤1.3 kg/t、≤1.4 kg/t。

2 現(xiàn)有氯化汞觸媒消耗評(píng)估方法及存在的問題

電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗與氯化汞觸媒質(zhì)量、生產(chǎn)設(shè)備及工藝條件、操作控制水平等因素密切相關(guān)。隨著行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)的推廣，電石法PVC生產(chǎn)設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)工藝條件逐步得到完善，氯化汞觸媒的質(zhì)量逐漸穩(wěn)固，電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)的氯化汞觸媒消耗逐步趨于穩(wěn)定。但據(jù)了解，依然有不少企業(yè)氯化汞觸媒消耗波動(dòng)較大，不利于提高企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平。筆者將通過對(duì)氯化汞觸媒消耗的評(píng)估方法進(jìn)行探討，分析由于評(píng)估誤差對(duì)氯化汞觸媒消耗產(chǎn)生的影響。

電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)采用氯化汞觸媒的使用量除以PVC產(chǎn)量的方法計(jì)算PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗量。但由于不同企業(yè)在核算過程中計(jì)算方法以及計(jì)算時(shí)間選取上存在的差異或誤差，導(dǎo)致該方法核算的結(jié)果只能粗略顯示氯化汞觸媒消耗的情況，與氯化汞觸媒實(shí)際消耗依然存在一定的差別。

2.1 計(jì)算方法產(chǎn)生的誤差

部分企業(yè)在氯化汞觸媒消耗的核算過程中采用氯化汞觸媒的年填裝量來代替年使用量，導(dǎo)致核算結(jié)果出現(xiàn)偏差。氯化汞觸媒的年填裝量并不代表年使用量，兩者有顯著的區(qū)別。通常情況下，在企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷沒有達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的情況下，企業(yè)每年的氯化汞觸媒填裝量往往大于氯化汞觸媒使用量，因此若不考慮其他因素影響，按照氯化汞觸媒的填裝量核算企業(yè)單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒使用量往往大于實(shí)際使用量。

2.2 計(jì)算時(shí)間選取產(chǎn)生的誤差

按氯化汞觸媒年填裝量與PVC產(chǎn)量的方法計(jì)算企業(yè)單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒使用量，若不考慮氯化汞觸媒本身使用壽命的因素，則計(jì)算值與實(shí)際值差別較大。由于觸媒質(zhì)量及使用單位現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工藝操作水平等的差異，各企業(yè)氯化汞觸媒的實(shí)際使用壽命差異較大，導(dǎo)致單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒消耗值各有不同，核算氯化汞觸媒消耗時(shí)必須考慮氯化汞觸媒使用壽命的影響。舉例來說，某企業(yè)氯化汞觸媒的平均使用壽命為7 000 h，若按照1年時(shí)間核算，該企業(yè)將有部分轉(zhuǎn)化器填裝2次觸媒，而第2次填裝的氯化汞觸媒發(fā)揮大部分轉(zhuǎn)化作用卻是在第2年。因此，當(dāng)年的觸媒消耗值會(huì)高于實(shí)際值，而第2年的值卻會(huì)低于實(shí)際值。甚至部分企業(yè)按月或者季度為周期進(jìn)行核算，主觀因素對(duì)計(jì)算值影響過大。例如：部分企業(yè)的氯化汞觸媒更換并沒有制定嚴(yán)格的月更換計(jì)劃并執(zhí)行更換計(jì)劃，選擇在現(xiàn)場(chǎng)停車檢維修期間集中更換，而其他時(shí)間段不進(jìn)行氯化汞觸媒更換。按月或者季度核算的單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒消耗值出現(xiàn)極低值與極高值完全不同的現(xiàn)象，部分企業(yè)截取其中一段時(shí)間的單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗代表整體生產(chǎn)過程中PVC單位產(chǎn)品的氯化汞觸媒消耗情況，導(dǎo)致觸媒消耗值與實(shí)際消耗產(chǎn)生較大誤差。

氯化汞觸媒的消耗核算必須綜合考慮核算周期的長(zhǎng)短，核算周期越短，計(jì)算的消耗值越偏離實(shí)際值。理論上以氯化汞觸媒的使用壽命為完整周期核算最接近實(shí)際情況，但由于氯化汞觸媒的使用過程是連續(xù)動(dòng)態(tài)化的，因此在評(píng)估某一階段的氯化汞觸媒消耗時(shí)，很難完整統(tǒng)計(jì)每臺(tái)轉(zhuǎn)化器中觸媒的使用壽命。在此情況下，統(tǒng)計(jì)已下線轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒使用壽命的數(shù)據(jù)，用于計(jì)算氯化汞觸媒的平均使用壽命(排除不正常停車造成的低汞觸媒使用壽命縮短等因素)，然后根據(jù)氯化汞觸媒的平均使用壽命近似評(píng)估實(shí)際的氯化汞觸媒裝填量。例如，轉(zhuǎn)化器內(nèi)填裝觸媒的平均使用壽命為9 000 h，則全年實(shí)際裝填的觸媒量為：年氯化汞觸媒裝填量×8 000 h÷9 000 h。采用多種型號(hào)的低汞觸媒時(shí)，也要對(duì)不同型號(hào)的低汞觸媒分別進(jìn)行使用壽命評(píng)估，再對(duì)氯化汞觸媒消耗進(jìn)行核算，這樣更有助于準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際消耗值。

通過以上分析，對(duì)上述計(jì)算方式進(jìn)行修正完善，具體如下：

單位產(chǎn)品每年氯化汞觸媒使用量=年觸媒裝填量÷(觸媒平均使用壽命÷8 000 h)÷PVC產(chǎn)量。

該方法可近似計(jì)算企業(yè)的單位產(chǎn)品氯化汞觸媒的使用量，但由于沒有完整考慮氯化汞觸媒在企業(yè)的實(shí)際使用情況，因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值之間依然存在差別。

3 準(zhǔn)確完整評(píng)估氯化汞觸媒消耗的方法

電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量的正確計(jì)算方法應(yīng)為規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用的觸媒量除以同期PVC產(chǎn)量。計(jì)算公式如下：

單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量=氯化汞觸媒使用量÷PVC產(chǎn)量。

上述計(jì)算方法中的氯化汞觸媒使用量并不太等同于氯化汞觸媒的填裝量或采購(gòu)量。

3.1 單臺(tái)轉(zhuǎn)化器中觸媒消耗值的計(jì)算

單臺(tái)轉(zhuǎn)化器中氯化汞觸媒消耗計(jì)算以氯化汞觸媒使用壽命為核算周期，通過轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣流量以及出口轉(zhuǎn)化率計(jì)算反應(yīng)生產(chǎn)的氯乙烯產(chǎn)量，轉(zhuǎn)化器填裝觸媒量除以核算周期內(nèi)的氯乙烯產(chǎn)量即為該臺(tái)轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)氯乙烯的氯化汞觸媒消耗值。

單臺(tái)轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒消耗的精確計(jì)算，必須以填裝的氯化汞觸媒的完整使用周期為時(shí)間段。例如，氯化汞觸媒的使用壽命為9 000 h，則氯乙烯的產(chǎn)量也為該時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量。因此，考察單臺(tái)轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒的消耗時(shí)，盡量在該轉(zhuǎn)化器進(jìn)口安裝流量計(jì)，準(zhǔn)確計(jì)算混合氣流量，從而準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)氯化汞觸媒使用周期內(nèi)的氯乙烯產(chǎn)量。

單臺(tái)轉(zhuǎn)化器觸媒消耗的計(jì)算有利于電石法PVC生產(chǎn)企業(yè)考察對(duì)比不同氯化汞觸媒的性能，幫助企業(yè)選擇更適合其生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的氯化汞觸媒，從而進(jìn)一步降低氯化汞觸媒消耗。

3.2 整體生產(chǎn)裝置氯化汞觸媒消耗的計(jì)算

電石法PVC生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)具有轉(zhuǎn)化器數(shù)量多、不同轉(zhuǎn)化器填裝體積差異大、氯化汞觸媒的使用過程連續(xù)動(dòng)態(tài)化以及各種氯化汞觸媒使用壽命不相同的特點(diǎn)，若通過逐臺(tái)計(jì)算轉(zhuǎn)化器氯化汞觸媒消耗，從而計(jì)算整個(gè)生產(chǎn)裝置觸媒消耗的方法是不可行的。

要準(zhǔn)確計(jì)算整條生產(chǎn)線的觸媒消耗情況，需要選擇合適的時(shí)間段，并準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)該時(shí)間段內(nèi)的氯化汞觸媒使用量。由于多數(shù)合格氯化汞觸媒的使用壽命均在8 000 h以上，同時(shí)氯化汞觸媒的使用過程是連續(xù)動(dòng)態(tài)的，因此盡量選取接近氯化汞觸媒平均使用壽命的時(shí)間段為核查周期，建議按照1年為節(jié)點(diǎn)計(jì)算觸媒消耗；同時(shí)，避免以每年的氯化汞觸媒采購(gòu)量或填裝量代替氯化汞觸媒的年使用量核算氯化汞觸媒消耗情況。

企業(yè)每年的氯化汞觸媒使用量應(yīng)當(dāng)包括企業(yè)當(dāng)年的氯化汞觸媒采購(gòu)量、企業(yè)氯化汞觸媒庫(kù)存變化量以及生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)化器內(nèi)部已填裝但未使用的氯化汞觸媒的變化量3部分。

其中氯化汞觸媒庫(kù)存變化量為上年的庫(kù)存量與當(dāng)年的庫(kù)存量的差值。轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用氯化汞觸媒的變化量為上年未使用量與當(dāng)年未使用量的差值。通過所有轉(zhuǎn)化器內(nèi)填裝的觸媒量和生產(chǎn)裝置的開工率來計(jì)算轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用的氯化汞觸媒量，從而計(jì)算其差值。比如，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為10萬t/a的生產(chǎn)裝置，上年轉(zhuǎn)化器內(nèi)總計(jì)裝填100 t氯化汞觸媒，上年實(shí)際產(chǎn)量為8萬 t，則上年開工率為80%，上年轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用氯化汞觸媒為20 t；當(dāng)年實(shí)際產(chǎn)量為9萬t，則當(dāng)年開工率為90%，轉(zhuǎn)化器未使用氯化汞觸媒量為10 t。轉(zhuǎn)化器內(nèi)未使用氯化汞觸媒的變化量即為10 t。

按上述方法計(jì)算得到企業(yè)每年完整的氯化汞觸媒使用量后除以該企業(yè)當(dāng)年P(guān)VC的實(shí)際產(chǎn)量，即為該企業(yè)當(dāng)年單位產(chǎn)品氯化汞觸媒的使用量。

4 結(jié)論

PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒使用量的準(zhǔn)確核算是企業(yè)對(duì)標(biāo)清潔生產(chǎn)的依據(jù)，也體現(xiàn)了企業(yè)在汞消減工作上的水平，是行業(yè)或環(huán)境保護(hù)部門監(jiān)督電石法PVC環(huán)保工作的有效手段。建立準(zhǔn)確、有效的電石法PVC單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗核算方法至關(guān)重要。

建議詳細(xì)統(tǒng)計(jì)氯化汞觸媒的采購(gòu)與使用數(shù)據(jù)，按照每年氯化汞觸媒的使用量，包括當(dāng)年的氯化汞觸媒采購(gòu)量、氯化汞觸媒庫(kù)存變化量以及生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)化器內(nèi)部已填裝但未使用的氯化汞觸媒的變化量準(zhǔn)確核算單位產(chǎn)品氯化汞觸媒消耗數(shù)據(jù)。通過各企業(yè)之間的消耗數(shù)據(jù)對(duì)比尋找差別，并加強(qiáng)技術(shù)交流，共同推進(jìn)行業(yè)進(jìn)一步降低氯化汞觸媒消耗。