王立民，韓 強，張 超，張玲玲

（濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256600）

1 副產(chǎn)HCl凈化系統(tǒng)概述

三氯乙烯副產(chǎn)HCl如制成廢酸銷售，一方面附加值低，浪費資源；另一方面副產(chǎn)鹽酸市場過剩，環(huán)保形勢嚴峻，嚴重制約公司規(guī)劃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。濱化集團股份有限公司采用副產(chǎn)HCl制VCM，一方面解決了副產(chǎn)HCl出路問題，增強了企業(yè)的競爭能力；另一方面也提高了副產(chǎn)HCl的附加值，保證了公司內(nèi)部的氯平衡，使氯乙烯產(chǎn)業(yè)和三氯乙烯產(chǎn)業(yè)配套發(fā)展，符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式。

1.1 副產(chǎn)HCl凈化工藝流程

三氯乙烯裝置副產(chǎn)HCl氣體在一定溫度和壓力下進入該裝置界區(qū)，首先經(jīng)過HCl管道進入壓縮機升壓，經(jīng)冷卻器冷卻，氣液分離器除掉游離的三氯乙烯之后進入凈化塔。在凈化塔中，三氯乙烯等氯代烴被吸附脫除，未被吸附的HCl、N2等作為凈化氣從凈化塔出口排出，經(jīng)凈化氣罐緩沖后送出界區(qū)回收利用；凈化塔吸附的三氯乙烯等氯代烴組分至一定程度后，停止輸入原料氣，通過逆向降壓和抽空解析方式，將吸附在凈化塔中的氯代烴脫附解析出來，得到解析氣，同時凈化塔得到再生。解析氣也稱為回收氣，主要成分包含C2HCl3、HCl及少量C2Cl4、C2H2Cl2、N2等，通過緩沖罐及調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓后，輸出至生產(chǎn)工序回收利用。冷卻下來的三氯乙烯回收至殘液罐，液位達到一定時利用輸送泵外送三氯乙烯車間。

1.2 副產(chǎn)HCl主要設備及運行情況

（1）HCl壓縮機。HCl壓縮機B，型號為MW-22/11，受環(huán)境溫度及進氣壓力的影響，HCl壓縮機B各級排氣溫度、壓力略有升高，但均在可控范圍內(nèi)波動，各項指標基本正常。

（2）真空泵。運行真空泵3臺，型號為VKT-24LL，抽空模式為輔助抽空+分組抽空，真空度為-88 kPa左右，凈化塔能夠達到抽空解析的效果。

（3）壓縮機、真空泵及裝置區(qū)各換熱設備。循環(huán)水回水均為無壓排放，在線監(jiān)測pH值，各換熱設備運行情況良好，其他靜止設備運行正常。

（4）7臺吸附塔運行。工藝流程為7-2-3&PP/VP工藝，即7個吸附塔任意時刻有2塔進料3次均壓帶順放抽空及沖洗解析工藝，每個吸附塔在一次循環(huán)中需要經(jīng)歷吸附（A）、順向放壓（PP）、壓力均衡 1降（E1D）、壓力均衡 2降（E2D）、壓力均衡 3降（E3D）、逆向放壓（D）、抽空及抽空沖洗（V&VP）、壓力均衡3升（E3R）、壓力均衡2升（E2R）、壓力均衡1升（E1R）及最終升壓（FR）等11個步驟。當某一臺吸附塔上的程控閥因外部元件故障（主要指電磁閥、功率放大器及控制線路故障等）導致程控閥不能正常開關時，可切除故障所在的吸附塔而運行6-2-3&PP/VP工藝，即6個吸附塔，每時刻總有2塔進料3次均壓抽空及沖洗解析工藝。運行6-2-3&PP/VP工藝時各步驟閥門的開關情況與7-2-3&PP/VP工藝相類似。

1.3 副產(chǎn)HCl控制系統(tǒng)

該裝置選用先進的現(xiàn)場儀表配合先進的控制系統(tǒng)完成過程檢測和控制任務。整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫，可非常方便地通過網(wǎng)絡來監(jiān)視、控制當前的生產(chǎn)過程并采集歷史數(shù)據(jù)。

控制系統(tǒng)完成的主要功能有：工藝過程的回路控制；相關的順序控制；用戶流程圖畫面，可動態(tài)顯示各工藝過程的流程及測量、參數(shù)、報警、閥門的開關狀態(tài)；各種報警聯(lián)鎖控制；在減輕操作人員工作的同時，DCS實時數(shù)據(jù)在電腦界面一目了然，異常情況可隨時發(fā)現(xiàn)。

2 運行數(shù)據(jù)分析

因開車初期變壓吸附程控系統(tǒng)調(diào)試，摸索運行周期，凈化氣中三氯乙烯含量波動較大。運行期間變壓吸附裝置初始運行壓力0.2 MPa，之后慢慢提升至0.35 MPa左右，此時凈化氣中含三氯乙烯指標波動較大；待慢慢將吸附壓力調(diào)節(jié)至0.40～0.45 MPa，凈化氣中含TCE含量逐漸波動下降。為進一步增強吸附效果，保證凈化氣輸出合格，慢慢提升凈化塔吸附壓力，最終將吸附壓力調(diào)節(jié)至0.50 MPa，此時凈化氣輸出三氯乙烯含量已基本穩(wěn)定在50×10-6以下，此時通過慢慢調(diào)整吸附周期，變壓吸附調(diào)整基本穩(wěn)定，運行周期緩慢增加，凈化氣中三氯乙烯含量趨于穩(wěn)定，檢測值均為痕量。通過對裝置運行穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，自系統(tǒng)運行正常開始對原料氣、凈化氣、冷凝前解析氣、冷凝后解析氣數(shù)據(jù)進行分析，各物料組分含量平均值見表1。

表1 各組分含量平均值%

通過表1可以看出，凈化氣輸出指標合格，但純度略有下降，主要考慮為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動設備及程控閥填料保護氣微漏造成凈化氣中帶有部分氮氣。對比裝置數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后的解析氣與原料氣中三氯乙烯含量，解析氣中平均三氯乙烯濃縮量僅為原料氣的1.65倍，可以判斷當前裝置的解析氣量偏大，吸附劑對于HCl氣體的吸附能力較強。

（1）含氫檢測分析。凈化裝置在初始接收HCl氣體時，檢測解析氣中含氫偏高，經(jīng)過對各換熱設備檢查確認無泄漏后，并跟蹤化驗檢測裝置各點氫氣含量呈下降趨勢，確定為系統(tǒng)內(nèi)殘存水分所致，運行48 h后裝置各點含氫已基本穩(wěn)定。裝置停運后，對原料氣、凈化氣、解析氣管道等進行了測厚，管道基本無腐蝕，測厚結果合格。

（2）含水檢測分析。本次HCl凈化裝置運行，累計對原料氣含水檢測8次，平均含水值為72.44×10-6；解析氣含水檢測3次，其中冷凝前檢測1次，含水值為207×10-6；冷凝后檢測2次，平均含水值為224.5×10-6。冷凝后解析氣溫度約為-11℃，200×10-6左右的水分在此溫度下不能通過冷凝方法除去。解析氣中含水值較原料氣約濃縮3倍，不符合實際解析氣量約為原料氣的50%左右，可能由于吸附劑對不同組分（HCl、TCE、H2O）吸附能力不同的原因造成，抽空過程中各組分的解析能力亦存在差異。由于HCl中含水形成鹽酸對露點儀損害較大，含水檢測數(shù)據(jù)相對較少。

（3）三氯乙烯檢測分析。冷凝前后三氯乙烯含量差值為0.7%，根據(jù)解析氣量計算，共計冷凝三氯乙烯量為8 908.3 kg；實際根據(jù)殘液罐液位變化計量值約為10 584 kg（液位計量，偏差可能較大）。冷凝下來的三氯乙烯無色透明，符合回收利用價值，三氯乙烯組分見表2。

（4）冷凝的三氯乙烯組分。HCl凈化裝置共計運行289.5 h，通過對轉(zhuǎn)化裝置外賣酸量及氯乙烯裝置單體產(chǎn)出計量計算得，本次HCl凈化裝置試車，共計輸出凈化氣132536.58Nm3，平均流量約為502Nm3/h，累計接受TCE車間HCl氣體約為316 864.72 Nm3（較流量計累計示數(shù)偏?。?，平均流量約為1100Nm3/h，凈化氣輸出量比例約為45.6%，轉(zhuǎn)化裝置配套接收乙炔氣64 565.68 Nm3（計算值），后續(xù)氯乙烯裝置共計產(chǎn)出合格單體178.3 t。

表2 三氯乙烯組分表

3 運行過程存在的問題及處理措施

3.1 程控閥KV102B故障

事件經(jīng)過：在某次吸附周期結束后未能正常關閉，導致凈化塔B在接下來的均壓、逆放過程中，使凈化氣串入解析氣系統(tǒng)，造成解析氣系統(tǒng)壓力升高，解析氣罐出口壓力高限聯(lián)鎖閥門打開，解析氣泄壓至壓縮機前，進而造成HCl壓縮機機前壓力升高，來自TCE車間HCl總管壓力波動，凈化氣罐失壓，凈化氣輸出量波動，對后續(xù)生產(chǎn)造成影響。

處理措施：（1）發(fā)現(xiàn)變壓吸附裝置無法正常關閉后，變壓吸附裝置投“暫?！睜顟B(tài)，現(xiàn)場手動將程控閥門關閉；（2）此時凈化氣罐壓力偏低，凈化氣輸出量減小，轉(zhuǎn)化裝置停乙炔，后續(xù)裝置微通氮氣保壓；（3）凈化裝置吸附壓力穩(wěn)定后，將B塔切除，變壓吸附改為6塔運行模式；（4）進轉(zhuǎn)化裝置HCl切至跨接管線至水堿洗吸收，對6塔運行周期進行調(diào)整，2 h后檢測凈化氣指標合格，后續(xù)裝置正常運行。

3.2 凈化氣罐壓力超高

事件經(jīng)過：由于試運行期間進出氣量不穩(wěn)，造成凈化氣罐壓力偏高，進而導致HCl壓縮機出口憋壓，出口壓力高限程控閥門打開，放空至壓縮機前，造成壓縮機前壓力瞬間升高，DCS內(nèi)操及時開大混合脫水HCl流量調(diào)節(jié)閥，增大凈化氣的輸出，并未造成其他影響。

處理措施：及時調(diào)整凈化氣罐壓力，保持凈化氣罐壓力在可控范圍內(nèi)波動，根據(jù)凈化氣罐的壓力波動趨勢，提前預判，通過混合脫水HCl流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)凈化氣的輸出量。

3.3 壓縮機氣缸、氣相冷卻器泄漏

事件經(jīng)過：壓縮機氣缸及冷卻器在使用過程中，多次出現(xiàn)過泄漏，先后導致循環(huán)水隨氣相進入吸附塔、循環(huán)水系統(tǒng)中串入氯化氫。（1）前期壓縮機使用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，工作壓力0.35 MPa，在使用過程中冷卻器發(fā)生泄漏，循環(huán)水進入下一級氣缸隨氣相進入吸附塔，巡檢人員及時發(fā)現(xiàn)；（2）壓縮機原氣缸、冷卻器為不銹鋼材質(zhì)，在使用過程中多次出現(xiàn)氣缸、冷卻器泄漏。

處理措施：（1）將循環(huán)水改為無壓水，回收后打回循環(huán)水系統(tǒng)；（2）將二、三級氣缸改造為鑄鐵氣缸，氣缸部件做相應的QPQ防腐處理；（3）冷卻器全部由不銹鋼材質(zhì)更換為鑄鐵材質(zhì)。

4 運行優(yōu)化建議

4.1 程控閥填料漏氣問題

現(xiàn)狀：當前程控閥調(diào)料為四氟密封環(huán)填料，并且填料支撐環(huán)內(nèi)部為橡膠O型圈密封，程控閥門動作頻繁，長期使用可能造成O型圈及四氟填料的磨損，導致填料漏氣。因裝置部分程控閥內(nèi)介質(zhì)壓力遠高于氮氣保護氣的壓力，故長期使用情況下可能造成HCl氣體泄漏串入程控閥氣缸內(nèi)，造成氣缸壁或活塞密封圈損壞，導致程控閥門無法正常開關，可能造成高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)之間相互串氣，損壞設備、管線，長周期運行存在安全隱患。

整改建議：（1）將閥門填料密封改為波紋管形式，波紋管密封形式對介質(zhì)的密封性較強，波紋管材質(zhì)選型合適時可實現(xiàn)程控閥長周期運行；（2）程控閥閥桿處填料密封可采用兩段式填料密封，中間增加短隔腔，采用高壓、低壓兩段氮氣進行密封，并將密封填料材質(zhì)改進，如耐磨性較強的填充聚四氟乙烯。

4.2 程控閥內(nèi)部結垢問題

現(xiàn)狀：根據(jù)幾次試車及檢查、檢修情況，當前程控閥存在腐蝕結垢的問題，主要為閥體、閥芯密封面處，需定期進行清理，保證程控閥的密封性，密封性不好的情況下可能導致系統(tǒng)真空度抽不下來，影響解析效果，長期運行影響凈化氣輸出。

整改建議：當前并無太好的解決辦法，通過對后續(xù)裝置的檢查維修看，多數(shù)閥門都存在長期開車關閉不嚴的情況，只有在系統(tǒng)長期運行中，根據(jù)運行含水數(shù)據(jù)進行分析；若含水數(shù)據(jù)相對較穩(wěn)定的情況下，慢慢摸索清理頻次，并對各閥門清理做好臺賬，重點檢查并清理腐蝕性較嚴重、結垢較多的閥門。

4.3 真空泵運行電流偏大

現(xiàn)狀：正常情況下電機保護電流一般為額定電流的1.08～1.10，根據(jù)真空泵廠家要求，當前真空泵設置的保護電流約為額定電流的1.3倍；但在此狀態(tài)下運行容易對電機造成損壞；當前真空泵運行進口閥門已經(jīng)限流，若進口開度較大，抽空初期氣量較大的情況下，容易造成真空泵電機過載跳停；且當前裝置負荷較低，裝置提量滿負荷運行時，解析氣量還會加大，真空泵可能長期電流超負荷無法運行。

整改建議：對于抽前期的氣量較大，負荷較大的真空泵，可考慮將真空泵配套電機由37 kW更換為45 kW。

4.4 真空泵排氣溫度偏高

現(xiàn)狀：裝置試運真空泵出口排氣溫度為130～150℃，偏高時可超過150℃，與真空泵廠家技術協(xié)議中要求的排氣溫度低于100℃；根據(jù)對相關往復式壓縮機制造規(guī)范的排氣溫度查看，一般活塞式壓縮機排氣溫度在130℃以下較為正常。

整改建議：增加一路5℃水系統(tǒng)，夏季采用5℃水對真空泵進行氣缸夾套進行冷卻。

4.5 凈化裝置處理能力

現(xiàn)狀：凈化氣輸出量偏小，解析氣量偏大。解析氣不返回壓縮機前，造成凈化氣輸出比例偏??；裝置運行效率較低。若解析氣返回壓縮機前含水值偏高，可能造成壓縮機的腐蝕；若解析氣量波動較大，且壓縮機抽量有限，解析氣量的波動可能造成壓縮機前壓力波動，進口壓力回流調(diào)節(jié)閥頻繁大幅度開關。

整改建議：（1）對裝置運行數(shù)據(jù)慢慢進行優(yōu)化，慢慢增大吸附周期，降低解析氣的輸出量（調(diào)節(jié)空間已經(jīng)不是很大）；（2）根據(jù)調(diào)整數(shù)據(jù)，增加新HCl壓縮機，保證壓縮機抽量滿足最大原料氣及最大解析氣負荷。

4.6 壓縮機震動大

現(xiàn)狀：此裝置使用的是MW-22/11型壓縮機，在運行過程中由于3氣缸的不平衡性，壓縮機連接管件和基座震動特別大，導致基礎周邊出現(xiàn)大量裂縫。

整改建議：將3氣缸壓縮機更換為二氣缸壓縮機，并在壓縮機進出口增加膨脹節(jié)，或更換平穩(wěn)性更好的壓縮機。

5 總結

此工藝與使用合成HCl相比較，HCl純度高，不含游離氯，含水率〈300×10-6，對轉(zhuǎn)化器、觸媒影響小，與乙炔反應效率更高，堿洗后氯乙烯含量〉96%，乙炔〈0.5%，含氫〈0.1%，高低沸物等含量少，對后續(xù)精餾裝置生產(chǎn)負擔小，尾氣排放指標合格，變壓吸附裝置無需運行，且對車間整體冷量需求減少，符合公司發(fā)展新型化工、綠色化工、循環(huán)經(jīng)濟的總體方向。合理利用現(xiàn)有及新建裝置是延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，實現(xiàn)經(jīng)濟結構調(diào)整，資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子，可實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

副產(chǎn)HCl凈化裝置，對試車過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時改正，不斷積累經(jīng)驗，不斷優(yōu)化生產(chǎn)中的配套工藝、設備及控制系統(tǒng)，有針對性的進行了工藝控制改進，為后續(xù)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)提供合格、穩(wěn)定的物料。