氯乙烯精馏尾气吸附过程分析

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【分析与测试】氯乙烯精馏尾气吸附过程分析Ξ

张英民,张泉,郎需霞,刘士龙(青岛海晶化工集团有限公司,山东青岛266042)

[关键词]氯乙烯;精馏;尾气;吸附;分析[摘　要]阐述了活性炭吸附氯乙烯的基本原理,叙述了“常压吸附、正压解吸”的技术特点,对吸附器进行主要的物料衡算和能量衡算,又针对装置运行的状况总结经验,提出该装置有待完善之处。[中图分类号]TQ325.3;TQ014　[文献标识码]B　[文章编号]1009-7937(2001)03-0056-04

AnalysisontheadsorptionoftailgasfromtherectificationofvinylchlorideZHANGYing-min,ZHANGQuan,LANGXu-xia,LIUShi-long(QingdaoHaijingChemicalIndustryGroupCo.,Qingdao266042,China)

Keywords:vinylchloride;rectification;tailgas;adsorption;analysisAbstract:Thebasicprincipleofvinylchlorideadsorptionwithactivedcarbonisdiscussed.Characteristicsofatmosphericadsorptionandpressuredesorptionaredescribed.Materialbalanceandenergybalancearemadefortheadsorber.Accordingtotheexperienceofrunningtheequip2ment,problemsneedingtobeimprovedarepointedout.

前言国内电石法生产聚氯乙烯树脂的厂家中,在氯乙烯精馏工艺上普遍采用低、高沸塔精馏的分离方法。在低沸塔系统中,系统将不凝气体(如H2、N2、O2、C2H2等)从塔顶排出,一是为了保证

氯乙烯中间产品的质量,二是防止整个系统中不凝气体的积累。排空尾气中夹带的氯乙烯含量约在8%～12%,既加大生产成本又严重污染环境。长期以来,各厂家一直在努力解决这一问题。有的厂家采取单纯增加冷凝器面积、加大冷冻盐水流量的办法,而这种方法随单体在尾气中含量的降低而效果甚微。经验告诉我们,当单体在尾气含量低于6%时,由于尾气侧的对流给热系数急剧下降,很难再将单体冷凝下来。所以,应考虑采用其它的单元操作来解决这一问题。1　活性炭吸附氯乙烯单体的基本原理活性炭吸附法利用氯乙烯单体在活性炭上吸附的高选择性这一原理来制定工艺的,活性炭是

多孔型的固体,比表面积可达1000m

/g,对于精

馏尾气中氯乙烯及氢气、乙炔、氮气等不凝气体,

活性炭对各物质吸附能力随沸点升高而加大,其中氯乙烯先被吸附,而乙炔次之,因此活性炭首先吸附的是氯乙烯单体,氯乙烯气体在活性炭表面上相互作用力是利用分子间的范德华力,是典型的物理吸附。根据上述原理,我们在精馏系统中设计了一套尾气吸附装置,活性炭吸附工艺流程示意图见图1。从低沸塔尾冷中出来的尾气约含氢气70%～80%、氯乙烯单体8%～12%、乙炔5%～10%及少量其它气体,经调压阀,从吸附器的顶部进入,

尾气中氯乙烯气体被吸附,大部分乙炔和其它不凝性气体不被吸附,而由吸附器底部排出;吸附达到饱和后,进行解吸,蒸汽自吸附器底部通入,解吸出的氯乙烯经水封回收至气柜,解吸完成后,经过滤的清净空气用鼓风机送至散热器,空气经加

No.3May,2001 聚氯乙烯PolyvinylChloride 第3期2001年5月

Ξ[收稿日期]2001-02-15 [改稿日期]2001-03-22热自吸附器上部进入下部排出,待活性炭干燥后,再向吸附器内通入冷空气,使活性炭降温,最后用氮气置换活性炭中的空气,含氧达到规定值后备用。实际操作中,两台吸附器交替使用。图1　活性炭吸附工艺流程图2　工艺技术特点传统吸附设备采用列管式结构,由于温度变化,管板受力不好,列管易破裂,导致装置无法运行;而吸附器内采用盘管式结构,大大延长了装置的运行周期。采用真空解吸法,易造成系统含氧过高而引发事故。系统采用正压解吸,消除了安全隐患,通入蒸汽直接解吸;将氯乙烯单体送入气柜;由于活性炭吸附氯乙烯具有高选择性,解吸氯乙烯纯度高,送入气柜的氯乙烯纯度可达96%。3　吸附器主要工艺计算吸附器物料衡算及热量衡算流程图见图2。图2　吸附器物料及热量衡算流程图按产能3万t/aPVC计,对尾气吸附器作物料衡算。1tPVC按耗电石1.5t计,电石发气量按300m3/t计,装置的运行时间每年按8000h计,乙炔流量为:GC2H2=30000×1.5×300/8000=1687.5(m3/h);氯化氢流量(配比1.1∶1)为:GHCl=1687.5×1.1=1856.25(m3/h);氯化氢纯度按92%计,则其它气体为:GD=1856.25×(1-92%)/92%=161.4(m3/h);未反应氯化氢被水碱洗系统去除,未反应乙炔按0.6%计,则未反应乙炔量为:

WC2H2

=1687.5×0.6%=10.125(m3/h);

生成的氯乙烯为:

GVC=1687.5×(1-0.6%)=

1677.375(m3/h);不凝尾气量为:

GB=161.4+10.13=171.53(m3/h);

设尾气中含单体22%,尾气流量约为:

GW=171.531-22%=219.9(m3/h);

夹带单体量为:

WVC=219.9×22%=48.38(m3/h);

其中氢气在尾气中约占60%,则WH为:

WH=161.4×60%=96.84(m3/h);

氮气约占38%,则WN为:

WN=161.4×38%=61.33(m3/h);

其它气体为约占2%,则WD为:

WD=161.4-96.84-61.33=

3.23(m3/h)。

二次尾排中,单体的平均含量在0.5%,则吸附的单体量为:

WX=48.38×22%-0.5%22%=

47.28(m3/h);二次尾排的尾气量为:

GF=219.9-47.28=172.6(m3/h);

空塔速率为:

UK=219.9/(4/π)/3600/1.62=

0.0303(m/s)。

根据吸附温度为40℃,吸附压力为常压,空塔速率0.0303m/s,查相关的氯乙烯吸附曲线得单位质量活性炭吸附氯乙烯单体量为G=55

mL/g。吸附器中装3t活性炭,则每台吸附器的吸附周期为T=(55×3)/47.28=3.49(h)。吸附器在干燥降温后,用氮气置换,吸附器的温度为30～40℃,吸附过程中吸附温度维持在40℃以下,一旦床层温度下降,说明已达到吸附周期,所以,根据实际操作情况忽略热损失,以0℃为基准,则吸附器中的热量平衡为:75

2001年第3期No.3,2001 张英民等:氯乙烯精馏尾气吸附过程分析

分析与测试H积=H出+H放-H进-Q盐水,

其中,H积为吸附器内热量积累;H出为出吸附器气体的焓值;H进为进吸附器气体的焓值;

H放

为氯乙烯吸附在活性炭上的吸附放热量;

Q盐水

为冷冻盐水所带走的热量。

不凝气体主要为氮气、乙炔、氢气,则H进=WVCCpVCΔt+WCHCpCHΔt+WHCpH

Δt+WNCpNΔt=0.205×48.38×

62.5×(-13)/22.4+0.402×10.13×6×(-13)/22.4+161.4×60%×2

×3.408×(-13)/22.4+161.4×38%×28×0.25×(-13)/22.4=-1053.4(kcal/h)=-4410.4(kJ/h);

H出=W′VCCpVCΔT+WCHCpCH

ΔT+

WHCpHΔT+WNCpN

ΔT=0.205×

(48.38-47.28)×62.5×

40/22.4+

0.402×10.13×26×40/22.4+161.4×60%×2×3.408×40/22.4+161.4×38%×28×0.25×40/22.4=2159.56(kcal/h)=9041.6(kJ/h);H放=ΔHWX=80×48.38×62.5/22.4=

3743.3(kcal/h)=15672.4(kJ/h)。

其中,Cp为恒压比热容;Δt、ΔT分别为尾气

进出吸附器的温度与基准温度之差;ΔH为氯乙烯在活性炭上吸附热;W′VC为未被吸附的氯乙烯流量。若吸附器内热量积累为0,则:

H出+H放-H进-Q盐水=0;Q盐水=H出+H放-H进=10799.1-1053.4

-2159.56=7586.1(kcal/h)=31761.5(kJ/h)。

若按冷冻盐水进出口温差为1℃,冷冻盐水比热容取2.72kJ/(kg・℃),则需冷冻盐水量为:

W盐水=Q盐水/(CP

Δt)

=31761.5/2.72×1=

11670.9(kg/h)。

吸附器物料衡算及热量衡算结果如表1所示。表1　吸附器尾气流量及焓值温度℃压力kPa尾气组成/(%)氯乙烯乙炔氢气氮气其他流量m3/h焓值kJ/h

一次尾气-13常压224.644.027.91.5219.9-4410.4

二次尾气40常压0.55.956.135.51.9172.69041.6

吸附器积累40常压47.2845213.7

盐水-20311.67t/h31761.5

4　装置运行状况氯乙烯尾气吸附装置自2000年5月在我公司聚氯乙烯分厂投入运行以来,状况良好,发挥了很好的作用。表2为氯乙烯吸附装置生产PVC

运行情况。表2　氯乙烯吸附装置生产PVC运行数据

时间吸附器压力MPa吸附器温度上部下部解吸时间h吸附前尾气中VCM含量/%吸附后尾气中VCM含量/%备注12-0118:25切换吸附器19:000.01618.515.321.360.03A吸附B解吸19:1041.214.619:300.01853.715.120:000.02121.721.220:300.01636.321.421:0021.20.03B吹干21:300.010232122:0026.40.0322:300.0041721B吹冷风23:0019.80.623:300.012142424:0022.20.8

24:300.01012-021:00211.561:300.0156511.902:000.01321.610.8开始切换平均值0.013526.222.94.021.911.88A解吸B吸附12-022:000.013

分析与测试聚氯乙烯PolyvinylChloride 2001年第3期No.3,2001

氯乙烯精馏尾气变压吸附装置在运行中存在的问题及解决措施

氯乙烯精馏尾气变压吸附装置在运行中存在的问题及解决措施张国辉;祁小兵;崔二梅【期刊名称】《聚氯乙烯》【年(卷),期】2012(040)009【摘要】阐述了变压吸附氯乙烯精馏尾气装置运行中存在的问题——变化吸附装置在运行1年后出现产品气夹带白色粉末现象。

经过试验摸索，采用增加水吸收塔，用-35℃盐水冷却的方案，使问题得到彻底解决，改造后运行效果稳定，并取得了一定的经济效益和环保效益。

%Problems existing in operation of pressure swing adsorption unit for vinyl chloride rectif- ying tail gas, i.e. product gas entraining white powder after it ran for one year, were introduced. Through conducting experiments, it was found that adding a water absorption tower and adopting -35 ℃ cooling brin e could solve the problems completely. After improvements were made, the operation was steady and could achieve some economic effects and environmental effects.【总页数】2页(P44-45)【作者】张国辉;祁小兵;崔二梅【作者单位】昊华宇航化工有限责任公司,河南焦作454002;昊华宇航化工有限责任公司,河南焦作454002;昊华宇航化工有限责任公司,河南焦作454002【正文语种】中文【中图分类】TQ325.3;TQ783.1【相关文献】1.氯乙烯精馏尾气变压吸附装置及氢气提纯回用装置技术改造 [J], 石玉英2.采用变压吸附法回收氯乙烯精馏尾气中的氯乙烯和乙炔 [J], 黄欢3.变压吸附回收氯乙烯精馏尾气中的氯乙烯和乙炔 [J], 蒋燚;刘超亮;易超4.氯乙烯精馏尾气分离变压吸附装置的改进 [J], 李明5.PLC系统在氯乙烯精馏尾气变压吸附装置中的应用及维护 [J], 张莉;綦雁东;夏红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

聚氯乙烯生产装置加压精馏尾气处理系统优化与改进

聚氯乙烯生产装置加压精馏尾气处理系统优化与改进当前，聚氯乙烯生产中，加压精馏是一种常用的分离技术，但在加压精馏过程中产生的尾气含有大量的氢气、氯气、甲烷等危险气体，若不加处理直接排放到大气中会对环境造成严重污染和安全风险，因此尾气处理系统的优化与改进是当前聚氯乙烯生产的重要问题之一。

在聚氯乙烯生产装置加压精馏尾气处理系统中，常用的处理方式包括吸收、氧化、焚烧等。

但吸收法要求吸收剂选择正确，容易受到CO2的影响而效果下降，同时吸收后的废液排放会对水环境造成影响。

氧化法处理尾气需要有氧气配合，同时对设备的要求较高，易出现爆炸的危险。

焚烧处理方案需要用大量的燃料将尾气燃烧掉，相对来说成本和能源消耗较高，而且无法完全去除氯气等危险气体，因此不太适用于现阶段的尾气处理。

为了解决这些问题，应考虑从以下几个方面着手进行优化与改进：一、尾气收集与中和处理在聚氯乙烯生产装置加压精馏过程中，要对生产过程中产生的尾气进行收集，并实行中和处理，这样不仅可防止氢气等危险气體外泄，还可消除氯气等危险气體的危害。

常用的中和处理方式包括碱液中和、碱土吸附、催化氧化等，选择合适的中和方式能有效地去除危险气体，减少环境和人体对气体的污染和危害。

二、增加废气处理系统在现有的尾气处理系统基础上，增加废气处理系统，增加废气处理装置，以提高尾气污染物的处理效果。

废气处理装置可选用筒形燃烧器、洗涤塔等，同时还应考虑增加净化器的数量，以保证废气的处理效果。

三、减少能耗、降低成本尾气处理过程需要消耗一定的能源，特别是在焚烧处理中，需要用大量的燃料，因此要通过采用节能技术、优化工艺等手段降低能耗，减少成本。

常用的节能技术包括低温焚烧、高效过滤等。

四、应用新型处理技术现有的尾气处理技术存在种种难以克服的缺陷，如工艺成熟稳定，但处理效果又无法达到环保要求，因此应考虑引入新型技术实现技术革新。

如采用相变吸收、冷凝法、吸附脱附技术、高压等离子体技术等新型技术均能有效地解决尾气处理的问题。

变压吸附氯乙烯精馏尾气工艺改进

化而呈现差异的特性实现气体分离的工艺。吸附剂
在加压时选择吸附原料气中的氯乙烯和乙炔等吸附能力较强的组分，ＰＡ一１一段）压时优先选择如Ｓ（加吸附原料气中的氯乙烯；ＳＰＡ一２－段）（．－加压时选择
Ｋｅｒ：ｖｉｌｃｏｉｙｗｏｄｓｎｙｈｌｒｄｅ；ｒｃｉｉａｉｎｔｉａ；ｐｅｓｒｗｉｄｏｒｔｏｅｔｆｃｔｏａｌｇｓｒｓｕｅｓｎｇａｓｐｉｎ；ｐｒｃｓｅｏｍａｏｅｓｒｆｒ－
ＬＩａｈＮＴｏａｉ
（ａｎｎｅｃｌｎｕｔ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ．ｔ．ＴｉｅｇＣｈｍｉｄｓｒＣｏ，Ｌｄ，ＸｉｉｇＴｉｙＧｒｕ）Ｃ．ｔ，ｈｈｚ８２０，ｉａｎａＩｙｎａａｅ（ｏｐｏ，Ｌｄ，Ｓｉｅｉ３００Ｃｈｎ）ｊｎｎ
一
般采用变温吸附等工艺来处理尾气，由于工艺的
局限性，乙炔、乙烯和氢气不能全部回收利用，氯大
部分从系统中排放出去，造成环境污染和能源浪费。
新疆天业（团）限公司始终坚持项目建设时集有把节能减排放在突出的位置，２从０万ｔａＶＣ装置／Ｐ
装置（能化工有限公司）天建设时，据第１４根期０万ｔａＰ／ＶＣ装置变压吸附工艺运行情况，针对运行过程中出现的问题进行了改进，用了新的分路回收采变压吸附工艺处理精馏尾气，现对改进后的工艺进

氯乙烯工序操作规1

氯乙烯工序操作规程氯乙烯合成工作任务及生产原理一、工作任务本工序主要任务是利用乙炔工序送来的精制乙炔气体及盐酸工序送来的氯化氢气体，在转化器内通过氯化高汞触媒作用下，生成粗氯乙烯气体，经压缩和精馏得到精制的单体，输送至下一工序做为原料。

二、生产原理1、混合气脱水利用氯化氢吸湿性质，预先吸收乙炔气中的部分水，生成40％左右的盐酸，降低混合气中的水分；利用冷冻方法使混合气体中残留水分冷却，进一步降低混合气中的水分；利用盐酸冰点低，将混合气体深冷，以降低混合气体中水蒸汽分压来降低气相中水含量。

在混合气冷冻脱水过程中，冷凝的40％盐酸，除少量是以液膜状自石墨冷却器列管内壁流出外，大部分呈极细微的“酸雾”悬浮于混合气流中，形成“气溶胶”，采用浸渍3～5％憎水性有机硅树脂的5～10μm细玻璃纤维，发现“气溶胶”与垂直的玻璃纤维相碰撞后，大部分雾粒被截留，在借重力向下流动的过程中液滴逐渐增大，最后滴落下来并排出。

2、氯乙烯合成一定纯度的乙炔气体和氯化氢气体按照1：1.05～1.1的比例混合后，在氯化高汞触媒的作用下，在100～180℃温度下反应生成氯乙烯。

反应方程式如下：C2H2+ HCl →C2H3Cl ＋29.8 Kcal/mol3、粗氯乙烯的净化利用适当的液体吸收剂处理气体混合物，利用气体在吸收剂中溶解度的差异，使后者分离。

反应后的粗氯乙烯气体经水洗、碱洗至中性，反应方程式如下：CO2+ 2 NaOH →Na2CO3+ H2ONa2CO3+ CO2+ H2O → 2 NaHCO2HCl + NaOH →NaCl + H2O4、酸解析、尾气吸附原理在后面各自的操作规程中，在此不再累述。

5、氯乙烯压缩精馏中性氯乙烯气体经机前冷却器脱水后，通过压缩机压缩升压至0.55MPa左右，经机后冷却器降温至45℃除去部分油水后，在全凝器内全部冷凝成过冷液体后，先送入水分离器,再送入低沸塔除去低沸物，再送进高沸塔除去高沸物，得到精制的液态氯乙烯单体。

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