摘要：文章介绍了氯乙烯尾气回收变压吸附的工艺过程及原理，陕西金泰氯碱化工有限公司通过对现有变压吸附装置进行工艺系统改造及系统吸附周期的调整，实现处理后的废气达到国家排放标准，在保护环境的同时节能降耗，增加企业效益。
关键词：氯乙烯合成；尾气回收；变压吸附；VOCS治理；节能降耗
[keywords]：vinyl chloride synthesis，tail gas recovery，pressure swing adsorption，VOCS treatment，energy saving and consumption reduction.
[Abstract]：This paper introduces the process and principle of pressure swing adsorption for vinyl chloride tail gas recovery.Shaanxi Jintai Chlor-Alkali Chemical Co.，Ltd.realizes that the treated waste gas meets the national emission standard（the content of volatile organic gas is less than 50mg/m）by reforming the process system and adjusting the adsorption cycle of the existing pressure swing adsorption device.It saves energy and reduces consumption while protecting the environment.Increase enterprise benefit.
一、研究背景及意义
电石法生产聚氯乙烯，在氯乙烯精馏过程中由于原料气不纯及部分未反应的乙炔气存在等原因，使得氯乙烯在加压精馏过程中有不凝气连续从系统中排出，排出的出气中主要成分有乙炔、氯乙烯，氢气，氮气及少量的其他气体。
随着电石法生产聚氯乙烯技术不断进步，使得各项生产消耗、污染物排放不断降低，2018年7月实施的烧碱、聚氯乙烯工业污染排放标准（GB15581-2016）中明确要求挥发性有机气体排放含量≤50mg/m³。在目前看来，制约电石法聚氯乙烯行业发展最大的问题就是节能、降耗、减排，从而实现清洁生产，降低污染物排放。综上所述，合成尾气回收装置改造的目的有以下两点：
（1）回收尾气中氯乙烯、乙炔、氢气，达到变废为宝，从而降低聚氯乙烯生产过程中的电石单耗。
（2）降低尾气回收装置二次尾排中乙炔、VCM含量，降低环境污染，达到国家行业排放标准。
二、变压吸附原理及在氯乙烯尾气回收装置中应用
氯乙烯尾气回收先后出现活性炭吸附法、膜分离法、变温变压吸附法、变压吸附法等多种尾气回收工艺技术，对比上述四种吸附工艺技术，变压吸附技术有明显优势，主要表现在以下几个方面：
（1）装置自动化程度高，操作便捷，实现全自动操作。
（2）吸附剂使用周期较长，一般使用周期在7-8年。
（3）能耗低，装置可靠性较高。
（4）产品纯度高，氯乙烯、乙炔、氢气纯度能够99.9%以上。
变压吸附原理：变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下吸附量增加（吸附组份）、减压下吸附量减小（解吸组份）的特性。将原料气在压力下通过吸附剂床层，高沸点杂质组份被选择性吸附，低沸点组份不易吸附而通过吸附剂床层，达到产品气和杂质组份的分离。然后在减压下解吸被吸附的杂质组份使吸附剂获得再生，以利于下一次再次进行吸附分离杂质。这种高压力下吸附杂质提纯气体、减压下解吸杂质使吸附剂再生的循环便是变压吸附过程。
三、金泰氯碱变压吸附装置介绍及存在问题
金泰氯碱现有VCM尾气吸附装置是2014年2月投产运行，主要处理一、二期精馏尾气，设计处理能力1700Nm³/h，装置操作弹性为125%，即最大处理能力可达到2125Nm³/h。装置主要分为100#单元和200#单元，可完全处理精馏尾排气。
100#单元选用的分子筛作用主要回收大部分的氮气、乙炔、氯乙烯，回收后回用于生产装置。
200#单元选用的分子筛作用主要是吸附氮气、乙炔、氯乙烯，处理后的氢气回用于生产系统，解吸后的废气排放。
原运行值为：C2H2（以碳计）≤30 mg/m³，C2H3Cl≤100 mg/m³，乙炔满足国家新的排放标准，但是氯乙烯、乙炔含量超标，不符合国标GB15581-2016《烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准》的要求（非甲烷总烃（以碳计）≤50mg/m³）。
四、变压吸附系统改造工艺对比
1、原装置系统工艺介绍
原主要工艺流程：原料气在 0.55MPa，温度-8~-16℃左右进入本装置，首先经原料气加热器将原料气加热到 25～30℃，经流量计后进入由 5 个吸附塔组成的 PSA 净化装置。由入口端通入原料气，被吸附床层吸附回收的 VCM、C2H2 等有效组分通过解吸后充分回收，所得产品气经过解吸气缓冲罐缓冲后，经风机加压后送出界区外。由出口得到的净化气作为 PSA-H2 的原料气，所得产品氢气经过缓冲罐缓冲后输出。PSA-H2 采用 4 塔流程，解吸气去界外。工艺流程图如下：
图一
图二
2、改造后装置系统工艺介绍
改造后主要工艺流程，原料气流量为1700Nm³/h，压力为0.52~0.55MPa，温度为-16 ~ -8℃，原料气首先进入换热器加热，加热至约20~40℃后进入PSA净化装置，PSA净化装置由8个吸附塔及配套的设备组成。原料气从吸附塔底部进入，其中所含的C2H2和C2H3Cl被吸附在吸附剂上，净化气从吸附塔顶部排出。吸附剂吸附饱和后，进行抽空和抽空冲洗以充分再生吸附剂，获得富含C2H2和C2H3Cl的产品气，根据业主需要回收利用，冲洗气来自于PSA-H2装置顺放气。每个吸附塔依次经历吸附（A）、多次均压降（ED）、逆放（D）、抽空（V）、抽空冲洗（VP）、多次均压升（ER）、终充（FR）步序，各个吸附塔的步序相互错开，以实现整个装置的连续、稳定运行。
在原有PSA-1净化装置增加3台吸附塔，及相配套的吸附剂和程控阀，缩短分周期时间，同时，增加真空泵1台。PSA -H2装置保持不变。工艺流程图如下：
图三
图四
原装置原设计的操作弹性为30～125%，运行时间8000小时/年。改造后设计的的操作弹性为30～110%，运行时间8000小时/年。
通过对变压吸附100#单元原5塔运行改为8塔运行，彻底吸收乙炔气及氯乙烯，二次尾排治理效果如表1：
备注：
a、由于VCM污染物含量较低，处理前和处理后废气量基本不变，均为1000Nm³/h。
b、每年按8000小时运行时间计算。
c、VOCs浓度执行50mg/m³的排放标准。
五、尾气回收直接经济效益核算
其组份见表2：
工作压力：0.52～0.55Mpa
温度：-8～-16℃
流量：～1700Nm³/h
经济效益分析如下：
PVC产能按照年产30万吨计算，氯乙烯尾气排放平均流量约1500Nm³/h，其中氯乙烯含量约10%，乙炔含量按照7%，氢气含量按照68%计算，年正常生产工作日按照8000h计算。
（1）每年可回收氯乙烯：
G=v×γ×w×h =1500×2.4×10%×8000 =2880吨
其中：G为氯乙烯回收量，v为氯乙烯尾排量， γ为VCM的比重修
正值， w为氯乙烯含量，h为年工作日。
γ的计算方法如下：
γt=（γ0×T）/（T＋t）=（2.7×273）/（273+30）=2.4
式中γ0为标准状态下VCM的比重，T为热力学温度，t为尾气实际生产控制温度。如果每吨VCM的价格按0.46万元计算，则每年可回收VCM的价值为： 2880×0.46 =1324.8万元
（2）每年可回收乙炔：
G=v×w×h=1500×7%×8000 =840000m³
电石发气量按280m³/吨计，则每年可回收电石3000吨。
如果每吨电石的价格按0.3万元计算，则每年回收电石的价值为：
3000×0.3 =900万元.
（3）每年可回收氢气：
G=v×w×h=1500×68%×8000 =8160000m³
如果每立方氢气的价格按3元计算，则每年回收氢气的价值为：
816×3=2448万元。
六、结束语
金泰氯碱尾气回收变压吸附装置改造后达到国家排放要求，同时降低了电石消耗，使氯乙烯精馏生产过程真正实现了绿色环保洁净，创造了可观的经济效益，为企业节约资金约4600万元/年。
参考文献：
[1]《变压吸附装置在氯乙烯尾气回收装置中的应用》，杨丁营；
[2]《尾气回收几种方法比较》，廖占权。
论文作者:艾江江,王忠发
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
标签：氯乙烯论文; 装置论文; 尾气论文; 吸附剂论文; 乙炔论文; 电石论文; 氢气论文; 《基层建设》2019年第21期论文;