低汞觸媒在電石法聚氯乙烯生產中的應用

徐柯，蘇維朵，韓鐵生，楊永峰

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司(以下簡稱北元化工)擁有100萬t/a電石法PVC生產裝置，第1期為50萬t/a PVC裝置(A、B兩條生產線)，第2期亦為50萬t/a PVC裝置(C、D兩條生產線)。2010年，國內采用高汞觸媒(氯化汞質量分數在10%～12%)生產氯乙烯，觸媒平均單耗(指生產1 t PVC的消耗量，下同)1.2 kg，汞單耗平均97.52 g。北元化工響應國家號召，2015年4月全面使用低汞觸媒(氯化汞質量分數在4.0%～6.5%)，2018年低汞觸媒平均單耗為0.83 kg左右，汞單耗在38.8 g，提前實現了國家要求的2020年較2010年汞消耗降低50%的目標。目前，北元化工第1期、第2期PVC裝置低汞觸媒使用情況良好，均滿負荷運行，生產系統運行穩定。

1 低汞觸媒單耗

觸媒單耗是反映觸媒使用情況的最核心指標，現對北元化工2015年4月至2018年10月觸媒單耗情況進行總結分析[1]。2015年4月至2018年10月觸媒單耗數據見表1，觸媒單耗曲線見圖1。

從表1和圖1可以看出:①2015—2016年，觸媒單耗波動大、消耗大;②2017年，觸媒單耗有了明顯下降，波動也比較??；③2018年，觸媒單耗趨于平穩，單耗基本維持在0.83 kg左右,較2015年剛開始使用時大幅度下降。整體來看，北元化工低汞觸媒的使用朝著好的方向發展，觸媒單耗趨于穩定，客觀地反映出觸媒管理更加科學。

表1 低汞觸媒單耗數據

圖1 低汞觸媒單耗曲線

2 觸媒使用時間分布

觸媒使用時間分布反映了轉化器抽翻情況及觸媒使用情況，現對各觸媒使用時間段內轉化器的分布情況進行分析。

北元化工PVC產能100萬t/a，按每月PVC產量90 000 t，觸媒單耗0.83 kg，每臺轉化器裝填觸媒5 t計算，設每月須裝填新觸媒轉化器臺數為x，(x×5×1 000)/90 000=0.83，則x=15(臺)。因此每條線每月須裝填新觸媒轉化器臺數3～4臺，后臺轉化器翻倒至前臺轉化器觸媒臺數3～4臺(每條生產線有34臺前臺轉化器、34臺后臺轉化器)。以觸媒單耗0.83 kg為例，每條生產線觸媒使用時間與轉化器臺數理論分布見表2,觸媒使用時間與轉化器臺數實際分布見圖2。

由表2及圖2可以看出：轉化器每條生產線每2月抽翻臺數均在8臺左右，實際整體分布與理論分布基本吻合，說明轉化器觸媒時間分布比較合理、規律。

從圖2還可以看出：觸媒使用時間在12 960 h以上的轉化器臺數每條線在3～4臺，均在1個月的抽翻計劃內，由此可得目前北元化工低汞觸媒使用時間在12 960+720=13 680(h)左右，這與目前觸媒平均單耗0.83 kg的理論分布使用時間一致。進而說明了目前觸媒管理、更換的科學性。

表2 觸媒使用時間與轉化器臺數理論對照

圖2 觸媒使用時間與轉化器臺數實際分布

Fig.2 Servic lives of catalysts versus pratical converter numbers

3 單臺轉化器乙炔含量

單臺轉化器乙炔含量能夠直觀地反映出目前觸媒的使用情況，以下對每條線單臺轉化器乙炔含量進行分析。

由于前臺轉化器觸媒使用時間小于5 760 h，而后臺轉化器觸媒使用時間大于7 200 h的臺數較少，對比性不強，因此只對后臺轉化器0～7 200 h及前臺轉化器5 760～12 960 h各時間段轉化器乙炔含量平均值進行對比(一般觸媒在后臺轉化器使用一半時間后倒翻至前臺轉化器再使用一半時間，只有后臺轉化器裝填新觸媒)。各觸媒使用時間段內轉化器乙炔含量見表3，曲線見圖3。

圖3 各觸媒使用時間段內轉化器乙炔含量曲線

Fig.3 Curve of acetylene content in converters at different catalyst service periods

由表3和圖3可以看出:每條生產線前后臺轉化器乙炔含量均在指標范圍內，乙炔含量隨時間的延長逐漸變高，這與觸媒使用規律(隨著觸媒使用時間的延長，乙炔含量高，待抽翻)基本吻合。后臺轉化器觸媒使用時間在5 760～7 200 h后，乙炔含量明顯上升(>2%)，待倒翻；前臺轉化器觸媒使用時間在11 520～12 960 h后，乙炔含量明顯上升(>20%)，待抽翻。目前，轉化后粗VCM含乙炔質量分數基本在3%以內，說明目前轉化系統運行良好。

4 轉化后總管乙炔含量

轉化后總管乙炔含量是轉化系統的重要指標，反映了轉化系統整體運行水平，直接反映觸媒使用情況，并可判斷觸媒目前單耗的合理性，進而整體評估觸媒的抽翻情況?，F對2018年9月4條生產線后總管乙炔含量進行分析(每條生產線又分為一線和二線)，結果見圖4和表4。

由表4及圖4可得：每條生產線后總管乙炔質量分數基本分布在2%以內，均小于指標(3%)。說明目前轉化系統整體運行良好，未出現因降低觸媒單耗而犧牲轉化率的情況。

圖4 總管乙炔含量柱狀圖

Fig.4 Bar chart of acetylene content in main pipe

表4 總管乙炔含量數據Table 4 Data of acetylene content in main pipe %

5 原料氣總管壓力

原料氣總管壓力反映了轉化系統可承載負荷大小和轉化器反應溫度情況，現對每條線在滿負荷情況下氯化氫總管壓力進行對比分析(原料氣乙炔和氯化氫總管壓力是成比例的，因此這里只分析氯化氫總管壓力即可)。2018年9月各條生產線氯化氫總管壓力數據見表5、圖5。

由表5及圖5可以看出：4條生產線氯化氫總管壓力基本集中在35～40 kPa(指標≤50 kPa)，壓力比較平穩，說明系統運行比較穩定，但是壓力普遍偏高，說明轉化器數量有限，系統壓力調整彈性小，這也是進一步降低觸媒單耗的一項硬性限制因素。

表5 各條生產線氯化氫總管壓力數據Table 5 Data of pressure in hydrogen chloride main in different production lines kPa

圖5 各條生產線氯化氫總管壓力曲線

Fig.5 Curves of pressure in hydrogen chloride main

in different production lines

6 二氯乙烷產率

二氯乙烷產率反映了轉化器內副反應情況，間接地反映了轉化器溫度情況及轉化器觸媒抽翻安排的合理性?，F將2016年1月到2018年10月的二氯乙烷產率進行分析，結果見圖6、表6。

從圖6及表6可以看出：二氯乙烷產率2016年平均為1.39‰，2017年平均為1.26‰,2018年為1.21‰，產率逐年下降。2018年產率基本穩定在1.2‰左右，反映出轉化器整體副反應減少，即轉化器溫度降低，這與觸媒消耗降低相符。

圖6 二氯乙烷產率曲線

Fig.6 Curve of dichloroethane yield

表6 二氯乙烷產率數據

7 觸媒倒翻情況

根據觸媒倒翻時的觸媒使用時間及倒翻時含汞量，可間接判斷出觸媒使用時間。下面以目前觸媒翻倒情況進行分析，數據見表7。

由表7可以看出：觸媒倒翻時間為6 200 h左右，后臺轉化器觸媒含汞質量分數在3.8%左右，使用時間是觸媒使用壽命的50%，側面反映了目前觸媒使用的規律性及系統運行穩定性。

表7 觸媒倒翻數據

8 結語

北元化工低汞觸媒的使用經過了2015—2016年的適應期，觸媒單耗高，運行波動大；到2017年低汞觸媒使用漸入佳境，基本運行平穩，觸媒單耗基本維持在0.90 kg左右;進入2018年觸媒管理水平進一步提高，觸媒單耗基本穩定在0.83 kg，汞單耗在38.8 g，提前實現了國家要求的2020年較2010年汞消耗降低50%的目標。

從觸媒使用時間分布看，轉化器觸媒抽翻規律性強，每條生產線轉化器觸媒形成了固定的時間梯度。從單臺轉化器乙炔含量、總管乙炔含量、二氯乙烷產率、倒翻時觸媒使用情況，可以得到觸媒單耗在目前工況下，常規操作使觸媒單耗降低空間已不大。要進一步降低觸媒消耗，須提高觸媒本身性能，對目前生產系統運行進一步改造優化。利用好管理人員的專業經驗和崗位人員的精心操作，進一步做好低汞觸媒高效應用，為無汞化生產打好基礎。