苗春葆，周金麗，李軍強(qiáng)

（青島海晶化工集團(tuán)有限公司，山東 青島 266042）

在電石法生產(chǎn)聚氯乙烯工藝中，乙炔和氯化氫在催化劑的作用下反應(yīng)生成氯乙烯。合成反應(yīng)后的氣體中，除了氯乙烯外，尚有過(guò)量的氯化氫、少量未反應(yīng)的乙炔以及氮?dú)?、氫氣、二氧化碳等，還有生成的乙醛、二氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、乙烯基乙炔等副產(chǎn)物。為了生產(chǎn)適合聚合的高純度氯乙烯單體，應(yīng)盡可能將這些雜質(zhì)除掉。這部分氣體經(jīng)過(guò)水洗、堿洗工藝脫除氯化氫和二氧化碳后，再經(jīng)過(guò)冷卻除水后，經(jīng)壓縮送往精餾2段進(jìn)行精餾。

青島海晶化工公司原有的精餾裝置共3套，包括 2 套小的（6 萬(wàn)t VCM/a）和 1 套大的（10 萬(wàn)t/a），一般情況下運(yùn)行1大1小。低沸塔進(jìn)料所采用的壓差輸送方式存在偏流、運(yùn)行不穩(wěn)定、操作不便、安全度低等問題。2010年7月，該公司利用停車檢修時(shí)間對(duì)上述裝置進(jìn)行了技術(shù)改造，解決了裝置存在的不足，使得精餾系統(tǒng)高效安全平穩(wěn)地運(yùn)行。

1 改進(jìn)前的氯乙烯精餾裝置情況

1.1 工藝流程

改造前的精餾工藝流程見圖1。由機(jī)后冷卻器（E4208A/B）送來(lái)的粗氯乙烯氣體進(jìn)入全凝器（E4209A/B/C）與管間的7℃水進(jìn)行換熱，使大部分氯乙烯氣體冷凝為液體，依靠位差進(jìn)入水分離器（V4225），經(jīng)分離除水后，依靠壓差進(jìn)入低沸塔（T4204A/B/C）進(jìn)行精餾，塔底再沸器（E4211A/B/C）用來(lái)自熱水槽的95℃熱水加熱，將向下流的液體中低沸物蒸出。從塔頂出口的氣相中不只含有不凝的小分子氣體，還夾帶了大量的氯乙烯。經(jīng)低沸塔塔頂冷凝器冷卻后部分冷凝回流，在向下流的過(guò)程中，繼續(xù)進(jìn)行精餾。底部的液相依靠壓差送到高沸塔進(jìn)一步精餾，以脫除二氯乙烷等高沸點(diǎn)物質(zhì)，頂部的氣相經(jīng)成品冷凝器（E4215A～D）冷凝后送到成品VCM貯槽（V4201A/B）；從水分離器出來(lái)的不凝氣體與低沸塔頂部的不凝氣體一起進(jìn)入尾氣冷凝器（E4212A～F）冷凝，以便于盡可能地回收夾帶的氯乙烯，從尾氣冷凝器出來(lái)的氣體再通過(guò)變壓吸附器將其中夾帶的氯乙烯和乙炔氣體進(jìn)行變壓吸附進(jìn)行回收，尾氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排空。

1.2 改進(jìn)前精餾工藝存在的問題

（1）存在偏流現(xiàn)象，操作強(qiáng)度非常大。由于精餾裝置是作為PVC擴(kuò)改項(xiàng)目的一部分逐步改造的，1套16萬(wàn)t/a的精餾裝置分為3套（2套6萬(wàn)t/a，1套10萬(wàn)t/a），總能力達(dá)到22萬(wàn)t/a，但配套的全凝器、尾冷等能力不足，實(shí)際能力只能達(dá)到16萬(wàn)t/a，根據(jù)負(fù)荷情況開2備1。水分離器中的液體是依靠位差進(jìn)入低沸塔的。在未擴(kuò)改前，單套精餾裝置采用這樣的工藝具有一定的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。但擴(kuò)改后，1臺(tái)水分離器出口對(duì)應(yīng)3臺(tái)低沸塔，而且各個(gè)低沸塔的流量都是通過(guò)人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。由于1套低沸塔能力有限，低沸塔需要同時(shí)開2臺(tái)，一般情況下開1大1小（10萬(wàn)t/a和6萬(wàn)t/a），人工操作和自壓進(jìn)料不可避免地存在偏流現(xiàn)象。如果一臺(tái)低沸塔內(nèi)部壓力稍高于另一臺(tái)，入口進(jìn)料量就會(huì)減少，低沸塔液位就會(huì)下降，從而導(dǎo)致該塔內(nèi)的參數(shù)和高沸塔內(nèi)的參數(shù)發(fā)生變化；相反，另一臺(tái)進(jìn)料量增多，導(dǎo)致偏流，操作參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，各個(gè)低沸塔的流量不能得到很好的控制，VCM質(zhì)量受到影響，進(jìn)而影響到PVC生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。

為了減少偏流想象，DCS操作人員必須經(jīng)常進(jìn)行調(diào)節(jié)操作，現(xiàn)場(chǎng)操作人員也必須手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，人工操作頻繁，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)，該閥門處于地平面12 m的高度，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。

（2）安全性太低。原有精餾框架是經(jīng)過(guò)多次填平補(bǔ)齊，各樓層的設(shè)備和管道非常多，且全凝器增加到3臺(tái)，尾氣冷凝器從3臺(tái)增加到6臺(tái)，成品冷卻器從2臺(tái)增加到4臺(tái)，還有附屬管道及管道內(nèi)的冷卻水，使得精餾工序的結(jié)構(gòu)框架承重太大，初步估算，頂部重量已經(jīng)大于底部重量，且承重已經(jīng)超過(guò)框架的承載能力（一、二期擴(kuò)改時(shí)框架最初設(shè)計(jì)按8萬(wàn)t/a，改造前承載重量達(dá)到16萬(wàn)t/a），裝置安全性太低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行。

（3）精餾運(yùn)行不穩(wěn)定。精餾系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在HCl純度不足時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的換熱系數(shù)變小，全凝器和尾氣冷凝器的效果不好，使得精餾體系中全凝器和低沸塔去尾氣冷凝器的氣量較大，尾氣冷凝器出口未凝氣體去變壓吸附量非常大。另外，當(dāng)合成工序的觸媒效率變低時(shí)，合成氣中的乙炔含量較高，也會(huì)出現(xiàn)上述狀況，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的氣量較大。上述現(xiàn)象的結(jié)果都是放空量快速增多，從而使得冷凝的液體液位提高，甚至封住氣相入口，管道阻力增大，系統(tǒng)壓力高，低沸塔頂部壓力高，破壞了低沸塔的平衡，使得精餾不夠徹底，低沸物脫除不完全；另一方面氣體夾帶液相氯乙烯進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)，增加了去變壓吸附系統(tǒng)中的氯乙烯量，變壓吸附可能導(dǎo)致超壓，超出規(guī)定壓力時(shí)，安全連鎖啟動(dòng)，導(dǎo)致尾氣不得不排空，使VC損失增加且污染了環(huán)境。

（4）裝置的操作彈性低。由于受市場(chǎng)的影響，例如電石供應(yīng)不足或PVC市場(chǎng)不景氣等，裝置的生產(chǎn)負(fù)荷不可避免地需要調(diào)整，但局限于裝置的工藝狀況，即使不做負(fù)荷調(diào)整，也需要很大的工作量才能使裝置平穩(wěn)運(yùn)行。如果調(diào)整負(fù)荷，一方面要增加調(diào)節(jié)的難度、另一方面需要根據(jù)每套裝置的能力進(jìn)行跨越式的調(diào)節(jié)。負(fù)荷為80%時(shí)，可以運(yùn)行2套小的精餾裝置，能力為12萬(wàn)t/a；負(fù)荷60%時(shí)，可以運(yùn)行1套大的精餾裝置，能力為10萬(wàn)t/a；40%左右時(shí)，可以運(yùn)行1套小的精餾裝置，能力為6萬(wàn)t/a，但很難進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，裝置的操作彈性較小。

2 精餾裝置的改造情況

2.1 工藝改進(jìn)的內(nèi)容

（1）調(diào)整低沸塔進(jìn)料工藝，由位差進(jìn)料改為泵送進(jìn)料。在液體從水分離器至低沸塔的管線中增加2臺(tái)泵，作為低沸塔進(jìn)料泵，不再通過(guò)位差進(jìn)料，此時(shí)水分離器不會(huì)滿液位，全凝器和尾氣冷凝器出口視鏡內(nèi)不會(huì)存留單體，冷凝液體非常順暢地落入水分離器。在這種情況下，既使尾氣放空量大也不會(huì)造成精餾放空不穩(wěn)的情況。通過(guò)1年來(lái)的運(yùn)行觀察，精餾未再出現(xiàn)視鏡液面滿的情況。

（2）提高控制水平。在泵和低沸塔之間，增加流量計(jì)和自控閥，根據(jù)各低沸塔的負(fù)荷控制流量，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行操作，且運(yùn)行正常。

（3）改變?nèi)臀怖涞膿Q熱模式。a.改變結(jié)構(gòu)形式。為了提高換熱效果，較少設(shè)備占地面積，對(duì)全凝器和尾氣冷凝器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，由立式改為臥式；由傳統(tǒng)的單管程和單殼程的換熱器改為單管程四殼程結(jié)構(gòu)型式。這樣，大大提高了換熱效果。b.調(diào)整換熱流程。尾氣冷凝器雖然仍采用-20℃冷凍鹽水冷卻，氯乙烯從管程改為殼程運(yùn)行，冷凍鹽水改走管程，傳熱流程由逆流傳熱改為錯(cuò)流傳熱。

（4）部分設(shè)備易地改造，確保裝置安全。由于低沸塔進(jìn)料由位差進(jìn)料改為泵送進(jìn)料，全凝器和尾氣冷凝器的高度可以適當(dāng)降低，改造時(shí)，水分離器、全凝器和尾氣冷凝器另起框架。

2.2 改進(jìn)后的運(yùn)行效果

2.2.1 改進(jìn)低沸塔進(jìn)料工藝后的效果

通過(guò)對(duì)低沸塔進(jìn)料方式的改造，根據(jù)低沸塔的負(fù)載調(diào)節(jié)低沸塔的流量，解決了偏流問題，也能夠順利應(yīng)對(duì)負(fù)荷波動(dòng)的異常情況，可以連續(xù)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，裝置的操作彈性明顯增大。氣相夾帶液相的現(xiàn)象消除，低沸塔的精餾運(yùn)行穩(wěn)定，減少了低沸物脫除不凈的可能，改善了精餾效果，減少了污染大氣的可能。

2.2.2 采用自控調(diào)節(jié)的效果

采用自控閥門調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度提高，低沸塔運(yùn)行較原有工藝平穩(wěn)很多，現(xiàn)場(chǎng)人工操作量大大減少，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，VCM產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性大大增加（見表1），保證了PVC產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性（見表2）。

表1 2009-2011年VCM單體質(zhì)量情況

表2 2009-2011年海晶化工PVC產(chǎn)品質(zhì)量情況

從表1可以看出，精餾改造后，單體純度穩(wěn)步提高，乙炔、1.1-二氯乙烷等雜質(zhì)明顯減少，表明精餾裝置的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，精餾效果大大提高。

從表2可以看出，改造后，PVC優(yōu)等品率明顯提高，雖然2011年受到電石價(jià)格高漲等方面的影響，PVC裝置開工率有所下降，對(duì)PVC產(chǎn)品質(zhì)量造成一定的影響，但總體情況好于往年。由此可以看出，精餾系統(tǒng)的改造不僅提高了VCM的質(zhì)量，也提高了PVC產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.2.3 改進(jìn)設(shè)備換熱模式的效果

通過(guò)全凝器和尾氣冷凝器換熱方式的改進(jìn)，大大提高了設(shè)備的傳熱系數(shù)，換熱效果也明顯提高。在全凝器、尾氣量相對(duì)減少，降低了尾氣處理變壓吸附裝置的負(fù)荷，提高了催化劑的使用壽命，降低了運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，也沒有出現(xiàn)過(guò)因變壓吸附裝置引起生產(chǎn)裝置異常的情況。

2.2.4 異地改造效果

通過(guò)部分設(shè)備異地改造，不僅通過(guò)改變?nèi)骱臀矚饫淠鞯戎饕獡Q熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式的方式減少了設(shè)備數(shù)量和占地面積，而且也減去原有框架上的全凝器、尾氣冷凝器及其附屬管道和流體的重量，改善了裝置框架的超載狀況，增加了操作空間，提高了精餾裝置生產(chǎn)和操作的安全性，保證了生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)精餾工藝的技術(shù)改進(jìn)，解決了原精餾工序中自壓輸送存在的偏流問題，使得精餾工序更加高效更加平穩(wěn)運(yùn)行，提高了自動(dòng)化程度，節(jié)省了勞動(dòng)力，增加了裝置的安全性，減少尾氣中氯乙烯夾帶量，降低了尾氣處理裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，確保尾氣中不含氯乙烯等污染物質(zhì)，改善了工作場(chǎng)所的環(huán)境。此項(xiàng)改造對(duì)建設(shè)精餾尾氣變壓吸附裝置給后續(xù)生產(chǎn)裝置產(chǎn)生不良影響的企業(yè)具有一定的借鑒意義。