摘 要: 简述了变压吸附装置的工作原理、构成,总结了变压吸附装置运行中出现的问题及解决措施,通过变压吸附装置将尾气中的氯乙烯、乙炔气体进行回收,在保护环境的同时也减少工业资源的浪费,增加了企业效益。
关键词: 氯乙烯; 尾气回收; 变压吸附; 工作原理
中图分类号: TQ06 文献标识码: A 文章编号:1009-8631(2010)04-0027-02
在悬浮法PVC树脂生产过程中,采用和发展先进的尾气回收技术对降低消耗,保护改善环境,挖掘生产装置潜力,提高行业中的竞争力,促进行业的可持续发展有着非常积极的意义。目前国内氯乙烯尾气的处理主要有溶剂吸收工艺,活性炭吸附工艺,膜分离工艺,变压吸附工艺等。其中变压吸附是比较先进的,其放空气体可达到国家合格排放标准:氯乙烯≤36mg/m3,乙炔≤120mg/m3。在变压吸附装置安装以前,四平昊华化工有限公司氯乙烯尾气采用膜分离工艺进行回收,效果不甚理想。氯乙烯尾气中含有大量的C2H2、C2H3CL等有害气体,不仅对环境造成了严重的污染,同时也造成了原料上的浪费。自2008年10月变压吸附装置安装、调试、试车运行成功后,不仅解决了环境污染的问题,而且变废为宝,为企业取得了显著的经济效益,同时也对社会环境交上了满意的答卷。一、装置运行状况
四平昊华化工有限公司自2005年五万吨PVC项目上马投产以来开始不断发展壮大,2008年20万吨PVC建成投产,保证了公司的可持续性发展。聚氯乙烯生产装置不断更新新设备、引进新工艺,氯乙烯流量由原来的2500m3/h提高到目前的8000m3/h,PVC树脂由原来的5万吨发展到现在的20万吨,尾气放空量则由原来的200m3/h发展到现在的800m3/h,针对这一状况,四平昊华化工有限公司在扩产的同时则安装了变压吸附装置。
二、主要设备
五台吸附塔
二台解吸气缓冲罐
一台真空泵
一台鼓风机
四十台程控阀
五台调节阀
三、变压吸附工艺原理
变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption,简称PSA)就是利用吸附剂对混合气体中不同组份吸附容量的差异且对同一组份的吸附量随压力变化而呈现差异的特性,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份,吸附能力较弱的组份如氢气、氮气等作为净化气由吸附塔出口排出,排放至大气或输出到后续工段。减压时吸附的氯乙烯和乙炔得到解吸,解吸气经缓冲罐混合均匀后返回PVC生产系统,同时吸附剂获得再生。
四、变压吸附工艺流程
氯乙烯精馏尾气作为原料0.5MPa,-10℃的原始状态下进入变压吸附装置,先经加热器加热至20-40℃,然后经流量计计量后经程控阀进入吸附塔,尾气中的氯乙烯和乙炔气体被吸附剂吸附,净化气则从程控阀排出,通过吸附压力调节阀,流量计计量后进入放空总管。解吸气作为产品气分两部分排出,第一部分是吸附塔逆向放压的排出气体,该气体通过程控阀排出吸附塔,进入解吸气缓冲罐1,经调节阀进入缓冲罐2和抽空气体混匀后进入鼓风机升压后输出到后续系统;另一部分为真空解吸气,经程控阀由真空泵抽出,经真空泵后冷却器冷却后进入解吸气缓冲罐2,和来自解吸气缓冲罐1的逆放气混合后进入鼓风机升压,升压后气体经程控阀、止回阀进入氯乙烯生产系统(转化器或气柜)循环使用。
五、变压吸附装置的运行方式和工艺步骤
其运行方式为5-1-3&PP/VP,即工作时任意时刻总有一台吸附塔进行吸附操作,其余四台吸附塔处于再生工程的不同阶段,五台吸附塔循环操作,达到连续输入原料气,输出净化气和解吸气的目的。每个吸附塔在一次循环中需要经历吸附,顺向放压1,顺向放压2,压力均衡1降,压力均衡2降,压力均衡3降,逆向放压,抽空及抽空冲洗,压力均衡3升,压力均衡2升,压力均衡1升及最终升压等步骤。
六、变压吸附工艺的特点
1. 装置由计算机控制,自动化程度高,操作简捷方便,可以实现全自动操作,开停车简单迅速,通常开车半小时左右就可得到合格产品,数分钟就可完成停车。
2. 吸附剂使用周期长,一般在10年以上。
3. 能耗低,一些有压力的气源可以省去再次加压的能耗,而且产品纯度高,可以灵活调节。在常温下操作,可以省去加热或冷却的能耗。
4. 装置调节能力强,操作弹性大,PSA装置稍加调节就可以改变生产负荷,而且在不同负荷下生产时产品质量可以保持不变,仅回收率稍有变化。变压吸附装置对原料气中杂质含量和压力等条件改变也有很强的适应能力,调节范围很宽。
5. 装置可靠性高,变压吸附装置通常只有程序控制阀是运动部件,而且计算机可以自动诊断故障,吸附塔故障时可以自动切换,从而使装置可靠性提高。
6. 氯乙烯和乙炔的回收率可达到99.9%以上,放空气体可达到国家环保合格排放标准:氯乙烯≤36mg/3乙炔≤120mg/3。
7. 环境效益好,除因原料气的特性外,PSA 装置的运行不会造成新的环境污染,几乎无“三废”产生。
8. 投资小,操作费用低,维护简单,检修时间少,开工率高。
七、运行以来存在的问题以及改进办法
我厂二十万吨聚氯乙烯变压吸附系统自2008年10月开车以来,运行平稳,但也存在一些问题,经改进后都得到解决。
(一)原料气中带液过多
由于精馏系统的操作失误,使得VCM单体未得以充分冷凝导致尾气中带液,甚至大量进入吸附塔,这时应该迅速关闭吸附塔入口阀,打开放空阀,并开启各吸附塔底部的排污阀尽量排除吸附塔内的液体,然后视吸附塔带液量的多少决定使否停车。
(二)停电
停电后,程控系统不能正常工作,计算机信号没有输出,现场所有程控阀关闭,装置处于停运状态,可按紧急停车处理。
(三)仪表气源压力下降
一般要求仪表气源压力大于0.40Mpa,一但仪表气源压力突然下降甚至停气,气动程控阀将无法开或关,调节阀无法正常调节。导致程控阀门的切换和全系统自控紊乱,应停车处理。
(四)尾气量增大而未及时缩短周期时间
吸附塔内的吸附剂的吸附能力是一定量的,一旦处理量增大就相应缩短周期时间,以使原料气带入的氯乙烯、乙炔等强吸附组分不超过吸附剂能承受的能力。如不及时调整,出口净化气中的氯乙烯、乙炔的含量就会很快上升,当采用自调整控制系统进行自动控制而出现上述情况时,应立即采用手动方式缩短周期时间,然后检查出现问题的原因,故障排除后再采用自调整控制系统进行自动控制。
(五)吸附塔解吸真空度达不到要求
在变压吸附工艺中,吸附剂的再生方式为降压和抽空再生。如果由于设置的抽空时间不够或真空系统的其它原因,使吸附塔解吸真空度达不到要求值,就将影响吸附剂再生效果,从而影响净化气的质量和有效气体回收率,可相应调整时间使抽空时间加长或者检查真空系统是否出了问题。
八、运行效果
我厂20万吨PVC 生产系统运行以来,氯乙烯尾气经变压吸附工艺处理后,氯乙烯和乙炔的回收率可达到99.9%以上,放空气体组成:氯乙烯≤13mg/m3乙炔≤106mg/3,放空气体低于国家环保排放标准。回收氯乙烯和乙炔可减少原材料的浪费,真正的达到节能减排的目的。如氯乙烯尾气量按900m3计算,氯乙烯体积数为5%,乙炔体积数为1%,树脂价格为8000元/吨,则每年可回收氯乙烯970吨,价值850万元,同时每年还可以回收乙炔,价值约400万元,两项合计,共节约1000多万元。通过生产实践可知,变压吸附的正常运行对低沸塔尾气冷凝器的稳定运行起着至关重要的作用。因此为了保证生产的正常运行,成本的降低,务必确保变压吸附的工艺参数正常,提高开车率。
九、社会效益
尾气中的氯乙烯和乙炔不仅能引起人体呼吸道疾患,且能破坏生态系统。尾气在排放之前得到处理,可以减少PVC树脂生产对周围环境的破坏,具有良好的社会效益。
装置运行两年来所有工艺参数均满足生产要求,设备运行稳定,而且操作十分便捷。现有生产工艺进行技术革新和改造,可以以较少的投入换取较好的收益,作到节能减排。随着变压吸附技术的不断改进和完善,必将得到更广泛的推广和应用。
参考文献:
[1] 氯乙烯变压吸附装置操作维护说明书.四川元一科技股份有限公司.