新型纳米低汞触媒在电石法PVC生产中的应用

新型纳米低汞触媒在电石法 PVC生产中的应用

卢 鑫

安徽华塑股份有限公司，安徽滁州 233290

摘要：新型纳米低汞触媒在氯乙烯转化合成的应用，与以往高汞触媒的使用进行对比研究。

关键词：合成；氯乙烯；纳米低汞触媒；环保

安徽华塑股份有限公司（以下简称安徽华塑）依托华东地区最大的定远县东兴盐矿，利用巢湖市杨家岭矿区的石灰石资源，借助“两淮”地区丰富的媒炭资源，发展氯碱化工循环经济产业链，公司现具规模年产60万吨聚氯乙烯和42万吨离子膜烧碱。

以往电石法PVC生产中使用的氯化汞触媒（氯化汞质量分数10～12%），汞触媒在生产过程中会随着物料夹带或升华流失，由于含汞量占比高，汞的流失量大，对自然环境形成污染，依据国家新《烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准》GB15581～2016，标准中规定聚氯乙烯生产装置排放废水中总汞为＜3ppb，随着中国相继加入《关于汞的水俣公约》，汞污染受到社会各界的高度重视，目前安徽华塑应对以上规定，减少汞污染，已经将在用转化器全部由高汞触媒替换成新型纳米低汞触媒，并对低汞触媒进行长期试用，下面就新型纳米低汞触媒的特点和使用情况进行探讨。

1.氯乙烯合成转化器装置情况

安徽华塑PVC设计产能60万吨/年，转化器有三条生产线，共计128台，第一、二条生产线每条线有转化器40台，其中前台22台，后台18台，第三条生产线有转化器48台，其中前台26台，后台22台，转化器直径3200mm，容积约10.6m³，目前已全部替换成贵州大龙银星集团的新型纳米低汞触媒（氯化汞质量分数为4～6.5%）。

2.新型纳米低汞触媒使用过程的工艺控制

2.1 工艺指标控制

乙炔纯度99%以上，不含硫磷，含水≤200ppm，氯化氢纯度94～96%，不含游离氯。乙炔与氯化氢按摩尔比：1：1.05～1.1进行混合，混合气体含水量≤300ppm，经预热器预热后进入转化系统。

2.2 新型纳米低汞触媒活化

触媒在使用前要对转化器新装的触媒进行烘干活化操作，烘干温度至100℃以上。活化时HCl流量控制在30～50m³/h，测定氯化氢进出口的氯化氢纯度差达到Δ≦2%视为活化合格。小通量通入混合气二次活化进入诱导期，待反应稳定后再正常调节转化器运行，系统进入转化反应的诱导期。

2.3 新型纳米低汞触媒诱导期控制

诱导期床层温度控制110～130℃，诱导期运行时间控制在720小时以上可转入反应稳定期，此时温度一般应控制在130～160℃，根据冷却能力和生产工况条件逐步调节乙炔通量和反应温度，使其达到最佳控制点。

3.新型纳米低汞触媒填装要求

新型纳米低汞触媒在填装过程中，应做到以下内容：

（1）触媒应轻拿轻放，不允许野蛮填装，避免触媒损坏。

（2）打开触媒包装袋，应立即将其装入列管中（建议在2小时内装完），谨防潮湿（避开阴雨潮湿天气）。

（3）测温列管在温度计安装前要用适合物堵住，以免进入触媒造成温度计安装不符合要求，在温度计安装前将堵塞物取走（安排专人负责检查）。

（4）装填触媒时必须保证每根列管触媒装填均匀，转化器花板上下各装100～150mm左右活性炭，所有列管中触媒填装到1/2和填满列管时，要两次轻轻敲震转化器大法兰，避免触媒在列管内有搭桥现象，使触媒密实度均匀，特别是装测温元件的套管，要确保使之位于列管中心位置，其周围触媒装填更要确保均匀，以免影响反应温度的真实性。

（5）严禁装填人员踩踏触媒或者在装填中在转化器上花板上走动，应用木质刮板将触媒均匀推至列管内。

（6）严禁将包装袋的碎屑、胶带、封头螺帽、垫圈等杂物带入转化器列管。

（7）严禁从中间一处加入，否则，大颗粒触媒流向四周，小颗粒触媒留在在中间，周围空隙较大，导致混合气体短路或者偏流。

（8）正常生产时要按触媒抽翻计划进行逐台抽翻，填装新触媒时应拉开时间间隔，避免集中在短时间内填装所有触媒，导致更换新触媒时影响生产负荷，影响VCM产量。

4.新型纳米低汞触媒在实际生产中的应用情况

新型纳米低汞触媒在实际应用当中比较稳定，使用时分三个阶段完成，第一阶段为新型纳米低汞触媒在后台反应，使用时间控制在3500小时以内；第二阶段根据转化器的床层温度及转化率（出口乙炔含量控制≤2%）对触媒进行翻倒至前台使用；第三阶段到触媒使用时间达到8000小时以上，测定单台转化器出口乙炔含量≥30%时进行报废。

通过一段时间的使用后取样分析效果比较明显，见表1。

表1 转化器出口取样分析数据及运行时长（时间单位：h）

上述转化器对应的床层温度见表2（取前6个测温点）。

表2 转化器前6个测温点对应的床层温度（单位：℃）

通过表1和表2可以看出后台转化器出口乙炔含量都能保持2%以下，就目前数据和实际运用来看仍无法维持较高水平，但是通过床层温度反映出新型纳米低汞触媒在合成催化反应时是比较稳定的，前台转化器触媒报废时分析含汞量平均在4～5%之间，可见新型纳米低汞触媒在使用时稳定性要高于高汞触媒，汞的流失率大大降低，降低了后期含汞废水的处理难度。

5.触媒单耗

新型纳米低汞触媒使用过程中的月度触媒单耗统计数据见表3。

通过表算出8～12月份平均触媒单耗0.982kg/吨PVC，与去年同比下降了0.093kg/吨PVC，新型纳米低汞触媒的使用效果较好。

在使用新型纳米低汞触媒为了控制触媒单耗的问题，因为其含汞量低，为了不影响产量，使用时应注意以下几点：

（1）加强对转化器的巡检和维护，减少转化器的检修频次，因为检修对转化器的触媒频繁抽翻，造成汞的流失和消耗增大。

（2）在转化器运行过程中要严格控制转化器的床层温度，严禁超出工艺要求的控制温度，避免汞在高温下升华，使床层反应带缓慢下移。

（3）严格控制乙炔与氯化氢的配比，如果配比调节不当，过量的乙炔会与触媒中的氯化汞发生不可逆的反应置换出单质汞，会使大量的汞流失。

（4）如果要求大流量生产，需增加转化器台数以缓解新型纳米低汞触媒对系统使用的要求。

6.总结

应用结果表明，使用新型纳米低汞触媒后转化器的床层温度、转化率、使用时间与高汞触媒基本相同，吨PVC平均消耗触媒0.982kg，同时华氯化汞的升量明显减少，减轻了后工序汞污染治理的压力。电石法PVC行业围绕汞污染防治进行了积极 的探索，近年已取得了一定成效。新型纳米低汞触媒的使用起到过渡作用，实现汞减排、防止汞流失、污染环境的良好效果。

参考文献：

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