低汞觸媒替代高汞觸媒運行實踐及分析

童剛，陳強，劉喜軍

（內蒙古鄂爾多斯電力冶金集團股份有限公司氯堿化工分公司，內蒙古鄂爾多斯016064）

低汞觸媒替代高汞觸媒運行實踐及分析

童剛，陳強，劉喜軍

（內蒙古鄂爾多斯電力冶金集團股份有限公司氯堿化工分公司，內蒙古鄂爾多斯016064）

對比了低汞觸媒和高汞觸媒的主要指標，分析了使用2種觸媒的乙炔空間流速，一段和二段轉化率等生產工況及指標變化情況。

PVC；低汞觸媒；乙炔空間流速；轉化率

為了降低電石法聚氯乙烯行業氯化汞的使用量，2011年1月，國家環保部下發《關于加強電石法生產聚氯乙烯及相關行業汞污染防治工作的通知》[1-2]，提出到2015年底，電石法[3]聚氯乙烯生產企業要全部使用低汞觸媒。為了認真履行國家環保政策，鄂爾多斯電力冶金集團股份有限公司氯堿化工分公司于2014年開始實施低汞觸媒相關配套技術改造工作，并于2015年全面實現了低汞觸媒替代高汞觸媒?，F將低汞觸媒替代高汞觸媒過程中生產工況和轉化率指標變化情況進行對比和總結。

1 實驗部分

1.1 高汞觸媒和低汞觸媒主要指標對比及分析（見表1）

1.1.1 氯化汞含量

該公司2015年之前使用高汞觸媒，氯化汞含量10.5%～12.5%，2015年以后全面使用低汞觸媒，氯化汞含量為6%～6.5%。

1.1.2 水分

高汞觸媒和低汞觸媒水分含量無差別，為了保證正常使用，新觸媒投用前都經過熱氮氣干燥和HCl活化的過程。

1.1.3 機械強度

觸媒機械強度主要取決于觸媒載體活性碳的質量，代表觸媒的耐磨抗粉化性能，通過公司化驗分析，該項指標高汞觸媒和低汞觸媒無明顯差別。

表1 高、低汞觸媒主要理化數據指標

1.1.4 裝填密度

該公司低汞觸媒表觀密度平均大約0.54 t/m3，高汞觸媒表觀密度約為0.65 t/m3，從單臺轉化器觸媒裝填量來說，低汞觸媒比高汞觸媒低，按低汞觸媒平均裝填量5.725 t和高汞觸媒平均裝填量7 t對比，裝填量減少了18.2%。

1.1.5 氯化汞損失率（250℃）

低汞觸媒在250℃氮氣氣氛下，連續烘焙3 h，然后根據烘焙前與烘焙后汞的減少量計算出汞的流失率；汞損失率越高，說明汞觸媒中汞的易升華性越高。

這項指標在該公司采購的高汞觸媒指標項目里沒有規定，是低汞觸媒氯化汞在反應過程中固汞性能的重要指標，直接關系汞觸媒的使用壽命。一般企業沒有此項指標化驗手段，只能通過后期的觸媒壽命推斷該批觸媒氯化汞損失率是否合格，所以選擇合格低汞觸媒供應商，對于低汞觸媒轉化率和使用壽命是非常重要的。

2 使用數據采集分析對比

2.1 轉化器臺數與乙炔空間流速對比

該公司原始設計轉化76臺，一段40臺，二段36臺，轉化器筒體尺寸覫3 200×3 300，列管尺寸覫45×3，列管數2 674根，單臺轉化器設計裝填容積11.93 m3。隨著實際生產負荷的擴大，2015年PVC實際產能42.9萬t，已經超過原設計40萬t/a，乙炔通量達到21 500 m3/h，通過理論計算，如果更換成低汞觸媒，滿負荷生產時前臺空間流速達到47.42 m3乙炔/（m3催化劑·h），接近低汞觸媒適宜空間流速的上限50 m3乙炔/（m3催化劑·h）?？紤]低汞觸媒對于乙炔空間流控制要求較高，特別是觸媒使用初期培養期階段負荷不到滿負荷通量30%的特點，按照原設計76臺轉化器配置，實際運行時大部分前臺轉化器乙炔空間流速會超出低汞觸媒適宜空間流速的上限50 m3乙炔/（m3催化劑·h）。

該公司于2015年實施技術改造新增了20臺轉化器，考慮到一段轉化器擔負著70%以上的乙炔轉化率，乙炔空間流速在前后臺呈現出前高后低的特點，為了調整前臺轉化器的實際空間流速，新增20臺轉化器中12臺增加到了一段，8臺增加到了二段，改造后一、二段轉化器數量分別為52臺和44臺，轉化前后臺比例為1.18∶1，和傳統的前后臺轉化數量1∶1的配置有所改變。

改造后前臺乙炔空間流速下降到了36.04 m3乙炔/（m3催化劑·h），空間流速較改造前降低了24%，為低汞觸媒的正常使用創造了良好的條件空間流速對比見表2。

表2 高、低汞觸媒轉化器臺數及空間流速對比表

2.2 低汞觸媒單臺轉化率和使用壽命

為了反應低汞觸媒在單臺轉化器的轉化率和使用壽命，在此選擇2批低汞觸媒一二段全使用周期數據做分析。

2.2.1 批次1

觸媒廠家為貴州大龍銀星汞業有限責任公司，二段裝填于二線38#轉化器，2015年7月26日后投用，2016年4月27日翻到至前臺5#轉化器, 2016年10月10日報廢，觸媒全周期使用壽命結束，除去檢修及停車時間，實際使用時間9 360 h，見表3。后臺使用完成后翻倒至二線5#轉化器一段反應，數據見表4。

2.2.2 批次2

觸媒廠家為貴州大龍銀星汞業有限責任公司，二段裝填于一線32#轉化器，2015年8月14日投用，2016年1月31日翻倒至前臺3#轉化器，2016年10月14日報廢，觸媒全周期使用壽命結束，除去檢修及停車時間，實際使用時間9 936 h，分別見表5、表6。

從以上2批低汞觸媒全使用周期使用情況來看，投運第一個月，適當控制轉化器乙炔通量在正常負荷的30%以下，并轉化器溫度控制在150℃以下，后期滿負荷生產條件下，反應壽命均超過9 000 h，期間轉化器反應指標能夠滿足生產需求。

2.3 一、二段轉化器總體轉化率情況

2014-2016年一、二段轉化總體轉化率情況分別見圖1、圖2。

表3 二線38#轉化器二段反應數據

表4 二線5#轉化器一段反應數據

表5 一線32#轉化器二段反應數據

表6 一線3#轉化器前臺反應數據

圖1 一線一段與二段乙炔和氯化氫含量隨時間變化圖

圖2 二線一段與二段乙炔和氯化氫含量隨時間變化圖

該公司2014年使用高汞觸媒，2015年開始響應國家環保政策全面使用低汞觸媒，系統內仍有原來裝填的高汞觸媒，2015年為高汞觸媒轉為低汞觸媒的過度，2016年系統內全部為低汞觸媒。從一、二線VCM轉化反應后乙炔、HCl歷史數據來看，一段總管反應后乙炔2014年有超過30%的情況，而使用低汞觸媒以后，一段總管反應后乙炔含量基本能控制在25%以下，無論使用高汞觸媒還是低汞觸媒，轉化二段總管乙炔含量均控制在2%以下，說明通過合理使用，低汞觸媒以后總體轉化率和使用高汞觸媒基本一致，轉化率并沒有下降。

3 結語

目前，電石法PVC低汞觸媒的全面應用大勢所趨，但行業內對于低汞觸媒的應用還存于探索階段，鄂爾多斯氯堿化工PVC公司通過全面使用低汞觸媒一年多來的經驗證明，貴州大龍銀星的低汞觸媒完全能夠滿足高負荷生產使用需求，同時低汞觸媒的正常使用需要做好以下幾點：（1）選擇合格的低汞觸媒供應商；（2）按照觸媒廠家要求控制好活化期內低汞觸媒的乙炔空間流速和轉化器溫度，有條件的企業可以在單臺轉化器進口加裝流量計，這樣有利于轉化器流量精確控制。（3）一、二段轉化器臺數比例很重要，既要考慮一段轉化器的反應負荷高的特點，也要兼顧二段轉化率要求高，二段低汞觸媒空間流速控制不可過高，否則二段總管轉化率難以保證。

除低汞觸媒全面應用之外，鄂爾多斯氯堿化工PVC公司還在進行無汞觸媒試驗工作，希望通過該公司以及行業單位的共同努力，使電石法PVC低汞化，無汞化的環保目標早日實現。

［1］李國棟，周軍，張新力．電石法聚氯乙烯生產中汞消耗與汞污染的降低．中國氯堿，2009（3）：42－45．

［2］張泗文．歐盟將在2011年禁止出口汞．中國氯堿，2008（11）：14．

［3］鄧云祥．聚氯乙烯生產原理．北京，科學出版社，1982：15－130．

Analysis and operation practice of using low-mercury catalyst to replace high-mercury catalyst

TONG Gang，CHEN Qiang，LIU Xi-jun
（Inner Mongolia Erdos Power Metallurgical Co.,Ltd.,Chlor Alkali Chemical Branch，Erdos 016064，China）

Through the comparison main indexes of low and high mercury catalyst，operating situations and changes of indexes were analyzed in production，including space velocity of acetylene and conversion ratio of line 1 and 2.

PVC；low-mercury catalyst；space velocity of acetylene；conversion ratio

TQ314.24+2

：B

：1009－1785(2017)05-0022-03

2017-01-16