关于VC尾气吸附方案的调研报告
一、概述
目前国内电石法生产聚氯乙烯树脂的厂家中，在聚氯乙烯精馏工艺上普遍采用低、高沸塔精馏的分离方法。
在低沸塔系统中，系统将不凝性气体(如H2、N2、O2、C2H2等)在尾气冷凝器顶部排放，一是为了保证氯乙烯中间产品的质量，二为防止整个系统中不凝性气体的积累。
排空尾气中夹带的VC 含量约在8％～15％，C2H2含量约在1％～5％，既加大了生产成本，又造成严重的环境污染。
随着环境标准的不断提高，清洁生产已越来越受到人们的关注，因此，控制氯乙烯对环境的污染，回收精馏尾气中的氯乙烯是很必要的。
不仅可以减轻对环境的污染，同时还可以大大降低生产成本，可谓一举多得。
根据现有的情况，分馏尾气中氯乙烯的回收可选用的方法有：有机溶剂法、活性炭或碳纤维变温吸附法、膜分离法，以及变压吸附法。
上述各种方法各有优劣，在现有的基础上，氯乙烯厂希望上一套适合自己使用的尾气吸附装置。
经过集团公司领导同意，氯乙烯厂相关技术人员重点对膜法和变压吸附法进行了调研，具体的情况汇报如下：
一、各种吸附方法的原理：
1、有机溶剂吸附法
有机溶剂吸附法的工作原理是：有机溶剂对VC有较大的
溶解性，对氢气等无机物的溶解性较小的差异。
利用物质溶解度的不同，对VC进行吸附。
然后通过加热的办法，降低VC的溶解度，将VC进行回收。
可供选择的有机溶剂有：丙酮、甲乙酮、N-烷基内酰氨、三氯乙烯、二氯乙烷、一氯苯、二氯苯、四氯化碳等有机溶剂。
溶剂回收工艺的效果不是太理想，工艺流程长，成本较高，吸收液在解吸的过程中，往往伴有溶剂的挥发损失，容易造成二次污染。
同时由于有机溶剂对VC的净化程度较差，同时对回收率太低，现有的氯碱行业已经淘汰这种方法。
2、变温吸附（简称TSA，包括活性炭吸附和活性炭纤维
吸附）法
变温吸附法的工作原理是：利用吸附剂物质在不同的温度下对被吸附物的吸附能力的不同，在低温下吸附，在高温下解吸。
现有的吸附剂一般为多孔的活性炭或活性炭纤维。
变温吸附的工艺一般是两塔操作，一塔吸附，一塔进行解吸再生的操作。
解吸后的VC回收到气柜，由于乙炔的吸附力较差，乙炔和其他气体放空。
变温吸附生产过程中需要低温冷却，解吸时需要蒸汽加热，解吸后需要风机进行吹扫降温。
吸附器内有盐水盘管，由于温度变化大，盘管的寿命和吸附剂的寿命较短。
人工操作，劳动强度大，再生不彻底。
在风机降温的过程中，容易
出现安全事故。
我分厂目前采用的这种装置，由于弊病较多，并且吸附能力较差，已经放弃使用。
3、膜分离法
膜分离法是利用尾气中的不同组分在有机膜上溶解-扩散特性的不同进行分离的。
原理就是一种分子筛。
氢气和氮气溶解-扩散的特性较弱，在有机膜的截流侧富集，氯乙烯气体的溶解-扩散的特性较强，在有机膜的渗透侧富集，从而达到分离的目的。
4、变压吸附法（简称PSA）
变压吸附法是利用原理就是利用气体组分在固体吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程来实现气体组分的分离和提纯。
变压吸附法（简称PSA）技术关键之一是吸附剂的选择，PSA专用吸附剂可分为硅胶、活性炭、活性氧化铝、分子筛等几大类，在这些吸附剂中，由于吸附剂的表面极性、表面电化学性质以及孔径分布和吸附剂比表面积的差异，造成了对气体吸附和解吸性质具有较大的差异，通过多种吸附剂的组合，达到对不同馏分的气体进行分离的目的。
二、主流吸附法的调研结果
1、调研厂家基本情况
本次调研的厂家名称为宜宾天原化工股份有限公司。
采用电石法生产聚氯乙烯树脂，现有的生产能力为34万吨/年，
其中一套尾气吸附能力为24万吨/年，采用的是先膜法后变压吸附的两段法。
（该装置2004年2月份膜法吸附系统先开车，开车后发现尾气放空无法达到环保要求，然后在膜法系统后串联一套变压吸附）另一套尾气吸附采用的是10万吨/年的变压吸附装置（在建，预计2006年2月投入使用）。
2、宜宾天原化工公司尾气吸附装置流程
两段法吸附的操作流程：
正常情况下，经过尾气冷却器排放的尾气组分为乙炔2.57~4%，氯乙烯7.06~9%，压力为0.5Mpa。
经过尾气冷凝器排放的尾气通过电加热装置，进入由三套有机膜串联的膜吸附装置，膜吸附装置吸附后的气体经过解吸后进入气柜（根据设计要求也可以进入后排转化器），未吸附的放空气体进入后段的变压吸附。
膜法未吸附的放空气的压力为0.3Mpa左右，在这种压力下进入变压吸附装置。
变压吸附的采用的是PLC自动控制系统，整个操作过程全部无人管理，由电脑控制。
通过微机自动控制变压吸附塔的操作，解吸后的气体进入气柜（根据设计要求也可以进入后排转化器），未吸附的放空气体直接放空。
观察天原化工厂的尾气吸附操作记录，具体操作数据如下：尾气冷凝器放空气组分：
C2H2：2.57~4%，VC：7.06~9%
经过膜法吸附的解吸气的尾气组分为：
C2H2~14.66%，VC~10.00%， O2~1.99%
膜法吸附放空气的尾气组分为（进入变压吸附装置）：C2H2~0.58%，VC~0.90%， O2~1.55%
变压吸附放空气体组分为：
C2H2~65.97ppm，VC~0%， O2~2.75%，直接放空。
3、宜宾天原化工尾气装置的使用情况
现有的膜法吸附装置使用有1年左右，阀门和管线有泄漏的现象，更换过部分，原因主要是质量问题。
在2005年4月中旬，由于氯乙烯液料直接进入膜法吸附器，导致吸附剂（有机膜）溶解，遭到破坏。
三组吸附膜有一组完全更换，另有部分更换。
由于对氧气的分离作用不强，需定时的分析气柜内的含氧量，不定期的放空排氧。
现有的变压吸附装置使用有8个月时间，暂时没有出现任何问题，使用正常。
二、主流吸附法的优缺点
1、膜法吸附
膜法吸附的优点：占地面积少，空间利用率高。
氯乙烯吸附率达到85%左右，乙炔吸附率达到75%左右。
操作强度低，在正常的情况下，基本无人操作。
整个系统操作安全、可靠。
膜法吸附的缺点：项目投资较大，约200万左右。
膜法
吸附的精度不是太高，尾气当中大概VC15%和C2H225%的有用尾气没有被吸附下来直接排放，形成浪费。
膜法吸附对氧气的分离能力较弱，氧气的积累造成氯乙烯系统自聚，必须定期排放。
膜法操作的弹性较差，在压力波动的情况下，需要手动调节。
吸附剂的稳定性较差，特别是对于尾气液料的冲击，有致命的损伤。
虽然在前部加电伴热，但不能完全解决问题，操作费用较高。
2、变压吸附
变压吸附的优点：吸附能力强，氯乙烯吸附率达到99%左右，乙炔吸附率达到99%左右。
操作自动化，基本无人操作。
不同压力、流量操作的弹性较大，可以通过电脑自动控制调节。
对氧气的分离能力较强。
吸附剂的稳定性较强，太原化工厂
最先使用变压吸附，已经运行1.5年，至今没有出现问题。
整个系统操作安全、可靠。
变压吸附的缺点：项目投资较大，约200万左右。
占地面积较大16M*9M，高度大概在6M左右，空间利用率低。
三、尾气吸附回收氯乙烯经济效益分析
10万吨树脂产量下：氯乙烯尾气放空量=600 m3/h
全年回收VCM的数量如下：
（600×0.10VC）÷22.4×62.5×8000hr/年＝1339.30吨/年
全年回收VCM的价值如下：
1339.30吨/年×0.45万元/吨＝602.7万/年
全年回收乙炔的数量如下：
（600×0.04 C2H2）÷22.4×26×8000hr/年＝640吨/年
1吨电石发气量按300M3乙炔计算，每年可节约电石640吨，每吨电石按2300元/吨计算，仅此损失每年147.2万元。
从以上数据可以看出，每年可以回收氯乙烯1339.30吨，全年回收VCM的价值为602.7万元，每年节约电石640吨，价值147.2万元。
每年创造经济效益：
147.2＋602.7＝749.9万元
通过以上计算结果可以看出尾气回收装置有极高的投资价值，3个月就可以收回投资。
四、相关评估
从经济学分析，尾气吸附的潜在的经济利润明显，它可以大大降低PVC树脂的成本。
在相同的条件下，尾气吸附装置可以增加500～600万元的利润。
利润相当可观。
从生产角度来讲，氯乙烯厂希望尾气吸附装置有较好稳定性。
操作上尽可能的降低劳动强度。
同时在集团现有的生产条件下，尾气吸附的操作弹性要好。
从安全角度来讲，氯乙烯生产介质易燃易爆，系统的气密性要好，生产工序的安全可靠性要好。
从运行成本来讲，相关的吸附剂的稳定性要好。
同时吸附剂的平均寿命要长，平均成本要低。
五、调研结论
综合上述条件，同时参考宜宾天原化工集团的生产数据，氯乙烯厂认为，变压吸附有较好的使用效果。
以上调研的数据资料真实可靠，望集团公司领导参考调研报告，就在氯乙烯厂设置尾气吸附装置进行考虑。
建议集团领导批准将氯乙烯扩建工程中的，尾气吸附装置提前上马，提前产生效益。
由于该项目为环保项目，应该可以向市环保局争取环保资金或贷款。
附：相关吸附法各项数据对比一览表
相关吸附法各项数据对比一览表。