氯乙烯尾气回收装置变压吸附改造_王平
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表2 氯乙烯回收改造后吸附塔工艺步序表
状态
T1
T2
T3
T1
T2
T3
T1
T2
T3
123456789
T101A A A A D+V1 V V V FR FR
T101B V FR FR A A A D+V1 V V
T101C D+V1 V V V FR FR A A A
（6）回收的产品气增加氧含量分析装置。一般来 说，为保证转化工段设备安全，要求混合气中氧的体 积 分 数≤2.8%，因 此 ，尾 气 回 收 的 产 品 气 如 果 想 送 回转化工段， 必须对产品气中的氧含量进行连续分 析 ，当 产 品 气 中 氧 的 体 积 分 数≥2.8%时 ，必 须 停 止 输送。
1 工艺流程简介
陕西金泰氯碱化工有限公司的氯乙烯生产工艺 采用电石法。产生的氯乙烯气体经压缩进精馏工段， 从精馏工段出来的尾气（尾气回收原料气）经压力调 节和储罐的缓冲， 直接经程控阀进入吸附塔中正处 于吸附工况的某一个塔进行吸附， 由吸附剂将原料 气中的氯乙烯吸附下来，吸附塔的排空气（主要是惰 性气体）经程控阀排出，再经尾气缓冲罐、调节阀及 阻火器后直接排空。 被吸附塔吸附的氯乙烯经加热 逆放后，经冷却器冷却，再经真空泵真空解析，析出 氯乙烯送入氯乙烯气柜。氯乙烯吸附到一定程度，原 料气中的氯乙烯会穿过吸附剂床层， 影响放空气体 质量，此时将原料气切换至另一个吸附塔进行吸附， 让该吸附剂再生（解吸过程）。 解吸过程中排出的气 体（主要为氯乙烯、乙炔气及少量其他气体）成为解
该公司原氯乙烯尾气回收装置采用变温变压吸 附回收工艺。 含氯乙烯的原料气体进入吸附塔中正 处于吸附工况的塔底， 在选择吸附的条件下将全部 的氯乙烯及少量乙炔、氮气和氢气吸附，一次性使尾 气中氯乙烯体 积 分 数 低 于 国 家 排 放 标 准 （36×10-6） 后从塔顶直接排出。 2.3.2 再生过程
（7） 尾气回收三塔运行步序由 12 步变为 9 步。 新旧步序对比情况如表 1、表 2 所示。
表1 氯乙烯回收改造前吸附塔工艺步序表
状态 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
T101A A A A A D H+V R C DD DD S FR T101B DD DD S FR A A A A D H+V R C T101C D H+V R C DD DD S FR A A A A
b.最终升压用回收后的尾气。 c.在 T2 时间段，对吸附塔加热，其时间在现场调 试时确定，然后再进行加热和抽真空同时进行。 d.T1 时间约为 10 min，T2 时间要求吸附塔的温度 要升到规定值，且压力要降到设计值，T3 的时间要求 将吸附塔温度降至 50 ℃左右，T4 时间为 50~80 min。
第5期
30
2009 年 5 月
中国氯碱 China Chlor－Alkali
No．5 May,2009
氯乙烯尾气回收装置变压吸附改造
王平 （陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100）
摘 要：介绍了氯乙烯尾气回收变温变压吸附和恒温变压吸附原理，阐述了对氯乙烯尾气回收工艺改
造的目的和方案。 通过改造，吸附塔长期稳定运行，产品气的质量能满足转化装置的要求，且能回收大
原料气
加热
变压吸附再生装置
冲洗气
逆放气
冷却 真空泵
鼓风机
排空气 产品气
图 1 尾气回收改造方案简图
（1）原料气管道增加预热器，预热器后原料气管
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中国氯碱
2009 年第 5 期
道上增加测温点，检测预热效果。 （2）真空泵 24 h 运行。 改造前的三塔运行步序
表 由 12 步 组 成 ，在 这 些 步 序 中 ，只 有 第 2、第 6、第 10 步需要抽真空，其他步序不需要抽真空，因此，真 空泵不需要 24 h 运行。 改造后的三塔运行步序表由 9 步组成，3 个吸附塔中总有 1 个吸附塔抽真空。
量的氯乙烯和乙炔。
关键词：变压吸附；氯乙烯；吸附塔；尾气回收；变温；恒温
中图分类号：TM461
文献标识码：B
文章编号：1009－1785(2009)05－0030-03
Innovation of pressure swing adsorption of tail gas recovery equipment of vinyl chloride
采用变压吸附从尾气提浓氯乙烯。 变压吸附气 体提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂具有 的性质：一是对不同组分的吸附能力不同；二是吸附 质上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加， 随吸 附温度的上升而减少。
在压力一定时，随着温度升高，吸附容量逐渐
第5期
王 平：氯乙烯尾气回收装置变压吸附改造
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减小；温度一定时，随着压力的升高，吸附容量逐渐 增大，这正是变压吸附工艺所利用的特性。 吸附塔 里的吸附剂就是利用在常温高压下大量吸附原料 气中氯乙烯组分，然后降低分压，在高温低压下使 氯乙烯解吸。
WANG Ping (Shanxi Jintai Chlor-alkali Chemical & Industry Co., Ltd., Yulin 718100, China) Abstract: The principles of temperature and pressure swing adsorption and constant temperature and pressure swing adsorption in tail gas recovery of vinyl chloride were introduced. The aims and project of recovery and innovation of recovery process of tail gas of vinyl chloride were discussed. After innovation, adsorption tower was long -term stable opertion. The quality of gas could met the requirement of coversion equipment, and lots of vinyl chloride and acetylene were recovered. Key words: pressure swing adsorption; vinyl chloride; adsorption tower; tail gas recovery; temperature changing; constant temperature
吸气， 本装置解吸气分为逆放解吸气和抽真空解吸 气。逆放解吸气来自逆放步骤，通过程控阀后直接去 氯乙烯气柜。真空解吸气来自抽真空解吸，经抽真空 后的解吸气通过真空泵送至氯乙烯气柜。
2 尾气回收改造
通过尾气回收， 使尾气氯乙烯体积分数达到国 家 规 定 排 放 标 准 （≤36×10-6），同 时 ，通 过 回 收 使 尾 气中氯乙烯回收率≥99.9%，乙炔回收率≥99.0%。 2.1 吸附原理
一般变温吸附法的循环周期长、投资较大，但再 生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的净化。变 压吸附的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量 相对较少，不需要外加换热设备，因此，被广泛用于 大量多组分气体的分离与纯化。 2.2 尾气回收氯乙烯的特点
氯乙烯尾气的特点是原料气压力低， 原料组分 除氯乙烯外，还有氮气、氢气和乙炔，提浓氯乙烯后 的尾气要达到直接排空要求。 氯乙烯被吸附剂吸附 的能力比氮气、氢气和乙炔大得多，吸附氯乙烯的特 殊吸附剂在真空状态下容易解吸，利用此性质，在较 高的压力下， 含氯乙烯尾气的气体通过装有特殊吸 附剂的床层，可以将氯乙烯几乎完全吸附，使排放尾 气达到国家排放标准， 然后再通过抽真空的过程获 得 氯 乙 烯 ， 并 使 氯 乙 烯 体 积 分 数 ≥90% ， 使 吸 附 剂 获 得再生。 2.3 吸附塔的吸附与再生 2.3.1 吸附过程
（4）吸附塔升压总管增加压力调节阀。为保证吸 附塔在吸附前逐步有序地升压，减少吸附塔压力大 幅度波动对吸附塔的损害，延长吸附塔寿命，在吸 附塔升压总管增加压力调节阀和升压总管压力测 量仪表。
（5）逆放气出口增加逆放气压力调节阀。为保证 产品气缓冲罐压力及增压风机产品气入口压力稳 定，保证增压风机在不同的步序也能稳定运行，增加 逆放气压力测量仪表和逆放气压力调节阀。
（3）反吹 利用放空气对吸附塔死空间内氯乙烯的含量较 高气体进行吹除。反吹出的气体氯乙烯含量较高，不 能直接放空， 故使该气体经程控阀门进入另一台处 于备用状态的吸附塔，再经程控阀门直接放空。 （4）冷却 完成反吹过程后，吸附塔的温度还较高，不利于 下一个循环的吸附， 故需打开冷却水程控阀门对该 吸附塔进行冷却。 （5）尾气最终升压 完成冷却过程后， 吸附塔的压力还未达到吸附 压力，此时需用尾气对该塔进行最终升压，使其压力 达到 0.3 MPa 的吸附压力，达到平稳吸附的目的。 2.4 尾气回收改造的目的及原理 使用现有的变压变温吸附工艺， 吸附塔不断被 加热和冷却，造成吸附塔骤热骤冷，不能在相对稳定 的工况下运行， 列管经常漏水， 吸附塔寿命大大缩 短，造成尾气回收装置无法正常运行。 因此，必须将 尾气回收变温变压吸附工艺改造成恒温变压吸附工 艺，使该装置能长周期稳定运行。 变压吸附法从氯乙烯分馏尾气中回收氯乙烯和 乙炔，采用复合吸附床，复合床内分层装填了数种经 过改性的专用吸附剂。 当富含氯乙烯和乙炔的尾气 （ 其 中 ，C2H2，C2H3Cl 的 体 积 分 数 分 别 约 为 5.4％ ， 8.97％）在一定压力下通过吸附床时，C2H3Cl、C2H2 等 强吸附组分被专用吸附剂吸附， 其余的 N2、H2 等通 过吸附床直接排放， 排放气中氯乙烯和乙炔含量完 全符合国家规定的排放标准。 而被专用吸附剂吸附 截 留 的 C2H3Cl 和 C2H2 在 解 吸 过 程 中 几 乎 完 全 回 收，同时吸附剂得到再生，继而形成连续、稳定的循 环操作。 2.5 改造方案 总的原则是在充分利用现有设备的基础上，适 当添加一些设备和仪表，并重新编程组态，完成尾气 回收改造。 改造方案简图如图 1 所示。
（3）产品气增加增压装置—增压风机。产品气压 力 约 为 20 kPa， 转 化 工 段 转 化 器 前 混 合 器 压 力 为 18~37 kPa，增压风机保证了尾气回收产品气有效送 到转化器前管道中。而且，送过来的产品气中的乙炔 气（C2H2 约 3.7%）还能充分和转化工段混合器后残 余的氯化氢气进行反应和吸收； 产品气中的氯乙烯 气 体 （VCM 体 积 分 数≥85%）通 过 转 化 、压 缩 、精 馏 又重新回到氯乙烯单体储槽中回收利用。
（1）逆放 吸附过程结束后， 吸附塔还有约 0.3 MPa 的压 力， 需逆着吸附方向将吸附塔压力降至约 0.02 MPa。 被吸附的杂质部分从吸附剂中解吸出来。 逆放解吸 气体将通过程控阀门与真空泵出口管道汇合送出界 区（去气柜）。在这一过程中，打开蒸汽程控阀及冷凝 水程控阀对该吸附塔进行升温。 （2）抽真空解吸 该过程也是逆着吸附方向，利用真空泵将吸附 压力逐渐由 0.02 MPa 降低至-0.09 MPa， 被吸附的 各类杂质组分在真空状态下从吸附剂中完全解吸 出来，使吸附剂得以完全再生。 该装置共配置 2 台 真空泵，一开一备。 在抽真空过程中继续对吸附塔 进行升温。
（上接பைடு நூலகம் 10 页）
7 结论
上述 2 种隔膜碱的最佳运行电流强度的计算方 法中，交叉法追求的是最低的成本，而数据回归法追 求的是最大的效益，2 种方法分别适用于不同 情 况 下的需求， 而且无论哪种方法得到的都是剔除了较 多其他影响因素后的理论结果。结合前面的分析，不
说明：a. 符号说明。 A—吸附；D—逆放；H—加 热 ；V—抽 真 空 ；C—冷 却 ；R—反 吹 ；S—顺 放 ；DD— 等待；FR—尾气最终升压。 两位阀动作步序表略。
状态
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（6）回收的产品气增加氧含量分析装置。一般来 说，为保证转化工段设备安全，要求混合气中氧的体 积 分 数≤2.8%，因 此 ，尾 气 回 收 的 产 品 气 如 果 想 送 回转化工段， 必须对产品气中的氧含量进行连续分 析 ，当 产 品 气 中 氧 的 体 积 分 数≥2.8%时 ，必 须 停 止 输送。
1 工艺流程简介
陕西金泰氯碱化工有限公司的氯乙烯生产工艺 采用电石法。产生的氯乙烯气体经压缩进精馏工段， 从精馏工段出来的尾气（尾气回收原料气）经压力调 节和储罐的缓冲， 直接经程控阀进入吸附塔中正处 于吸附工况的某一个塔进行吸附， 由吸附剂将原料 气中的氯乙烯吸附下来，吸附塔的排空气（主要是惰 性气体）经程控阀排出，再经尾气缓冲罐、调节阀及 阻火器后直接排空。 被吸附塔吸附的氯乙烯经加热 逆放后，经冷却器冷却，再经真空泵真空解析，析出 氯乙烯送入氯乙烯气柜。氯乙烯吸附到一定程度，原 料气中的氯乙烯会穿过吸附剂床层， 影响放空气体 质量，此时将原料气切换至另一个吸附塔进行吸附， 让该吸附剂再生（解吸过程）。 解吸过程中排出的气 体（主要为氯乙烯、乙炔气及少量其他气体）成为解
该公司原氯乙烯尾气回收装置采用变温变压吸 附回收工艺。 含氯乙烯的原料气体进入吸附塔中正 处于吸附工况的塔底， 在选择吸附的条件下将全部 的氯乙烯及少量乙炔、氮气和氢气吸附，一次性使尾 气中氯乙烯体 积 分 数 低 于 国 家 排 放 标 准 （36×10-6） 后从塔顶直接排出。 2.3.2 再生过程
（7） 尾气回收三塔运行步序由 12 步变为 9 步。 新旧步序对比情况如表 1、表 2 所示。
表1 氯乙烯回收改造前吸附塔工艺步序表
状态 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
T101A A A A A D H+V R C DD DD S FR T101B DD DD S FR A A A A D H+V R C T101C D H+V R C DD DD S FR A A A A
b.最终升压用回收后的尾气。 c.在 T2 时间段，对吸附塔加热，其时间在现场调 试时确定，然后再进行加热和抽真空同时进行。 d.T1 时间约为 10 min，T2 时间要求吸附塔的温度 要升到规定值，且压力要降到设计值，T3 的时间要求 将吸附塔温度降至 50 ℃左右，T4 时间为 50~80 min。
第5期
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2009 年 5 月
中国氯碱 China Chlor－Alkali
No．5 May,2009
氯乙烯尾气回收装置变压吸附改造
王平 （陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100）
摘 要：介绍了氯乙烯尾气回收变温变压吸附和恒温变压吸附原理，阐述了对氯乙烯尾气回收工艺改
造的目的和方案。 通过改造，吸附塔长期稳定运行，产品气的质量能满足转化装置的要求，且能回收大
原料气
加热
变压吸附再生装置
冲洗气
逆放气
冷却 真空泵
鼓风机
排空气 产品气
图 1 尾气回收改造方案简图
（1）原料气管道增加预热器，预热器后原料气管
32
中国氯碱
2009 年第 5 期
道上增加测温点，检测预热效果。 （2）真空泵 24 h 运行。 改造前的三塔运行步序
表 由 12 步 组 成 ，在 这 些 步 序 中 ，只 有 第 2、第 6、第 10 步需要抽真空，其他步序不需要抽真空，因此，真 空泵不需要 24 h 运行。 改造后的三塔运行步序表由 9 步组成，3 个吸附塔中总有 1 个吸附塔抽真空。
量的氯乙烯和乙炔。
关键词：变压吸附；氯乙烯；吸附塔；尾气回收；变温；恒温
中图分类号：TM461
文献标识码：B
文章编号：1009－1785(2009)05－0030-03
Innovation of pressure swing adsorption of tail gas recovery equipment of vinyl chloride
采用变压吸附从尾气提浓氯乙烯。 变压吸附气 体提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂具有 的性质：一是对不同组分的吸附能力不同；二是吸附 质上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加， 随吸 附温度的上升而减少。
在压力一定时，随着温度升高，吸附容量逐渐
第5期
王 平：氯乙烯尾气回收装置变压吸附改造
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减小；温度一定时，随着压力的升高，吸附容量逐渐 增大，这正是变压吸附工艺所利用的特性。 吸附塔 里的吸附剂就是利用在常温高压下大量吸附原料 气中氯乙烯组分，然后降低分压，在高温低压下使 氯乙烯解吸。
WANG Ping (Shanxi Jintai Chlor-alkali Chemical & Industry Co., Ltd., Yulin 718100, China) Abstract: The principles of temperature and pressure swing adsorption and constant temperature and pressure swing adsorption in tail gas recovery of vinyl chloride were introduced. The aims and project of recovery and innovation of recovery process of tail gas of vinyl chloride were discussed. After innovation, adsorption tower was long -term stable opertion. The quality of gas could met the requirement of coversion equipment, and lots of vinyl chloride and acetylene were recovered. Key words: pressure swing adsorption; vinyl chloride; adsorption tower; tail gas recovery; temperature changing; constant temperature
吸气， 本装置解吸气分为逆放解吸气和抽真空解吸 气。逆放解吸气来自逆放步骤，通过程控阀后直接去 氯乙烯气柜。真空解吸气来自抽真空解吸，经抽真空 后的解吸气通过真空泵送至氯乙烯气柜。
2 尾气回收改造
通过尾气回收， 使尾气氯乙烯体积分数达到国 家 规 定 排 放 标 准 （≤36×10-6），同 时 ，通 过 回 收 使 尾 气中氯乙烯回收率≥99.9%，乙炔回收率≥99.0%。 2.1 吸附原理
一般变温吸附法的循环周期长、投资较大，但再 生彻底，通常用于微量杂质或难解吸杂质的净化。变 压吸附的循环周期短，吸附剂利用率高，吸附剂用量 相对较少，不需要外加换热设备，因此，被广泛用于 大量多组分气体的分离与纯化。 2.2 尾气回收氯乙烯的特点
氯乙烯尾气的特点是原料气压力低， 原料组分 除氯乙烯外，还有氮气、氢气和乙炔，提浓氯乙烯后 的尾气要达到直接排空要求。 氯乙烯被吸附剂吸附 的能力比氮气、氢气和乙炔大得多，吸附氯乙烯的特 殊吸附剂在真空状态下容易解吸，利用此性质，在较 高的压力下， 含氯乙烯尾气的气体通过装有特殊吸 附剂的床层，可以将氯乙烯几乎完全吸附，使排放尾 气达到国家排放标准， 然后再通过抽真空的过程获 得 氯 乙 烯 ， 并 使 氯 乙 烯 体 积 分 数 ≥90% ， 使 吸 附 剂 获 得再生。 2.3 吸附塔的吸附与再生 2.3.1 吸附过程
（4）吸附塔升压总管增加压力调节阀。为保证吸 附塔在吸附前逐步有序地升压，减少吸附塔压力大 幅度波动对吸附塔的损害，延长吸附塔寿命，在吸 附塔升压总管增加压力调节阀和升压总管压力测 量仪表。
（5）逆放气出口增加逆放气压力调节阀。为保证 产品气缓冲罐压力及增压风机产品气入口压力稳 定，保证增压风机在不同的步序也能稳定运行，增加 逆放气压力测量仪表和逆放气压力调节阀。
（3）反吹 利用放空气对吸附塔死空间内氯乙烯的含量较 高气体进行吹除。反吹出的气体氯乙烯含量较高，不 能直接放空， 故使该气体经程控阀门进入另一台处 于备用状态的吸附塔，再经程控阀门直接放空。 （4）冷却 完成反吹过程后，吸附塔的温度还较高，不利于 下一个循环的吸附， 故需打开冷却水程控阀门对该 吸附塔进行冷却。 （5）尾气最终升压 完成冷却过程后， 吸附塔的压力还未达到吸附 压力，此时需用尾气对该塔进行最终升压，使其压力 达到 0.3 MPa 的吸附压力，达到平稳吸附的目的。 2.4 尾气回收改造的目的及原理 使用现有的变压变温吸附工艺， 吸附塔不断被 加热和冷却，造成吸附塔骤热骤冷，不能在相对稳定 的工况下运行， 列管经常漏水， 吸附塔寿命大大缩 短，造成尾气回收装置无法正常运行。 因此，必须将 尾气回收变温变压吸附工艺改造成恒温变压吸附工 艺，使该装置能长周期稳定运行。 变压吸附法从氯乙烯分馏尾气中回收氯乙烯和 乙炔，采用复合吸附床，复合床内分层装填了数种经 过改性的专用吸附剂。 当富含氯乙烯和乙炔的尾气 （ 其 中 ，C2H2，C2H3Cl 的 体 积 分 数 分 别 约 为 5.4％ ， 8.97％）在一定压力下通过吸附床时，C2H3Cl、C2H2 等 强吸附组分被专用吸附剂吸附， 其余的 N2、H2 等通 过吸附床直接排放， 排放气中氯乙烯和乙炔含量完 全符合国家规定的排放标准。 而被专用吸附剂吸附 截 留 的 C2H3Cl 和 C2H2 在 解 吸 过 程 中 几 乎 完 全 回 收，同时吸附剂得到再生，继而形成连续、稳定的循 环操作。 2.5 改造方案 总的原则是在充分利用现有设备的基础上，适 当添加一些设备和仪表，并重新编程组态，完成尾气 回收改造。 改造方案简图如图 1 所示。
（3）产品气增加增压装置—增压风机。产品气压 力 约 为 20 kPa， 转 化 工 段 转 化 器 前 混 合 器 压 力 为 18~37 kPa，增压风机保证了尾气回收产品气有效送 到转化器前管道中。而且，送过来的产品气中的乙炔 气（C2H2 约 3.7%）还能充分和转化工段混合器后残 余的氯化氢气进行反应和吸收； 产品气中的氯乙烯 气 体 （VCM 体 积 分 数≥85%）通 过 转 化 、压 缩 、精 馏 又重新回到氯乙烯单体储槽中回收利用。
（1）逆放 吸附过程结束后， 吸附塔还有约 0.3 MPa 的压 力， 需逆着吸附方向将吸附塔压力降至约 0.02 MPa。 被吸附的杂质部分从吸附剂中解吸出来。 逆放解吸 气体将通过程控阀门与真空泵出口管道汇合送出界 区（去气柜）。在这一过程中，打开蒸汽程控阀及冷凝 水程控阀对该吸附塔进行升温。 （2）抽真空解吸 该过程也是逆着吸附方向，利用真空泵将吸附 压力逐渐由 0.02 MPa 降低至-0.09 MPa， 被吸附的 各类杂质组分在真空状态下从吸附剂中完全解吸 出来，使吸附剂得以完全再生。 该装置共配置 2 台 真空泵，一开一备。 在抽真空过程中继续对吸附塔 进行升温。
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7 结论
上述 2 种隔膜碱的最佳运行电流强度的计算方 法中，交叉法追求的是最低的成本，而数据回归法追 求的是最大的效益，2 种方法分别适用于不同 情 况 下的需求， 而且无论哪种方法得到的都是剔除了较 多其他影响因素后的理论结果。结合前面的分析，不
说明：a. 符号说明。 A—吸附；D—逆放；H—加 热 ；V—抽 真 空 ；C—冷 却 ；R—反 吹 ；S—顺 放 ；DD— 等待；FR—尾气最终升压。 两位阀动作步序表略。