天然气乙炔法生产PVC

天然气乙炔法生产PVC

摘要：本文分析了我国天然气资源的情况，并对天然气乙炔法生产PVC的工艺方法进行了概述。通过天然气法和电石法在生产技术、经济效益、社会效益上的比较，得出天然气乙炔法生产PVC是PVC生产行业的一项重要工艺，对环境保护等将发挥重要作用。

关键词：天然气乙炔PVC

目前，我国PVC生产能力的60%以上采用电石法。使用天然气乙炔法，从行业发展的角度来说，成本终将降低到电石法生产PVC之下。届时，电石法PVC 生产企业将不得不面临更加严峻的竞争考验，如果不采取生产工艺的改进措施，部分高成本电石法PVC生产企业面临被淘汰出市场的风险。而天然气乙炔法从长远的角度来说，由于我国天然气产能的逐年提高，尤其在天然气能源丰富的地区，将会比电石法具有更好的经济效益、更强的抗风险能力，对于环境的保护和资源的合理利用也更加的有利。

一、我国天然气资源概况

进入二十一世界以来，天然气继石油、煤炭之后已经成为世界能源支柱，其清洁、环保、高效利用的特点，越来越得到国际的认可。据估计，至本世纪中叶，天然气的使用将占到世界能源使用比例的40%左右。因而，包括我国在内的世界各国，都将天然气的开采和利用作为了国家重要的战略决策之一。中国天然气储藏量相对丰富的特点，也保证了中国天然气的开采量将会长期处于世界前列。据调查显示，我国天然气常规开发资源储量为（10～14）×1012m3，占地球最终可开发天然气资源储量的1/33～1/23[1]。

近十年来，我国天然气的产量如图1所示：

由图1可以看出，我国天然气产量在逐年的上升之中。据资料显示，我国天然气产量已经进入世界前十，并朝着更高的排名迈进。

从我国天然气的消费结构来看，以2003年为例，国内天然消费量350亿m3，这其中作为76.6%用于了化工和工业燃料。在化工行业的运用，主要是以天然气合成甲醇和氨。也有部分企业如重庆长寿四川维尼纶厂是采用天然气制乙炔，但它生产的是醋酸、醋酸乙烯等。

二、天然气乙炔法生产PVC的工艺方法

1.乙炔装置

以天然气为原料，氧气为辅助原料，经甲烷部分氧化、裂解反应生成含约6%（V/V干基）乙炔的裂解气，裂解气经用NMP溶剂选择性吸收、解吸，分离

出约99%（V/V干基）纯度的乙炔送至VCM车间做原料。

此方法分为裂解气生成及压缩、乙炔提浓和乙炔净化三大主要部分，以下是各部分的工艺原理。

1.1裂解气生成及压缩工段

部分氧化是本装置的关键工段，天然气和氧气预热至565℃后进入裂解反应炉，按一定比例混合发生燃烧反应（也称为部分氧化反应），生成含乙炔约6%（V/V干基）的裂解气。

天然气中的甲烷与氧气发生部分氧化反应，热原料气体进入烧嘴板后被引燃火焰点燃，主火焰提供生成乙炔的反应热，并产生CO、H2、H2O和CO2。主火焰释放的能量使过量的天然气裂解成自由基而生成乙炔、高级炔（HA），同时生成氢气、一氧化碳和水，并有少量的二氧化碳、丁二炔、乙烯基乙炔、其他烃类物质以及炭黑。这个反应在温度为1500-1700℃的燃烧室中发生。

总反应式如下：

1.2乙炔提浓工段

裂解气在经过冷却、洗涤及压缩等一系列工序后进入提浓工段，其目的是将乙炔从裂解气中分离出来。提浓工段采用的方式为溶剂吸收，选用N-甲基吡咯烷酮（简称NMP）为吸收溶剂。原理如下：

用N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂在加压、常温条件下对裂解气（及循环气的混合气体）进行选择性吸收，然后通过减压、真空、加热等过程使溶解于NMP 溶剂中的气体分步解吸。混合气体经过上述处理后被分离成3股气体：富含氢气和一氧化碳的乙炔尾气、纯度约99%（vol）的粗乙炔气及高级炔气。

1.3乙炔净化工段

从提浓工序来的被水饱和的粗乙炔，纯度为98.8%（V/V干基）净化，获得纯度为99.7%，送至VCM装置作为原料。净化工段采用先碱洗后酸洗的方式，分别选用氢氧化钠溶液和浓硫酸为洗涤剂。

2.PVC装置

天然气气部分氧化法所制得的乙炔相对于电石乙炔含水量较低，本工艺采用浓硫酸单独干燥氯化氢，而后与乙炔气直接进入混合器，从而省去了电石乙炔法制PVC工艺中混合冷冻脱水单元，剩余工艺和电石乙炔法制PVC相同。我公司是目前唯一投建天然气乙炔法生产PVC装置的企业，填补了以天然气为原料生产PVC树脂的空白，随着将近一年多运行，装置在逐步稳定运行[2]。

三、天然气乙炔法生产PVC的优势

1.工艺先进性比较

从乙炔成品的品质来说，采用天然气部分氧化的方法优于电石法。天然气部分氧化后成分组成如表1[3]：

表 1 采用天然气部分氧化法生产的精乙炔气指标

采用天然气部分氧化的方法制得的乙炔中含有一些不饱和烃，这些不饱和烃存在和HCl发生副反应从而影响VCM纯度的可能，进而容易影响PVC树脂的品质，因此在净化工段采用先碱洗后酸洗的方式，除去乙炔气体中的二氧化碳，同时乙炔气体被冷却。然后由浓硫酸对乙炔气进行二级洗涤，气体中的不饱和烃及少量乙炔通过聚合反应被浓硫酸洗去，同时气体中的水分也被浓硫酸吸收。

相对而言，天然气法制得的乙炔的品质要好于电石法，因而制得的VCM的质量也会高于电石法，最终的PVC产物的品质也就会比较高。因此从工艺上而言，天然气法的工艺要好于电石法，只是天然气法装置的控制节点相对较多，这对于操作的方便性造成了一定的影响，但经过一年多时间的摸索，工艺正趋于稳定运行。

2.经济效益比较

以1.20元/m3的价格作为天然气的核算价格来算，生产1t氯乙烯，天然气法和电石法的成本对比如表2[3]：

表2 1t氯乙烯成本对比

从两种方法的成本对比来看，天然气法具有更强的优势。不过，如果天然气的价格超过了2.0元/m3的话，天然气法在成本上的优势也将会被消弭殆尽。

3.环境保护贡献

天然气属于较清洁的能源，产出率较高，对应的其排放出的污染物也就比较少，造成的环境污染也就会相对较少。而电石法的生产工艺，则会产生电石渣等固体废物，不但加大了对于环境的污染，也将造成了环境治理投入的增长，从而也就影响到了企业的经济效益。而采用天然气制乙炔从而生产PVC的工艺，使得PVC的原料路线多样起来，也对环境保护具有十分重要的意义。

四、总结

通过分析，我们可以发现，无论工艺技术的角度，还是从经济效益或者社会效益来看，以天然气为原料生产PVC都具有不可比拟的优势。作为清洁、高效、环保、储量丰富的能源之一，天然气为原料进行的化工产业也将会在未来更加凸