低汞触媒替代高汞触媒运行实践及分析

童刚，陈强，刘喜军

（内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司氯碱化工分公司，内蒙古鄂尔多斯016064）

低汞触媒替代高汞触媒运行实践及分析

童刚，陈强，刘喜军

（内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司氯碱化工分公司，内蒙古鄂尔多斯016064）

对比了低汞触媒和高汞触媒的主要指标，分析了使用2种触媒的乙炔空间流速，一段和二段转化率等生产工况及指标变化情况。

PVC；低汞触媒；乙炔空间流速；转化率

为了降低电石法聚氯乙烯行业氯化汞的使用量，2011年1月，国家环保部下发《关于加强电石法生产聚氯乙烯及相关行业汞污染防治工作的通知》[1-2]，提出到2015年底，电石法[3]聚氯乙烯生产企业要全部使用低汞触媒。为了认真履行国家环保政策，鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司氯碱化工分公司于2014年开始实施低汞触媒相关配套技术改造工作，并于2015年全面实现了低汞触媒替代高汞触媒。现将低汞触媒替代高汞触媒过程中生产工况和转化率指标变化情况进行对比和总结。

1 实验部分

1.1 高汞触媒和低汞触媒主要指标对比及分析（见表1）

1.1.1 氯化汞含量

该公司2015年之前使用高汞触媒，氯化汞含量10.5%～12.5%，2015年以后全面使用低汞触媒，氯化汞含量为6%～6.5%。

1.1.2 水分

高汞触媒和低汞触媒水分含量无差别，为了保证正常使用，新触媒投用前都经过热氮气干燥和HCl活化的过程。

1.1.3 机械强度

触媒机械强度主要取决于触媒载体活性碳的质量，代表触媒的耐磨抗粉化性能，通过公司化验分析，该项指标高汞触媒和低汞触媒无明显差别。

表1 高、低汞触媒主要理化数据指标

1.1.4 装填密度

该公司低汞触媒表观密度平均大约0.54 t/m3，高汞触媒表观密度约为0.65 t/m3，从单台转化器触媒装填量来说，低汞触媒比高汞触媒低，按低汞触媒平均装填量5.725 t和高汞触媒平均装填量7 t对比，装填量减少了18.2%。

1.1.5 氯化汞损失率（250℃）

低汞触媒在250℃氮气气氛下，连续烘焙3 h，然后根据烘焙前与烘焙后汞的减少量计算出汞的流失率；汞损失率越高，说明汞触媒中汞的易升华性越高。

这项指标在该公司采购的高汞触媒指标项目里没有规定，是低汞触媒氯化汞在反应过程中固汞性能的重要指标，直接关系汞触媒的使用寿命。一般企业没有此项指标化验手段，只能通过后期的触媒寿命推断该批触媒氯化汞损失率是否合格，所以选择合格低汞触媒供应商，对于低汞触媒转化率和使用寿命是非常重要的。

2 使用数据采集分析对比

2.1 转化器台数与乙炔空间流速对比

该公司原始设计转化76台，一段40台，二段36台，转化器筒体尺寸覫3 200×3 300，列管尺寸覫45×3，列管数2 674根，单台转化器设计装填容积11.93 m3。随着实际生产负荷的扩大，2015年PVC实际产能42.9万t，已经超过原设计40万t/a，乙炔通量达到21 500 m3/h，通过理论计算，如果更换成低汞触媒，满负荷生产时前台空间流速达到47.42 m3乙炔/（m3催化剂·h），接近低汞触媒适宜空间流速的上限50 m3乙炔/（m3催化剂·h）。考虑低汞触媒对于乙炔空间流控制要求较高，特别是触媒使用初期培养期阶段负荷不到满负荷通量30%的特点，按照原设计76台转化器配置，实际运行时大部分前台转化器乙炔空间流速会超出低汞触媒适宜空间流速的上限50 m3乙炔/（m3催化剂·h）。

该公司于2015年实施技术改造新增了20台转化器，考虑到一段转化器担负着70%以上的乙炔转化率，乙炔空间流速在前后台呈现出前高后低的特点，为了调整前台转化器的实际空间流速，新增20台转化器中12台增加到了一段，8台增加到了二段，改造后一、二段转化器数量分别为52台和44台，转化前后台比例为1.18∶1，和传统的前后台转化数量1∶1的配置有所改变。

改造后前台乙炔空间流速下降到了36.04 m3乙炔/（m3催化剂·h），空间流速较改造前降低了24%，为低汞触媒的正常使用创造了良好的条件空间流速对比见表2。

表2 高、低汞触媒转化器台数及空间流速对比表

2.2 低汞触媒单台转化率和使用寿命

为了反应低汞触媒在单台转化器的转化率和使用寿命，在此选择2批低汞触媒一二段全使用周期数据做分析。

2.2.1 批次1

触媒厂家为贵州大龙银星汞业有限责任公司，二段装填于二线38#转化器，2015年7月26日后投用，2016年4月27日翻到至前台5#转化器, 2016年10月10日报废，触媒全周期使用寿命结束，除去检修及停车时间，实际使用时间9 360 h，见表3。后台使用完成后翻倒至二线5#转化器一段反应，数据见表4。

2.2.2 批次2

触媒厂家为贵州大龙银星汞业有限责任公司，二段装填于一线32#转化器，2015年8月14日投用，2016年1月31日翻倒至前台3#转化器，2016年10月14日报废，触媒全周期使用寿命结束，除去检修及停车时间，实际使用时间9 936 h，分别见表5、表6。

从以上2批低汞触媒全使用周期使用情况来看，投运第一个月，适当控制转化器乙炔通量在正常负荷的30%以下，并转化器温度控制在150℃以下，后期满负荷生产条件下，反应寿命均超过9 000 h，期间转化器反应指标能够满足生产需求。

2.3 一、二段转化器总体转化率情况

2014-2016年一、二段转化总体转化率情况分别见图1、图2。

表3 二线38#转化器二段反应数据

表4 二线5#转化器一段反应数据

表5 一线32#转化器二段反应数据

表6 一线3#转化器前台反应数据

图1 一线一段与二段乙炔和氯化氢含量随时间变化图

图2 二线一段与二段乙炔和氯化氢含量随时间变化图

该公司2014年使用高汞触媒，2015年开始响应国家环保政策全面使用低汞触媒，系统内仍有原来装填的高汞触媒，2015年为高汞触媒转为低汞触媒的过度，2016年系统内全部为低汞触媒。从一、二线VCM转化反应后乙炔、HCl历史数据来看，一段总管反应后乙炔2014年有超过30%的情况，而使用低汞触媒以后，一段总管反应后乙炔含量基本能控制在25%以下，无论使用高汞触媒还是低汞触媒，转化二段总管乙炔含量均控制在2%以下，说明通过合理使用，低汞触媒以后总体转化率和使用高汞触媒基本一致，转化率并没有下降。

3 结语

目前，电石法PVC低汞触媒的全面应用大势所趋，但行业内对于低汞触媒的应用还存于探索阶段，鄂尔多斯氯碱化工PVC公司通过全面使用低汞触媒一年多来的经验证明，贵州大龙银星的低汞触媒完全能够满足高负荷生产使用需求，同时低汞触媒的正常使用需要做好以下几点：（1）选择合格的低汞触媒供应商；（2）按照触媒厂家要求控制好活化期内低汞触媒的乙炔空间流速和转化器温度，有条件的企业可以在单台转化器进口加装流量计，这样有利于转化器流量精确控制。（3）一、二段转化器台数比例很重要，既要考虑一段转化器的反应负荷高的特点，也要兼顾二段转化率要求高，二段低汞触媒空间流速控制不可过高，否则二段总管转化率难以保证。

除低汞触媒全面应用之外，鄂尔多斯氯碱化工PVC公司还在进行无汞触媒试验工作，希望通过该公司以及行业单位的共同努力，使电石法PVC低汞化，无汞化的环保目标早日实现。

［1］李国栋，周军，张新力．电石法聚氯乙烯生产中汞消耗与汞污染的降低．中国氯碱，2009（3）：42－45．

［2］张泗文．欧盟将在2011年禁止出口汞．中国氯碱，2008（11）：14．

［3］邓云祥．聚氯乙烯生产原理．北京，科学出版社，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