一种PVC生产中合成尾气变压吸附方法与流程

本发明涉及电石法PVC生产装置中VCM合成尾气处理的一种尾气吸附方法。

背景技术：

电石法VCM生产过程中，由于系统中存在乙炔、氯乙烯、氮气等过量气体，其中氮气并不能够并被反应使用，需要进行排放，但尾气经过冷凝处理后，并不能够完全出去尾气中的乙炔和氯乙烯，国家环保排放标准逐年提升，目前明确要求排放尾气含VCM＜10mg/Nm³，含非甲烷总烃＜20mg/Nm³，这就需要采用新的变压吸附技术对不同物性的气体进行吸附、分离和回用；

本装置氯乙烯和乙炔的净化回收使用的变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)，是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂易吸附高沸点组分，不易吸附低沸点组分，以及高压下吸附量增加、减压下吸附量减小的特性，将原料气在加压下通过吸附剂床层，VCM和C2H2等高沸点杂质组份被选择性吸附，低沸点的氮气等组份不易吸附而通过吸附剂床层，达到VCM、C2H2和其他组份分离的目的。然后在减压下解吸被吸附的VCM、C2H2组份，使吸附剂获得再生，以便于再次进行吸附分离。

目前由于很多变压吸附装置设计时并不能达到目前环保排放的要求，企业面临着排放不达标的困难，急需一种安全可靠的改进措施来保证排放达标。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种PVC生产中合成尾气变压吸附方法，用于电石法PVC生产装置中VCM合成尾气处理，保证装置整体吸附、再生循环，不会使吸附过程出现断档，保证连续正常生产并使尾气达标排放。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种PVC生产中合成尾气变压吸附方法，包括以下步骤：

1)、吸附

开启程控阀KV-1A和KV-2A，关闭与吸附器A101A相连的其它阀门，原料气由阀KV-1A进入，并自下而上通过吸附器A101A，原料气中的VCM、C2H2组份被吸附分离，净化气通过KV-2A流出，当被吸附杂质的吸附前沿移动到吸附器上部时，关闭KV-1A和KV-2A，停止原料气进入和净化气输出；

过程压力：0.5MPa，步骤执行时间：105s；

2)、顺向放压

开启程控阀KV-5A和HV101，开启KV-15D，吸附器A101A吸附步骤停止后，紧接着进行顺放步骤，向吸附器A101D提供抽空冲洗气，步骤结束时，关闭KV-5A、HV101和KV-15D；

过程压力：由0.5MPa下降至0.45Mpa，步骤执行时间：25s；

3)、第一级压力均衡降

开启程控阀KV-4A和阀KV-4B，吸附器A101A顺放步骤停止后，与吸附器A101B出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101A中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101B回收，当两台设备压力基本相等时，一均降步骤结束，关闭程控阀KV-4A和阀KV-4B；

过程压力：由0.45MPa下降至0.31MPa，步骤执行时间：25s；

4)、第二级压力均衡降

开启程控阀KV-4A和KV-9，吸附器A101A一均降步骤停止后，与均压罐V101进行压力均衡，均压过程中吸附器A101A中低浓度的VCM、C2H2被均压罐V101回收，当两台设备压力基本相等时，关闭KV-4A和KV-9，二均降步骤结束；

过程压力：由0.35MPa下降至0.20MPa，步骤执行时间：30s；

5)、第三级压力均衡降

开启程控阀KV-15A和阀KV-15D，吸附器A101A二均降步骤停止后，与吸附器A101D出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101A中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101D回收，当两台设备压力基本相等时，三均降步骤结束，关闭程控阀KV-15A和阀KV-15D；

过程压力：由0.20MPa下降至0.06MPa，步骤执行时间：30s；

6)、逆向放压

逆向放压分2步进行，首先开启KV-6A和KV-11A，在逆放初始阶段，将较高压力的逆放气放入解吸气缓冲罐V102A，解吸气缓冲罐V102A内的气体再次经过PV-105b调节平稳进入解吸气缓冲罐V102B，当压力降到一定值时，关闭KV-11A；

继续开启KV-6A、同时开启KV-11B，使较低压力的逆放气进入解吸气缓冲罐V102B，逆放结束后，关闭KV-6A和KV-11B，此时吸附塔内的吸附剂得到初步再生；

过程压力：由0.06MPa下降至0.01MPa，步骤执行时间：75s；

7)、抽空和抽空冲洗

开启阀KV-17，真空泵通过阀KV-17对吸附器A101A进行抽空，抽空气送入解吸气缓冲罐V102B，抽空2个分周期后，关闭阀KV-17，开启阀KV-3A和KV-15A，进行抽空冲洗，以充分再生吸附剂，抽空冲洗步骤结束后，关闭KV-15A，继续抽空，完成第3个抽空分周期后，关闭阀KV-3A，完成整个抽空步骤，此时吸附塔内的吸附剂得到彻底再生；

过程压力：由0.01MPa下降至-0.085MPa，步骤执行时间：315s；

8)、第三级压力均衡升

开启程控阀KV-15A和阀KV-15D，吸附器A101A抽空步骤停止后，与吸附器A101D出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101D中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101A回收，当两台设备压力基本相等时，三均升步骤结束，关闭程控阀KV-15A和阀KV-15D；

过程压力：由-0.085MPa上升至0.06MPa，步骤执行时间：30s；

9)、第二级压力均衡升

开启程控阀KV-4A和KV-9，吸附器A101A三均升步骤结束后，与均压罐V101相连进行第二级压力均衡升，当两台设备压力基本相等时，二均升步骤结束，关闭程控阀KV-4A和KV-9；

过程压力：由0.06MPa上升至0.16MPa，步骤执行时间：25s；

10)、第一级压力均衡升

开启程控阀KV-4A和阀KV-4F，吸附器A101A二均升步骤结束后，与吸附器A101F出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101F中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101A回收，当两台设备压力基本相等时，一均升步骤结束，关闭程控阀KV-4A和阀KV-4F；

过程压力：由0.16MPa上升至0.31MPa，步骤执行时间：25s；

11)、最终充压

开启程控阀KV-5A、KV-8，开启终充流量调节阀HV102，经均压升步骤后，吸附器A101A用净化气进行最终充压，通过调节阀HV-102稳定流量使得在终充步骤结束时，吸附塔的压力基本达到吸附压力，终充结束后，关闭程控阀KV-5A、KV-8和调节阀HV-102；

过程压力：由0.31MPa上升至0.5MPa，步骤执行时间：80s；

至此，吸附器A101A的吸附、再生过程全部结束。

本发明包括8个吸附器，其它7个吸附器的操作步骤与A101A相同，在时间上是相互错开的，使8个吸附器行政完整的吸附、再生循环。

进一步的，所述的吸附前沿指净化气中允许的最低杂质浓度，其移动到吸附器上部位置通过跟踪净化气指标和设置本步骤执行时间来确定。

进一步的，步骤2)根据装置运行情况，开启或关闭。

本发明的有益效果是，

由于本装置程序控制阀门较多，程控阀门切换时间短，动作频繁，所以采用顺序控制结合常规模拟控制的方式,并且配置了自适应优化控制系统，当装置处理量发生变化时，系统的各步骤时间、压力判断值等参数设置随之而改变，使装置始终处于最优工作状态，解决了尾气进气量波动造成的尾排指标超标的问题，各吸附塔的循环吸附和再生，实现了24小时连续化稳定处理，增加装置运行的可靠性与连续性，符合工厂连续化生产的要求。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明仪表程控阀位号说明图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

由附图1可知，本阀门是对吸附装置实现尾气吸附的方法，该装置由8个吸附塔、2个产品气缓冲罐、1个均压气缓冲罐及配套的泵、换热器、管线阀门等组成。系统尾气从吸附塔底部进入，其中所含的乙炔和氯乙烯被吸附在吸附剂上，达到允许排放浓度的净化气从吸附塔顶部排出。吸附剂吸附饱和后，进行抽空和抽空冲洗以充分再生吸附剂，冲洗气来自于净化气(可以达标排放的尾气)。每个吸附塔依次经历吸附(A)、顺放(PP)、多次均压降(ED)、逆放(D)、抽空(V)、抽空冲洗(VP)、多次均压升(ER)、终充(FR)步序，各个吸附塔的步序相互错开，以实现整个装置的连续、稳定达标运行。

本发明方法的装置中阀门包括67台程序控制阀以及4组调节阀。图1中的设备和程控阀的位号是简化代号，在本规程中叙述时仍以附图工艺流程中的方式表示。

每台吸附器与至少7台程控阀相连，入口端连接至少3台、出口端连接至少4台。程控阀位号的编制说明参见附图2。

除图2说明外，其他如KV-7A和KV-7B为原料气开停阀，KV-8为终充阀，KV-9为一均阀，KV-10为放空阀，KV-11A和KV-11B为逆放切换阀，KV-12为A101C塔抽空阀(双系列)，KV-13和KV-16为抽空切换阀，KV-14为产品气开停阀，KV-17为A101A塔抽空阀。

正常生产中，一台吸附器处于进入原料气、输出净化气的吸附步骤，其余7台吸附器处于吸附剂再生的不同步骤。每个吸附器经历相同的步骤程序，以表1方式排列，即可达到原料气不断输入、产品气连续稳定输出的目的。

表1各吸附器工艺步骤时间参数表

下面以吸附器(A101A)为例，在一次循环内经历11个步骤，对本装置变压吸附工艺过程进行说明。

本发明包括以下步骤：

1)、吸附(A)

开启程控阀KV-1A和KV-2A。关闭与吸附器A101A相连的其它阀门，下同。

原料气由阀KV-1A进入，并自下而上通过吸附器A101A，原料气中的VCM、C2H2组份被吸附分离，净化气通过KV-2A流出。当被吸附杂质的吸附前沿(指净化气中允许的最低杂质浓度)移动到吸附器上部时(通过跟踪净化气指标和设置本步骤执行时间来确定)，关闭KV-1A和KV-2A，停止原料气进入和净化气输出。

过程压力：0.5MPa

步骤执行时间：～105s

2)、顺向放压(简称顺放、PP)

开启程控阀KV-5A和HV101，开启KV-15D。

吸附器A101A吸附步骤停止后，紧接着进行顺放步骤，向吸附器A101D提供抽空冲洗气。步骤结束时，关闭KV-5A、HV101和KV-15D。

过程压力：由0.5MPa下降至0.45Mpa

步骤执行时间：～25s

此步骤视装置运行情况，可开启或关闭。

3)、第一级压力均衡降(简称一均降、1D)

开启程控阀KV-4A和阀KV-4B。

吸附器A101A顺放步骤停止后，与吸附器A101B出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101A中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101B回收。当两台设备压力基本相等时，一均降步骤结束，关闭程控阀KV-4A和阀KV-4B。

过程压力：由0.45MPa下降至0.31MPa

步骤执行时间：～25s

4)、第二级压力均衡降(简称二均降、2D)

开启程控阀KV-4A和KV-9

吸附器A101A一均降步骤停止后，与均压罐V101进行压力均衡，均压过程中吸附器A101A中低浓度的VCM、C2H2被均压罐V101回收。当两台设备压力基本相等时，关闭KV-4A和KV-9，二均降步骤结束。

过程压力：由0.35MPa下降至0.20MPa

步骤执行时间：～30s

5)、第三级压力均衡降(简称三均降、3D)

开启程控阀KV-15A和阀KV-15D。

吸附器A101A二均降步骤停止后，与吸附器A101D出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101A中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101D回收。当两台设备压力基本相等时，三均降步骤结束，关闭程控阀KV-15A和阀KV-15D。

过程压力：由0.20MPa下降至0.06MPa

步骤执行时间：～30s

6)、逆向放压(简称逆放、D)

逆向放压分2步进行，首先开启KV-6A和KV-11A，在逆放初始阶段，将较高压力的逆放气放入解吸气缓冲罐V102A。解吸气缓冲罐V102A内的气体再次经过PV-105b调节平稳进入解吸气缓冲罐V102B。当压力降到一定值时，关闭KV-11A。

继续开启KV-6A、同时开启KV-11B，使较低压力的逆放气进入解吸气缓冲罐V102B。逆放结束后，关闭KV-6A和KV-11B。此时吸附塔内的吸附剂得到初步再生。

过程压力：由0.06MPa下降至0.01MPa

步骤执行时间：～75s

7)、抽空(V)和抽空冲洗(VP)

开启阀KV-17，真空泵通过阀KV-17对吸附器A101A进行抽空，抽空气送入解吸气缓冲罐V102B。抽空2个分周期后，关闭阀KV-17，开启阀KV-3A和KV-15A，进行抽空冲洗，以充分再生吸附剂。抽空冲洗步骤结束后，关闭KV-15A，继续抽空，完成第3个抽空分周期后，关闭阀KV-3A，完成整个抽空步骤。此时吸附塔内的吸附剂得到彻底再生。

过程压力：由0.01MPa下降至-0.085MPa

步骤执行时间：～315s

8)、第三级压力均衡升(简称三均升、3R)

开启程控阀KV-15A和阀KV-15D。

吸附器A101A抽空步骤停止后，与吸附器A101D出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101D中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101A回收。当两台设备压力基本相等时，三均升步骤结束，关闭程控阀KV-15A和阀KV-15D。

过程压力：由－0.085MPa上升至0.06MPa

步骤执行时间：～30s

9)、第二级压力均衡升(简称二均升、2R)

开启程控阀KV-4A和KV-9。

吸附器A101A三均升步骤结束后，与均压罐V101相连进行第二级压力均衡升。当两台设备压力基本相等时，二均升步骤结束，关闭程控阀KV-4A和KV-9。

过程压力：由0.06MPa上升至0.16MPa

步骤执行时间：～25s

10)、第一级压力均衡升(简称一均升、1R)

开启程控阀KV-4A和阀KV-4F。

吸附器A101A二均升步骤结束后，与吸附器A101F出口端相连进行压力均衡，均压过程中吸附器A101F中低浓度的VCM、C2H2被吸附器A101A回收。当两台设备压力基本相等时，一均升步骤结束，关闭程控阀KV-4A和阀KV-4F。

过程压力：由0.16MPa上升至0.31MPa

步骤执行时间：～25s

11)、最终充压(简称终充、FR)

开启程控阀KV-5A、KV-8，开启终充流量调节阀HV102。

经均压升步骤后，吸附器A101A用净化气进行最终充压。通过调节阀HV-102稳定流量使得在终充步骤结束时，吸附塔的压力基本达到吸附压力。终充结束后，关闭程控阀KV-5A、KV-8和调节阀HV-102。

过程压力：由0.31MPa上升至0.5MPa

步骤执行时间：～80s

至此，吸附器A101A的吸附、再生过程全部结束，紧接着进行下一次循环。其它7个吸附器的操作步骤与A101A相同，不过在时间上是相互错开的，具体情况见表1说明。

过程叙述中的步骤执行时间及过程压力是针对本生产装置设置的，装置在实际运行中可根据原料气流量、组成和压力的变化随时对时间和压力在DCS中进行调整。

经过实际运行一段时间，没有出现过一次运行异常；通过每隔4小时对合成尾气进行一次色谱分析，各项技术指标都能够达到环保排放要求，即尾气中含非甲烷总烃和氯乙烯均为未检出，产品气回收率＞99.9％，彻底解决了合成尾气达标排放问题。

同时，本方法不仅实现了尾气中乙炔、氯乙烯和氮气的分离，解决了环保排放问题，还实现了乙炔和氯乙烯的回用(工艺描述中称为解吸气)，这部分气体量约380Nm³/h(按照尾气平均气量650Nm³/h计算)，含乙炔约40％,含氯乙烯约20％，减少了浪费，节约了生产成本。

应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。