变压吸附气体分离技术的新应用
摘要：主要介绍了变压吸附气体分离技术治理PVC分馏尾气并回收其中有效组分的新工艺。此工艺相较传统处理方法具有回收率高，自动化程度高，尾气排放达标，社会、经济效益明显等优点。在太原化工股份有限公司聚氛乙烯装置上实际运行，氯乙烯、乙炔回收率大于99.9%，尾气排放氯乙烯含量不大于36 mg/m3，乙炔含量小于150 mg/m3，装置运行稳定、可靠。
关键词：变压吸附，气体，分离，聚氛乙烯，分馏尾气，净化回收
在电石法生产PVC的过程中，分馏尾气经尾气冷凝器采用-35℃冷冻盐水冷凝后，排放的尾气中仍含有10%左右的氯乙烯、2.5%左右的乙炔。此尾气直接排放大气，不仅造成浪费，PVC生产成本升高，而且造成环境污染，远远不符合日趋规范、严格的环保要求。目前国内治理此股气体的方法有活性炭吸附法、碳纤维吸附法、二氯乙烷吸收法、膜分离法［1］等，但所有经这些方法处理后排放的尾气仍含有1.0%一2.0%的氯乙烯，且对乙炔不回收，因而远远高于氯乙烯成36 mg/m3，乙炔(烃类)≤150 mg/m3的国家排放标准。
目前我国各大小电石法生产PVC的厂家长期以来多采用活性炭或活性碳纤维吸附法对尾气进行处理，再生采用蒸汽加热的热吹解吸方式。此法存在较大的缺点是能耗大、回收率较低(80%左右)，排放指标远远高于国标规定值。并且对设备加工要求较高，尤其是活性炭或活性碳纤维本身机械强度低这一特点，经过频繁的热蒸汽吹扫极其容易粉化。粉化后与蒸汽中的水结合形成不易被清除的浆状污垢，一般使用周期在3个月左右，而且填料更换非常频繁。因此各生产厂家、科研机构一直在探求解决聚氯乙烯分馏尾气的治理、回收。
四川天一股份有限公司变压吸附分离工程研究所长期在气体的分离、净化、提纯的领域上拥有着雄厚、成熟的技术实力图，近年来对聚氯乙烯分馏尾气的净化和回收问题备表关注。经过努力探索，以可靠的实验数据为依据，针对聚氯乙烯分馏尾气的治理，同太原化工股份有限公司氯碱分公司联合开发并确定了治理PVC分馏尾气的变压吸附新工艺，并配套研究开发出了专用吸附剂。此工艺从2002年3月开始在太原化工厂聚氯乙烯装置上进行在线测试和小试，历经两个多月，取得了良好的效果，在太原化工厂80 kt PVC/年二期技改时采用了此种新工艺。2004年4月经过工业化试运行，取得了圆满的效果，其排放尾气中的氯乙烯、乙炔达到了国家排放标准，氯乙烯的回收率妻99.9%解决了国内同行业的一大环保难题。
1 工艺原理
变压吸附技术是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附组分的吸附量增加、减压下吸附量减小的特性。这种在压力下吸附、减压下解吸的循环过程就是变压吸附工艺过程。
主要是以比表面对气体分子的物理吸附为基础，并且利用吸附剂在高压下易吸附高沸点组分(氯乙烯、乙炔)，不易吸附低沸点组分(N2、H2等)和高压下被吸附组分吸附容量增加，低压下被吸附组分吸附容量减小的特性来实现分离。
聚氯乙烯分馏尾气中氯乙烯、乙炔等在专用吸附剂上是吸附能力较强的组分，其余的N2、H2等为弱吸附组分。富含氯乙烯的尾气在一定压力下通过专用吸附剂床层时，尾气中的高沸点物质氯乙烯、乙炔等要回收的组分被专用吸附剂床层选择性吸附；低沸点组分氮气、氧气、氢气等由吸附塔出口输出。然后在减压下解吸被吸附的氯乙烯、乙炔组分，并回收解吸气(氯乙烯、乙炔几乎被完全回收)，同时使吸附剂获得再生，以利于下一次再吸附分离，继而形成连续、稳定的循环操作，整个工艺过程可近似看做等温吸附过程。
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