Для очистки абгазов от ВХ до концентраций, приемлемых для выброса в атмосферу, применяют способ адсорбционной очистки. Этот способ обычно используется в качестве третьей (последней) ступени улавливания ВХ из абга-

зов, а также для очистки малоконцентрированных абгазов от местных вентоот-

сосов и систем вентилирования сборников суспензий и бункеров ПВХ. В каче-

стве адсорбентов применяют высокопористые марки активированных углей:

СКТ, АР-3, АГ-3 и другие с удельной поверхностью пор от 600 до 1 700 м2/г.

В настоящее время все более широкое применение находят полимерные адсорбенты на основе высокопористого ПВХ, разработанные ЗАО «Биохим-

пласт» (г. Дзержинск). Они обладают достаточно высокой адсорбционной ем-

костью, чтобы быть использованными для адсорбционной очистки среднекон-

центрированных абгазов на второй ступени рекуперации ВХ. Высокая емкость полимерного адсорбента обусловлена не столько величиной удельной поверх-

ности (она у пористого ПВХ на несколько порядков меньше, чем у активиро-

ванных углей), сколько способностью пористого полимерного зерна конденси-

ровать винилхлорид и набухать в нем при определенных условиях процесса

(давление, температура). Небольшие величины тепловых эффектов поглощения позволяют использовать полимерные адсорбенты даже для улавливания ВХ при аварийных сдувках из реакторов-полимеризаторов.

6.1.1. Рекуперация незаполимеризовавшегося ВХ конденсационным способом

Конденсационный способ рекуперации незаполимеризовавшегося винил-

хлорида применяется во всех производствах суспензионного ПВХ как первая ступень извлечения мономера ВХ из абгазов. В состав установки входят газ-

гольдер, компрессор и конденсаторы. В качестве хладоагентов используются вода (оборотная, захоложенная), рассолы, фреон.

Рассмотрим типичное аппаратурно-технологическое оформление процес-

са конденсации производительностью до 1 000 нм3/ч (рис. 6.1).

Абгазы винилхлорида, т.е. незаполимеризовавшийся ВХ, содержащий во-

дяные пары, азот и кислород, со стадий полимеризации, дегазации суспензии ПВХ, дегазации сточных вод и с последующих ступеней очистки газовых вы-

бросов поступает в газгольдер 1 мокрого типа вместимостью 3000 м3. При на-

полнении газгольдера газообразным винилхлоридом последний своим давле-

нием поднимает колокол. Давление газа создается собственным весом колокола и весом грузов, составляя величину до 2 кПа.

Для обеспечения безопасной эксплуатации газгольдера и предотвращения его переполнения при достижении колоколом крайнего верхнего положения

(максимум) или образования вакуума под колоколом и смятия крышки при дос-

тижениии крайнего нижнего положения (минимум) предусматриваются необ-

ходимые блокировки и переключения. Так, при достижении колоколом макси-

мального положения прекращается подача винилхлорида в газгольдер, а его из-

быток сбрасывается в аварийную систему улавливания (конденсатор, адсор-

бер). При достижении колоколом минимального положения прекращается от-

бор винилхлорида из газгольдера и выключается компрессор.

Резервуар газгольдера постоянно заполнен водой. Для восполнения по-

терь на испарение в летнее время производится подпитка оборотной водой. В

зимнее время предусмотрен подогрев воды путем подачи пара через паро-

струйные элеваторы. Избыток воды, образующийся при конденсации пара, от-

водится из резервуара газгольдера в коллектор сточных вод.

Из газгольдера газообразный винилхлорид, содержащий пары воды, азот и кислород, поступает на всасывающий патрубок компрессора 10, проходя предварительную систему очистки от капельной влаги и хлористого водорода,

присутствующего в абгазе. Система состоит из фазоразделителя 2, обогревае-

мого горячей водой, насадочного абсорбера 3, орошаемого раствором едкого натра по циркуляционной схеме: сборник 4 – насос 5 – абсорбер 3, и каплеот-

бойника 6.

Газообразный ВХ сжимается в компрессоре до давления 0,6 – 0,67 МПа, а

давление в системе конденсации поддерживается постоянным 0,6 МПа с помо-

щью регулирующего клапана. Температура сжатого винилхлорида поддержи-

вается постоянной 73оС путем впрыска воды во всасывающую линию компрес-

сора. Кроме того, компрессор оборудован насосом 8 и кожухотрубчатым холо-

дильником 7 для подачи холодной воды на охлаждение подшипников и запира-

ние щелевых уплотнений вала.

Газообразный винилхлорид после компремирования через водоотдели-

тель 9 и каплеотбойник 11 поступает в трубное пространство кожухотрубчатого конденсатора 12 с площадью поверхности 149 м2, охлаждаемого оборотной во-

дой. В конденсаторе поток газов охлаждается до температуры 42 – 44 оС, при этом происходит конденсация водяных паров из парогазовой смеси. Сконден-

сированная вода через фазоразделитель 13 поступает в сборник конденсата 14

объемом 1 м3, откуда направляется на очистку.

Далее газообразный винилхлорид, содержащий несконденсированные па-

ры воды, азот и кислород, поступает в трубное пространство кожухотрубчатого конденсатора 17 с площадью теплообмена 224 м2, охлаждаемого захоложенной водой с температурой 6 – 8 оС. В конденсаторе газовая смесь охлаждается до температуры 6 – 7 оС, при этом основное количество винилхлорида и водяных паров конденсируется. Конденсат (жидкий винилхлорид и вода) поступают в сборник 15 объемом 16 м3.

Уровень жидкой фазы в сборнике 15 поддерживается за счет перелива жидкого ВХ в сборник 21 объемом 16 м3 по переливной линии в верхней части сборника 15. В нижней части сборника 15 отстаивается сконденсированная во-

да, по мере накопления которой периодически осуществляется ее сброс в кол-

лектор сточных вод.

Жидкий винилхлорид в сборнике 21 охлаждается до 6 – 7 оС с помощью встроенного змеевика для подачи захоложенной воды и периодически откачи-

вается насосом 23 на стадию полимеризации. Фильтр 22 используется для очи-

стки ВХ от твердых загрязнений.

Насос 16 служит для освобождения сборника 15 при необходимости его ремонта.

Несконденсированный винилхлорид, пары воды, азот и кислород из кон-

денсатора 17 направляются на следующую стадию улавливания винилхлорида.

Содержание ВХ в абгазах после конденсационной очистки составляет менее

40%. При необходимости более глубокой очистки (до 8% остаточного ВХ) аб-

газы подают в конденсатор 19, охлаждаемый рассолом с температурой –35 0С.

6.1.2. Улавливание винилхлорида из абгазов абсорбционным способом

Абсорбционный способ выделения винилхлорида из абгазов применяется в производстве суспензионного ПВХ на ЗАО «Саянскхимпласт» в качестве второй ступени рекуперации незаполимеризовавшегося ВХ производительно-

стью до 75 нм3/ч. В состав установки входят колонны абсорбции и десорбции,

сборники и теплообменная аппаратура. В качестве абсорбента используется нормальный метилпирролидон (N-МП).

Принципиальная технологическая схема установки абсорбционной очи-

стки абгазов приведена на рис. 6.2.

Абгазы, содержащие винилхлорид, водяные пары, азот и кислород, под давлением 0,5 – 0,7 МПа подаются в абсорбционную колонну 1 с насадкой из

металлических колец Рашига 25×25×0,5. Абсорбент N-МП подается на ороше-

ние из сборника 2 насосом 3 через холодильник 4, охлаждаемый захоложенной водой (+5оС), очищенные абгазы отводятся на окончательную адсорбционную очистку, а насыщенный винилхлоридом абсорбент из колонны 1 отводится че-

рез теплообменник 6, в котором нагревается за счет тепла регенерированного

N-МП, и поступает в сборник 8.

Из сборника насосом 9 абсорбент подается в десорбционную насадочную колонну 7. N-МП подогревается в кубе колонны за счет циркуляции через на-

греватель 5, обогреваемый паром. При подогреве до температуры около 100оС

из N-МП десорбирует ВХ и влага, которые отводятся через конденсатор 11, ох-

лаждаемый захоложенной до +5оС водой. Пары воды конденсируются, конден-

сат стекает в сборник 10, откуда направляется на очистку сточных вод, а газо-

образный винилхлорид направляется в газгольдер.

Регенерированный абсорбент после обмена теплом с насыщенным N-МП в теплообменнике 6 возвращается в сборник 2 и далее на абсорбцию. Насыще-

ние растворителя винилхлоридом составляет от 10 до 29% (масс.) в зависимо-

сти от концентрации ВХ в очищаемых абгазах и расхода N-МП на орошение.

Степень десорбции ВХ из N-МП в среднем составляет 93%, остаточное содер-

жание ВХ в абсорбенте не превышает 2,5%.

6.1.3. Улавливание незаполимеризовавшегося ВХ из абгазов

адсорбционным способом

Для очистки от винилхлорида малоконцентрированных абгазов перед вы-

бросом их в атмосферу обычно применяют способ адсорбции ВХ на активиро-

ванном угле. Как упоминалось, разработка полимерного адсорбента на основе высокопористого ПВХ позволила применить способ адсорбции для извлечения винилхлорида из средне- и высококонцентрированных абгазов. В производст-

вах суспензионного ПВХ нашли применение три схемы улавливания незаполи-

меризовавшегося ВХ из абгазов:

-адсорбция винилхлорида из среднеконцентрированных абгазов первой конденсационной ступени рекуперации ВХ;

-адсорбция винилхлорида из высококонцентрированных абгазов аварий-

ных сдувок реакторов-полимеризаторов;

- санитарная адсорбционная очистка малоконцентрированных абгазов.

Адсорбция ВХ из абгазов первой ступени рекуперации

незаполимеризовавшегося ВХ

После первой ступени рекуперации абзагы содержат от 8 до 40% винил-

хлорида, что делает невозможным применение активированных углей вследст-

вие большого тепловыделения и опасности возгорания. Упомянутый в п. 6.1

полимерный адсорбент на основе ПВХ, разработанный ЗАО «Биохимпласт»,

свободен от этого недостатка. Адсорбция и десорбция ВХ на нем протекает практически без выделения тепла и повышения температуры. К достоинствам полимерного адсорбента можно отнести негорючесть, гидрофобность, стой-

кость к действию кислот и щелочей, возможность использования при минусо-

вых температурах. Фаза адсорбции составляет 0,5 – 2 ч в зависимости от кон-

центрации ВХ в абгазах. Десорбция осуществляется при вакуумировании ад-

сорбента без использования водяного пара, что дает сокращение числа фаз пол-

ного цикла «адсорбция – десорбция» и экономию энергии.

Выпускаются две марки полимерных адсорбентов на основе ПВХ:

-адсорбент полимерный регенерационный (АПР-1) с высокой удельной поверхностью и небольшим временем регенерации в режиме десорбции;

-адсорбент полимерный регенерационный (АПР-2), имеющий сравни-

тельно небольшую удельную поверхность, но обладающий большей раство-

ряющей способностью по отношению к винилхлориду.

В соотвестствии со свойствами адсорбент АПР-1 применяется для улав-

ливания незаполимеризовавшегося ВХ, содержащегося в абгазах при обычном режиме работы производства ПВХ. Адсорбент АПР-2 применяется для улавли-

вания практически чистого ВХ, удаляемого из реакторов при аварийных ситуа-

циях, т.е. в условиях, когда не требуется очистки абгазов.

Адсорбция ВХ из абгазов, поступающих из первой конденсационной сту-

пени рекуперации незаполимеризовавшегося винилхлорида, осуществляется в адсорберах, заполненных полимерным адсорбентом АПР-1.

Предполагаемый срок службы адсорбента на основе ПВХ был определен в 5 лет; фактическое время работы без потери адсорбционной емкости и разру-

шения гранул составляет более 15 лет.

Принципиальная технологическая схема установки приведена на рис. 6.3.

Установка состоит из трех адсорберов колонного типа 1-(1, 2, 3) с полимерным адсорбентом, работающих по трехфазному циклу (адсорбция, десорбция, вы-

равнивание давления), насосно-компрессорного оборудования и автоматически управляемых отсечных клапанов. Среднеконцентрированные абгазы со стадии конденсации в количестве до 70 нм3/ч, содержащие ВХ от 8 до 40% (в зависи-

мости от степени конденсации), водяные пары, азот и кислород, поступают в один из адсорберов 1-(1, 2, 3), находящийся в фазе адсорбции. При этом отсеч-

ные клапаны K1 и K2 на нем открыты, а на два другие адсорбера, находящиеся в других фазах цикла, закрыты.

Проходя через слои адсорбента, абгазы очищаются и выбрасываются в атмосферу через трубу с огнепреградителем 2. Степень очистки абгазов от ВХ составляет 99%. Содержание винилхлорида в абгазах для поддержания уста-

новленной предприятием нормы ПДВ должно составлять не более 490 мг/м3.

По достижении заданной концентрации поток абгазов переключают на свобод-

ный адсорбер, при этом отсечные клапаны K1 и K2 у заполненного адсорбера закрываются и открываются отсечные клапаны на включенном в фазу адсорб-

ции адсорбере 1-(1, 2, 3). Заполненный винилхлоридом адсорбер выводится на десорбцию, для чего открывается отсечной клапан K4-(1, 2, 3) на трубопроводе к вакуум-насосу 4.

Десорбция винилхлорида из адсорбента осуществляется с помощью ва-

куума, создаваемого водокольцевым вакуум-насосом 4. Перед вакуум-насосом установлен фильтр 3 для улавливания мелких частиц уноса полимерного адсор-

бента. При достижении вакуума в адсорбере минус 75 кПа открывается отсеч-

ной клапан K3-(1, 2, 3) для подачи азота давлением 0,06 МПа с регулируемым расходом 3 м3/ч. Десорбция в адсорбере протекает в течение двух часов, после чего отсечные клапаны K3 и K4 закрываются, что соответствует окончанию фа-

зы десорбции.

Одновременно с закрытием клапана K4 открывается отсечной клапан

K5-(1, 2, 3) для подачи в адсорбер азота давлением 60 кПа с целью выравнива-

ния в нем давления до атмосферного. Время выравнивания давления составляет

5 – 10 мин, затем отсечной клапан K5-(1,2, 3) закрывается, адсорбер готов к ра-

боте в фазе адсорбции.

Циклограмма работы адсорберов приведена на рис. 6.4. Как видно из циклограммы, в любой момент времени в фазе «адсорбция» находится только один адсорбер.

1–1

Рис. 6.4. Циклограмма работы адсорберов

Водокольцевой вакуум-насос 4 служит для отсасывания газообразного винилхлорида из адсорберов 1-(1, 2, 3) и подачи его в газгольдер. В качестве рабочей жидкости в системе вакуум-насоса используется обессоленная вода,

которая циркулирует в системе: водоотделитель 5 – циркуляционный насос 6 –

холодильник 7 – вакуум-насос 4 – водоотделитель 5. Давление затворной воды в вакуум-насосе поддерживается не менее 0,06 МПа.

Перед поступлением в вакуум-насос циркулирующая вода охлаждается в кожухотрубчатом теплообменнике 7 до температуры 15оС захоложенной водой.

Газожидкостная смесь после вакуум-насоса поступает на разделение в водоот-

делитель 5. Газообразный винилхлорид после отделения воды отводится в газ-

гольдер. Сточная вода из водоотделителя сливается в сборник 8, откуда перио-

дически откачивается насосом 9 на стадию дегазации и очистки сточных вод.

Адсорбция ВХ аварийных сдувок

Стадия адсорбции аварийных сдувок предназначена для предотвращения выброса в атмосферу большого количества винилхлорида при возникновении в производстве ПВХ аварийных ситуаций. На стадии предусмотрена раздельная адсорбция потоков газа, отличающихся величиной давления:

-сдувки из реакторов при срабатывании третьей ступени защиты;

-поток газов дегазации, направляемых в газгольдер, при повышенном со-

держании кислорода в смеси более 1,6%.

1 – делитель потока; 2 – пеноотбойник; 3 – насос; 4, 6 – огнепреградители; 5, 7 – адсорберы

В состав установки входят два адсорбера 5 и 7 колонного типа вместимо-

стью 100 м3 с четырьмя слоями полимерного адсорбента. В нижней части аппа-

рата имеется наружный змеевик, обогреваемый горячей водой, для предотвра-

щения смерзания адсорбента при работе в зимнее время.

Работа адсорберов 5 и 7 организована следующим образом. Адсорбер 5

находится в постоянной готовности к приему газов сдувки из реакторов. При этом электрозадвижка 3-1 на входе газа в адсорбер открыта, а электрозадвижка

3-3 на выходе газа закрыта, т.е. работа адсорбера предполагается под давлени-

ем газовой среды без ее выхода.

В адсорбер 7 принимаются газы дегазации при содержании кислорода в них более 1,6%, при этом электрозадвижки на входе 3-2 и на выходе 3-4 авто-

матически открываются. Адсорбер работает в условиях прохода газовой среды.

В случае наличия обоих потоков и при заполнении адсорбера 5 прием сдувок со стадии дегазации прекращается, и адсорбер 7 переключается на при-

ем потока газов сдувок из реакторов. При этом газы со стадии дегазации на-

правляются в газгольдер.

Газы сдувок (при аварийных ситуациях) перед поступлением в адсорбер 5

проходят через пеноотбойник 2, в котором из потока газов отделяются частицы уноса ПВХ и воды. Пеноотбойник 2 представляет собой вертикальный аппарат объемом 80 м3, снабженный барботером в нижней части для смыва со стенок осажденных на них частиц ПВХ. Из пеноотбойника газы сдувок поступают в адсорбер 5, в котором происходит улавливание винилхлорида и заполнение га-

зом свободного пространства адсорбера до давления 0,7 МПа. При достижении этого давления электрозадвижка 3-1 на входе газа в адсорбер закрывается. В

случае продолжения сдувок из реакторов поток газов переключается на адсор-

бер 7, для чего открывается электрозадвижка 3-2 и закрывается задвижка 3-4.

Прием сдувок производят до давления в адсорбере 0,7 МПа.

Улавливание ВХ из газов дегазации (при содержании кислорода более

1,6%) в адсорбере 7 осуществляется при открытии электрозадвижек 3-2 и 3-4.

Газовая смесь проходит через адсорбер, освобождается от винилхлорида в слое полимерного адсорбента и выбрасывается в атмосферу.

При заполнении винилхлоридом обоих адсорберов 5 и 7 проводят опера-

ции десорбции ВХ и подготовки стадии к работе. Десорбция ВХ осуществляет-

ся следующим образом. Открывают запорную арматуру на трубопроводе сду-

вок газа в газгольдер, стравливая избыточное давление из адсорбера. При дос-

тижении в последнем атмосферного давления арматуру на трубопроводе сброса газа в газгольдер закрывают и открывают запорную арматуру на трубопроводе к вакуум-насосу для осуществления вакуумной десорбции винилхлорида. При достижении в адсорбере давления минус 75 кПа в него подается азот давлением

45 кПа с расходом 100 – 140 м3/ч. Продолжительность десорбции с учетом стравливания избыточного давления ВХ на газгольдер составляет 6 – 7 ч. После этого производят выравнивание давления в адсорбере до атмосферного.

Подготовка пеноотбойника 2 к работе заключается в его промывке ма-

точником с отводом промывных вод, загрязненных ВХ, на стадию очистки сточных вод.