唐山三友氯堿有限責任公司（以下簡稱唐山氯堿） PVC 裝置于 2005 年 5 月一次開車成功，并陸續擴建了二期、三期、四期工程，生產能力達40 萬t / a,裝置運行平穩。隨著 5 萬 t / a PVC 糊樹脂擴建項目的建設，氯乙烯單體用量進一步加大。
該公司現有 42 萬 t/a 氯乙烯單體生產能力，不能滿足糊樹脂生產需要，因此針對如何提高轉化器產能做了大量的試驗及改進工作。
1 優化指標控制 提高轉化率
1. 1 降低混合氣水含量
混合氣中若含水，水會與氯化氫反應生成鹽酸，腐蝕管道、設備，產生的腐蝕產物 FeCl3還會堵塞管道、設備，鹽酸霧滴與鐵反應產生氫氣，將觸媒中的氯化汞還原成金屬汞； 水分還會造成觸媒結塊，使轉化器阻力急劇增加，觸媒翻倒困難； 水還易與乙炔反應生成乙醛。因此，混合氣含水是影響轉化率的一個重要因素。
在混合氣脫水的過程中，溫度控制是關鍵，溫度越低，水蒸氣分壓越低，水含量就越低。另外，冷凝的鹽酸除少量以液膜狀從石墨冷卻器塊孔內管壁流出外，大部分呈極細微的"酸霧"（直徑僅幾個微米以下） 懸浮于混合氣流中。因此，混合氣水含量除了受石墨冷卻器的冷卻溫度影響外，還取決于酸霧過濾器捕集"酸霧"的能力。
為了有效降低混合氣水含量，唐山氯堿調整了石墨冷卻器的控制溫度，一級石墨冷卻器的控制溫度由原來的 -9 ~ -6 ℃調整為 -10 ~ -8 ℃，二級石墨冷卻器的控制溫度由原來的 - 12 ~ - 10 ℃ 調整為 -15 ~ -14 ℃； 每組混合脫水裝置新增加了 2臺酸霧過濾器，并將酸霧過濾器濾芯由國產濾芯改為捕集"酸霧"能力更強的進口濾芯。目前混合脫水系統運行平穩，且混合氣水含量大大降低。如果生產場地受限或技術指標要求更精細，可以采取分子篩脫水技術進行處理。
1. 2 觸媒使用的精細化
在氯乙烯合成過程中，觸媒活性對轉化率起著決定性的作用。觸媒的有效成分為氯化汞，流失的途徑主要有溶解、升華、還原和熱分解?；旌蠚夂蜣D化器泄漏產生的鹽酸酸霧顆粒能將觸媒孔隙中附著的氯化汞溶解； 高溫會使汞升華或使氯化汞發生自身熱分解，升華速度隨溫度升高急劇增加，在生產中，若溫度大于 120 ℃，則氯化汞升華速度加快，超過 160 ~180 ℃以后，升華顯著[1],并且隨著溫度上升，副反應加??； 硫磷雜質和過量的乙炔會使觸媒中毒，過量的乙炔可將氯化汞還原成氯化亞汞或金屬汞。
由此可見，有效控制混合氣水含量，降低轉化器泄漏率，嚴格控制轉化器反應溫度和配比，可以提高轉化率。為此，唐山氯堿精細了轉化器溫度控制操作，規定了觸媒在活化期、中期、后期的溫度控制范圍和方法。以 10 ℃ 為一個上升區段，前期和中期在每一溫度區間穩定運行時間不小于 8h,后期以單臺轉化器出氣中乙炔體積分數不大于2. 5% 為標準，嚴格控制溫度。觸媒使用確定低汞150 h 以內、高汞 100 h 以內為活化期。在活化期低汞觸媒溫度控制≤140 ℃，高汞觸媒溫度控制≤150 ℃ .最終，低汞觸媒的最高溫度不超過 160℃ ,高汞觸媒的最高溫度不超過 180 ℃ ; 并且在溫度調整過程中，嚴禁出現大幅度波動現象，因為轉化器溫度波動大，氣速會不穩，進而影響轉化率。
另外，還規定了二次利用的觸媒活化期為 24 h、停用 24 h 以上的觸媒活化期為 8 h,這樣大大延長了觸媒的使用壽命，同時提高了轉化率，增加了產能。
1. 3 改善轉化器循環熱水水質
轉化器循環熱水水質直接影響著轉化器合成反應熱的移除，同時水質對轉化器列管的腐蝕程度直接影響轉化器的泄漏率，轉化器泄漏時列管內的觸媒損失達到 10% ~ 60%,嚴重時甚至觸媒全部失效[2].
2014 年初，唐山氯堿單體車間轉化器泄漏頻繁，經核查發現轉化器列管外壁出現深淺不一的斑坑，這是轉化器腐蝕泄漏的一個主要現象。轉化器外壁的斑坑是循環熱水水質發生電化學腐蝕產生的。影響循環熱水水質的因素主要有緩釋阻垢劑、pH 值、溶解氧和氯離子含量等。
唐山氯堿技術人員針對現場用水經過一個多月的試驗，篩選出了一種高溫阻垢劑，其投用效果顯著?，F在每周對循環熱水進行 2 次分析檢測，嚴格控制水質指標。氯離子含量超標時，現場操作人員進行換水操作。轉化器的上部都設有水相排氣口，定期排放出水管與上管箱之間的氣體，除去氧氣和不凝氣體，有效減少了腐蝕，提高了傳熱效率。
2 多功能轉化器
2. 1 轉化器在生產中的使用
轉化器使用以活性炭為載體的氯化汞觸媒，新裝填觸媒的后臺轉化器前期（觸媒使用時間在1 000h 以下時） 活性高，反應集中在列管上端，熱點位于觸媒最上層，此時必須限制轉化器的通量，否則反應過于激烈，容易出現轉化器超溫，甚至出現 250 ~300 ℃ 的高溫，發生"燒壞"觸媒及轉化器的危險； 中期（1 000 ~3 000 h） 是觸媒最"年富力強"的時期，反應帶很寬，此時的反應溫度在一定程度上取決于轉化器通量； 后期（3 000 h 以后） 是觸媒的"衰老期",反應溫度較前兩個時期低，反應溫度點分散，回水溫度偏高，催化劑活性大大下降，此時再提高轉化器通量也不能使反應溫度回升，而轉化率卻逐漸下降。一般使用4 000 h 后，將觸媒翻倒入前臺轉化器使用，前臺轉化器將觸媒使用至廢觸媒標準時，將廢觸媒倒出、回收。
前后臺轉化器翻倒觸媒勞動強度大，費時費力，污染環境，損害人身健康。當轉化器需要翻倒觸媒時，需要對轉化器進行停車、置換、加盲板、拆除熱電偶等操作。前臺轉化器倒出的廢觸媒回收，后臺轉化器倒出的觸媒運至需翻倒觸媒的前臺轉化器。將轉化器內觸媒裝填完成后，須進行熱電偶安裝、觸媒干燥、氣密性檢測、置換、抽盲板等操作。一般情況下，每臺轉化器每年需要翻倒觸媒 2 次，每次需要6 ~ 7 天才能完成操作。
2. 2 技術方案及內容
在原有管道上開孔、接管、增加閥門（前臺轉化器增加 3 個閥門、后臺轉化器增加 2 個閥門） ,就可以達到每臺轉化器既可以作為前臺也可以作為后臺使用的多功能轉化器。改造前后氯乙烯轉化器工藝流程示意圖分別見圖 1、圖 2.
2. 3 多功能轉化器的優點
多功能轉化器在生產中可根據轉化器實際情況，靈活調配前后臺數量，匹配生產需要； 改造后的多功能轉化器每臺每年只需要倒換 1 次，即只需將廢觸媒倒出、新觸媒裝填就可以； 后臺轉化器使用 4000 h 后，只需要通過倒換閥門就能直接從后臺轉化器變換為前臺轉化器，并將切除的管線加盲板處理，每次倒換操作 8 h 內就能完成，大大增加了轉化器在線時間。若每年生產時間按8 000 h 計算，則每臺轉化器每年增加在線時間 6 天（即 144 h） ,從而可使每臺轉化器增加單體產量 1. 8%,產能將提高1. 8% ; 同時節省了人力、物力，改善了現場環境，減少了汞的流失和對人體的傷害。
3 轉化器更新改造
3. 1 轉化器規格
轉化器主要由筒體、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分組成。主要設備參數為：一期轉化器規格 Φ 2 400 × 4 810,列管數量847 根； 二期轉化器規格 Φ 2 800 × 4 810,列管數量927 根； 三期轉化器規格 Φ 3 200 × 4 938,列管數量2 431 根； 四期轉化器規格 Φ 3 200 × 4 940,列管數量 1921 根。主要材質為 16MnR Q235 - B 10.
轉化器在生產中既是反應器，又是列管式換熱器，其列管一般采用 Φ 57 ×3. 5（一、二期） 、Φ 45 ×3. 5（三期） 、Φ 51 × 3. 5（四期） 無縫鋼管與管板焊接或脹接而成，由于生產中只要焊接縫處稍有滲漏就會使管外的熱水進入管內與氣相中的氯化氫接觸生成濃鹽酸，并進一步腐蝕直到大量鹽酸從底部放酸口放出而釀成停產事故，因此其焊接技術要求更為嚴格。
3. 2 轉化過程
合成反應是在列管內以活性炭為載體的氯化汞觸媒的表面進行的，管外的傳熱介質為循環熱水，除保持反應溫度之外，還將反應熱帶走，在生產中，為有效控制床層溫度，在列管內分為若干區段，借多點式熱電偶測量其各區段的溫度。氯乙烯合成反應機制為： 乙炔首先與觸媒上的氯化汞生成 π 絡合物（氯乙烯氯汞） .
C2H2+ HgC l \ue5c6→2C lC HC H-HgC l2.
此種化合物很不穩定，遇到氯化氫立即分解為氯乙烯：
C lC HC H-HgC l2+ HCl \ue5c6→CH2C HC l +HgC l2.
上述反應分為以下 5 個步驟進行。
（1） 外擴散： 乙炔、氯化氫向活性炭外表面擴散。
（2） 內擴散： 乙炔、氯化氫通過活性炭的微孔向內表面擴散。
（3） 表面反應： 乙炔、氯化氫加成反應。
（4） 內擴散： 氯乙烯通過活性炭的微孔向外表面擴散。
（5） 外擴散： 氯乙烯自活性炭外表面向氣流擴散。
轉化器列管內觸媒的表面積與轉化器產能成正比。在觸媒規格及裝填密度相同的情況下，裝填觸媒的量越大，產能越大，也可以說單臺轉化器列管內體積越大，產量越大。
3. 3 二期轉化器改造技術方案
二期轉化器改造只更新轉化器筒體部分，上下封頭利舊，在二期轉化裝置區，拆除 1 臺舊轉化器，安裝 1 臺新轉化器，不需要重新占地和框架改動。
在新轉化器的管板上開孔排布列管，列管與管板的連接采用純脹接技術，不采用焊接的形式。脹接轉化器可基本解決轉化器列管泄漏問題?，F在二期轉化器采用的列管是規格為 Φ 57 ×3. 5 × 3 000 的無縫鋼管，列管數量為 927 根。結合生產實際，發現列管規格為 Φ 57 ×3. 5 ×3 000 的轉化器由于列管內徑大，反應熱不能及時移出，列管中心溫度較高，在一定程度上限制了轉化器生產能力的發揮； 列管規格為 Φ 45 ×3. 5 ×3 000 的小列管轉化器轉化率略高，生產能力較大[2],但由于列管內徑小，觸媒翻倒困難，尤其轉化器泄漏時觸媒結塊更為明顯。所以，唐山氯堿選用了規格為 Φ 51 ×3. 5 ×3 000 的無縫鋼管作為轉化器改造的列管型號。改造后的轉化器列管數量可增至 1 300 根。
3. 4 改造后轉化器的特點改造后的轉化器通量增大，產量增加。原來轉化器列管內體積為 5. 458 m3,改造后的轉化器列管內體積為 5. 927 m3,每臺轉化器增加產能 8. 6%.
4 新型轉化器
目前行業里有一種新型轉化器，其列管內設置了傳熱組件，克服了傳統合成轉化器反應列管內的徑向溫度分布不均、列管中心區熱量不能迅速移出形成局部過熱而導致觸媒高溫升華損耗的缺點，延長了觸媒的使用壽命，提高了原料氣的通量及轉化率，進而提高了產能。
5 結語
轉化器生產能力的提高，直接提升了 PVC 樹脂的生產能力，但每一個環節的改動都牽動整個配套系統的提升與改進，比如生產工藝管線的設計是否達到要求，轉化脫水系統能力是否達標，轉化熱水循環系統運行是否平穩等。轉化器是氯乙烯合成生產中的核心設備，通過不斷的技術改進提升轉化器的生產能力，是氯堿行業永遠值得研究的課題。
參考文獻：
[1]鄭石子。 聚氯乙烯生產過程及操作[M]. 北京： 科學技術出版社，1993: 105 -106.
[2]劉紅松。 氯乙烯合成過程中汞消耗的綜合措施[J]. 聚氯乙烯，2009,37（4） : 19 -20.
