1、天然气乙炔法生产 PVC摘 要：本文分析了我国天然气资源的情况，并对天然气乙炔法生产 PVC的工艺方法进行了概述。通过天然气法和电石法在生产技术、经济效益、社会效益上的比较，得出天然气乙炔法生产 PVC是 PVC生产行业的一项重要工艺，对环境保护等将发挥重要作用。 关键词：天然气 乙炔 PVC 目前，我国 PVC生产能力的 60%以上采用电石法。使用天然气乙炔法，从行业发展的角度来说，成本终将降低到电石法生产 PVC之下。届时，电石法 PVC生产企业将不得不面临更加严峻的竞争考验，如果不采取生产工艺的改进措施，部分高成本电石法 PVC生产企业面临被淘汰出市场的风险。而天然气乙炔法从长远的角度来
2、说，由于我国天然气产能的逐年提高，尤其在天然气能源丰富的地区，将会比电石法具有更好的经济效益、更强的抗风险能力，对于环境的保护和资源的合理利用也更加的有利。 一、我国天然气资源概况 进入二十一世界以来，天然气继石油、煤炭之后已经成为世界能源支柱，其清洁、环保、高效利用的特点，越来越得到国际的认可。据估计，至本世纪中叶，天然气的使用将占到世界能源使用比例的 40%左右。因而，包括我国在内的世界各国，都将天然气的开采和利用作为了国家重要的战略决策之一。中国天然气储藏量相对丰富的特点，也保证了中国天然气的开采量将会长期处于世界前列。据调查显示，我国天然气常规开发资源储量为（1014）1012m3，占
3、地球最终可开发天然气资源储量的 1/331/231。 近十年来，我国天然气的产量如图 1所示： 由图 1可以看出，我国天然气产量在逐年的上升之中。据资料显示，我国天然气产量已经进入世界前十，并朝着更高的排名迈进。 从我国天然气的消费结构来看，以 2003年为例，国内天然消费量350亿 m3，这其中作为 76.6%用于了化工和工业燃料。在化工行业的运用，主要是以天然气合成甲醇和氨。也有部分企业如重庆长寿四川维尼纶厂是采用天然气制乙炔，但它生产的是醋酸、醋酸乙烯等。 二、天然气乙炔法生产 PVC的工艺方法 1.乙炔装置 以天然气为原料，氧气为辅助原料，经甲烷部分氧化、裂解反应生成含约 6%（V/V
4、 干基）乙炔的裂解气，裂解气经用 NMP溶剂选择性吸收、解吸，分离出约 99%（V/V 干基）纯度的乙炔送至 VCM车间做原料。 此方法分为裂解气生成及压缩、乙炔提浓和乙炔净化三大主要部分，以下是各部分的工艺原理。 1.1 裂解气生成及压缩工段 部分氧化是本装置的关键工段，天然气和氧气预热至 565后进入裂解反应炉，按一定比例混合发生燃烧反应（也称为部分氧化反应） ，生成含乙炔约 6%（V/V 干基）的裂解气。 天然气中的甲烷与氧气发生部分氧化反应，热原料气体进入烧嘴板后被引燃火焰点燃，主火焰提供生成乙炔的反应热，并产生 CO、H2、H2O和 CO2。主火焰释放的能量使过量的天然气裂解成自由基
5、而生成乙炔、高级炔（HA） ，同时生成氢气、一氧化碳和水，并有少量的二氧化碳、丁二炔、乙烯基乙炔、其他烃类物质以及炭黑。这个反应在温度为 1500-1700的燃烧室中发生。 总反应式如下： 1.2 乙炔提浓工段 裂解气在经过冷却、洗涤及压缩等一系列工序后进入提浓工段，其目的是将乙炔从裂解气中分离出来。提浓工段采用的方式为溶剂吸收，选用 N-甲基吡咯烷酮（简称 NMP）为吸收溶剂。原理如下： 用 N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂在加压、常温条件下对裂解气（及循环气的混合气体）进行选择性吸收，然后通过减压、真空、加热等过程使溶解于 NMP溶剂中的气体分步解吸。混合气体经过上述处理后被分离成 3股气体
6、：富含氢气和一氧化碳的乙炔尾气、纯度约 99%（vol）的粗乙炔气及高级炔气。 1.3 乙炔净化工段 从提浓工序来的被水饱和的粗乙炔，纯度为 98.8%（V/V 干基）净化，获得纯度为 99.7%，送至 VCM装置作为原料。净化工段采用先碱洗后酸洗的方式，分别选用氢氧化钠溶液和浓硫酸为洗涤剂。 2.PVC 装置 天然气气部分氧化法所制得的乙炔相对于电石乙炔含水量较低，本工艺采用浓硫酸单独干燥氯化氢，而后与乙炔气直接进入混合器，从而省去了电石乙炔法制 PVC工艺中混合冷冻脱水单元，剩余工艺和电石乙炔法制 PVC相同。我公司是目前唯一投建天然气乙炔法生产 PVC装置的企业，填补了以天然气为原料生产
7、 PVC树脂的空白，随着将近一年多运行，装置在逐步稳定运行2。 三、天然气乙炔法生产 PVC的优势 1.工艺先进性比较 从乙炔成品的品质来说，采用天然气部分氧化的方法优于电石法。天然气部分氧化后成分组成如表 13： 表 1 采用天然气部分氧化法生产的精乙炔气指标 采用天然气部分氧化的方法制得的乙炔中含有一些不饱和烃，这些不饱和烃存在和 HCl发生副反应从而影响 VCM纯度的可能，进而容易影响 PVC树脂的品质，因此在净化工段采用先碱洗后酸洗的方式，除去乙炔气体中的二氧化碳，同时乙炔气体被冷却。然后由浓硫酸对乙炔气进行二级洗涤，气体中的不饱和烃及少量乙炔通过聚合反应被浓硫酸洗去，同时气体中的水分
8、也被浓硫酸吸收。 相对而言，天然气法制得的乙炔的品质要好于电石法，因而制得的VCM的质量也会高于电石法，最终的 PVC产物的品质也就会比较高。因此从工艺上而言，天然气法的工艺要好于电石法，只是天然气法装置的控制节点相对较多，这对于操作的方便性造成了一定的影响，但经过一年多时间的摸索，工艺正趋于稳定运行。 2.经济效益比较 以 1.20元/m3 的价格作为天然气的核算价格来算，生产 1t氯乙烯，天然气法和电石法的成本对比如表 23： 表 2 1t氯乙烯成本对比 从两种方法的成本对比来看，天然气法具有更强的优势。不过，如果天然气的价格超过了 2.0元/m3 的话，天然气法在成本上的优势也将会被消弭
9、殆尽。 3.环境保护贡献 天然气属于较清洁的能源，产出率较高，对应的其排放出的污染物也就比较少，造成的环境污染也就会相对较少。而电石法的生产工艺，则会产生电石渣等固体废物，不但加大了对于环境的污染，也将造成了环境治理投入的增长，从而也就影响到了企业的经济效益。而采用天然气制乙炔从而生产 PVC的工艺，使得 PVC的原料路线多样起来，也对环境保护具有十分重要的意义。 四、总结 通过分析，我们可以发现，无论工艺技术的角度，还是从经济效益或者社会效益来看，以天然气为原料生产 PVC都具有不可比拟的优势。作为清洁、高效、环保、储量丰富的能源之一，天然气为原料进行的化工产业也将会在未来更加凸显其在经济和社会效益上的作用。天然气乙炔法生产 PVC将在节能减排、环境保护、循环经济等方面为我国做出更多的贡献。 参考文献 1 吴玉初，刘炼钦，杨朝富. 天然气制乙炔生产 PVC的可行性研究J. 聚氯乙烯，2010，38（1）：5-13. 2 刘利德，包庆山，龚小虎等. 天然气制乙炔生产 PVC工艺介绍J. 聚氯乙烯，2011，39（12）：11-13. 3 康金福，包庆山，蔡生吉等. 天然气制乙炔生产 PVC工艺介绍A. 2012年全国聚氯乙烯行业技术年会论文集，2012.
