电石法聚氯乙烯汞减排路线的探讨与实践-中汞网

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关键词：聚氯乙烯;电石法;氯化汞催化剂;循环利用;污染防治

摘要：介绍了电石法聚氯乙烯生产过程中汞的流向及聚氯乙烯发展面临的巨大挑战。探讨和分析了汞减排路线：①使用高品质低汞催化剂;②发挥除汞器的作用，力争将汞污染控制在最短流程;③应用组合吸收-常规解吸-深度解吸工艺，杜绝含汞废酸污染;④采用硫化钠类沉降剂处理含汞废水。阐述了无汞催化剂的研发现状。

由于中国具有富煤、贫油和少气的资源特点，电石法聚氯乙烯已发展成为聚氯乙烯工业的主流工艺。与此同时，随着汞资源的日益短缺和全球汞条约的实施，快速发展的电石法聚氯乙烯产业面临着巨大的风险和挑战。汞减排是当前聚氯乙烯企业发展的头等战略，也是关系到中国聚氯乙烯乃至氯碱工业安全发展的核心要素。笔者对电石法聚氯乙烯汞减排路线进行探讨和分析，希望能够对推动聚氯乙烯企业的汞减排起到一定的借鉴和参考作用。

1 电石法聚氯乙烯是保障中国能源安全的重要手段

2009年，中国原油进口量1.99亿t，石油对外依存度已超过50%;2010年，中国原油进口量2.39亿t，石油对外依存度超过55%。随着国际日趋动荡的环境和高油价时代的到来，中国的能源安全形势严峻。立足丰富的煤炭资源，大力发展煤化工成为中国有效缓解能源安全的必然选择。

2010年，中国聚氯乙烯总产量1130万t，电石法聚氯乙烯的产量达到800万t，相当于节省了400万t乙烯资源，占到同期国内乙烯总产量的30%。而如果要获取这些乙烯资源，就需要多进口原油3600万t，仅以2010年的数据计算，就将进一步提高中国石油对外依存度8百分点，石油对外依存度将达到63%左右。这些数据充分说明，电石法聚氯乙烯作为技术可靠、投资产出比突出的煤化工路线，对减少中国石油对外依存度、保障能源安全起到了重要的作用。

多年来，电石法聚氯乙烯的发展始终在挑战中前行。在其快速发展的同时，国家有关部门出台了一系列产业政策，包括行业准入、鼓励电石渣制水泥、循环经济试点和制定清洁生产标准等举措。随着电石法聚氯乙烯生产装置的大型化、集聚化和循环经济发展模式的建立，废水、废气、废渣逐步得到了循环利用，高能耗、高污染、高排放的落后面貌得到了根本性的改观，这不仅为电石法聚氯乙烯自身赢得了更大的发展空间，也为电石法聚氯乙烯未来的良性发展奠定了扎实的基础。

2 汞是电石法聚氯乙烯发展面临的巨大挑战

电石法聚氯乙烯生产过程中的乙炔氢氯化反应使用氯化汞催化剂。电石法聚氯乙烯不仅是中国，也是世界上汞消耗量最大的行业。2010年，中国电石法聚氯乙烯产量800万t，汞的使用量达到700t，已接近国内汞供应量的70%。

汞是一类资源稀缺和对环境高度敏感的重金属。据有关资料显示，世界可供开采的汞资源量为6万～7万t，世界汞的生产量维持在2 000t/a左右，其中原生汞矿开采比例占50%左右。中国可供开采的汞资源量为1.5万～1.8万t，汞年耗量1000～1 200t，其中原生汞矿开采比例占60%～70%，再生汞和进口汞比例占30%～40%。随着具有法律约束力的全球性汞问题文书的签订，汞矿开采和汞贸易将会严格受限甚至禁止，这对中国电石法聚氯乙烯的生存和发展构成了严重的挑战。

与此形成鲜明对比的是电石法聚氯乙烯盲目、无序的扩张态势。据统计，2009年中国聚氯乙烯产能为1780万t/a，其中电石法聚氯乙烯产能为1 363万t/a;2010年电石法聚氯乙烯产能达到1700万t/a。如果将来这些产能得以实现，每年对汞的需求量就将达到1400t左右。以汞资源目前的现状和发展趋势来看，未来根本无法支撑行业如此规模的发展。因此，抑制产能扩张、促进行业有序发展是当前应对汞挑战的首要任务，也是避免未来遭遇更大风险的根本性战略。

3 汞减排技术路线的探讨与分析

由于氯化汞的固有特性，其在氯乙烯反应过程中的升华损失是无法从根本上避免的。传统乙炔氢氯化反应存在过量的氯化氢，后续处理工序相对复杂。升华损失的汞随之经过除汞器、水洗、碱洗等后续工序，工况条件复杂，回收治理的难度逐级增大，过长的流程使汞平衡难以建立，也增加了电石法聚氯乙烯汞减排的难度。因此，根据电石法聚氯乙烯的生产特点，紧密结合技术发展实际，“注重源头减排，加强过程回收，突出循环利用，力争将汞污染控制在最短流程内”是建立聚氯乙烯企业可控的汞平衡体系的关键，也是实现汞减排的根本途径。

3.1 源头减排的关键是科学合理地使用高品质低汞催化剂

传统氯化汞催化剂是以活性炭为载体、浸渍吸附质量分数为10%～12%氯化汞制备而成的。但在长期使用高汞催化剂的过程中发现，催化剂中的活性组分氯化汞的损失速度是不均衡的，通常在数百小时内，催化剂中的氯化汞质量分数就迅速由10%～12%下降到7%～8%，这个现象揭示出在高汞催化剂中，相当量的汞并没有发挥出其应有的催化效能。进一步的研究表明，催化剂的稳定性与所用载体的结构特性有关。催化剂表面分为没有吸附氯化汞的自由表面区、覆盖有单分子层氯化汞的载体表面区和覆盖有两层或多层氯化汞的载体表面区。单层氯化汞覆盖面积比例越大，稳定性越高。因此，为最大限度在催化剂表面形成单层氯化汞覆盖面积，应选择中孔(过渡型孔隙)表面积最多的活性炭作为载体。汞催化剂中的氯化汞分布于载体活性炭中孔区域的比例越多，催化剂使用寿命越长。而存在于活性炭大孔和微孔内的氯化汞，因易升华和积炭而难以发挥出其应有的催化效能。同时，一些金属氯化物也同样对乙炔氢氯化反应具有一定的催化活性，其复合的效果也在一定程度上可起到替代氯化汞的作用。目前开发和应用的低汞催化剂，其实质是将氯化汞固定在活性炭有效孔隙中，并借助其他一些氯化物替代氯化汞发挥催化作用的一种新型复合催化剂，目前工业化应用的低汞催化剂中氯化汞质量分数为5.5%～6.5%。

延伸阅读：

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原标题：电石法聚氯乙烯汞减排路线的探讨与实践

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