我国电石法PVC汞减排发展对策
□ 邯郸滏阳化工集团有限公司 刘自珍
历经半个多世纪的发展，我国聚氯乙烯（PVC）的产能、产量迅速增长，截至2013年底全国PVC产能达2341万吨，其中电石法产能1894万吨，约占总产能的80.9%；总产量1530万吨，其中电石法产量1250万吨，占81.7%。随着人类文明进步和生态文明建设的发展，当前，电石法PVC行业除了面临着产能过剩、产品价格持续低位徘徊、节能减排巨大压力等诸多困境外，又迎来了由用汞到反汞、治汞、减汞、去汞最严峻地挑战和巨大压力。
面临挑战
1．国际汞公约的法律约束力
2013年10月10日，由联合国环境规划署主办包括中国在内的92个国家和地区代表签署表决通过了旨在控制和减少全球汞排放的《水俣公约》。电石法PVC生产目前用汞量占到了全国用汞总量的70%～80%，也是全球最大的用汞工艺。《水俣公约》对电石法PVC生产工艺用汞提出了有法律约束力的控制措施：一是公约生效后要禁止新增电石法PVC生产设施；二是限期淘汰，在公约缔约方大会确定无汞催化剂在技术和经济上均可行5年以后，禁止使用汞催化剂；三是单位用汞量要削减，即到2020年单位PVC用汞量要比2010年减少50%，并要求采取措施，减少对原生汞的依赖（针对氯乙烯生产的原生汞矿关闭时限为公约对我国生效后15年），减少汞的排放和释放；四是要查明信息，要求在公约生效3年内，查明电石法PVC生产设施的数量、类型和年用汞量。
2．政府部门一系列政策的刚性约束
随着《环境保护法》、《高风险污染物消减行动计划》、《关于加强电石法聚氯乙烯及相关行业汞污染防治工作的通知》、《关于主要添汞产品及相关行业汞污染防治工作的通知》、《氯碱工业污染物排放标准》等一系列国家政策出台，汞污染、汞治理、汞减排成为重点工程。国家环保部要求，2015年底前，我国电石法PVC行业全部使用低汞触媒，无汞触媒研发进入中试阶段。国家工信部印发实施高风险污染物削减行动计划的通知，要求加快实施汞削减，从源头减少汞高风险污染物产生和排放，降低对人体健康和生态环境安全的影响。主要目标：到2017年减少汞使用量181吨/年，减少废水中汞排放量0.3吨/年。具体要求：电石法PVC生产企业应全部使用低汞触媒，且项目实施后排出氯乙烯车间废水中汞含量不超过3微克/升，含汞废水排放量不超过0.05立方米/吨PVC。中国石油和化工联合会提出四点要求：一是要把汞污染防治与化解过剩产能结合起来，实现产业结构的优化升级；二是加快优化低汞技术和无汞触媒研发和推广应用；三是把汞污染防治和责任关怀结合起来，保护人民群众安全和健康；四是企业、政府和协会形成合力，共同推进汞防治工作开展。相关部门进一步明确，低汞触媒生产企业生产的低汞触媒产品符合HG/T4192-2011《氯乙烯合成用低汞触媒》相关要求。
发展对策
压力与动力并存，挑战与机遇同在。虽然汞污染防治对电石法PVC企业是一个巨大的挑战，但是如果企业、政府和行业协会形成合力，创新研发和运用新技术，汞污染防治或将成为企业转型升级的机遇。
1．政府和行业协会高度重视
“十二五”化工行业环境保护发展指南，要求大力推进汞污染防治工作，加大固汞触媒技术研发力度，加大无汞触媒技术投入；建立废汞触媒回收示范工程及从废汞触媒中回收HgCl2工艺的示范工程，建立高效汞回收示范工程；重点推进和应用低汞触媒和盐酸脱吸技术。工信部要求电石法PVC行业全面推广使用低汞触媒，优化原料气脱水及净化、氯乙烯合成转化器等技术和装备。鼓励采用高效脱汞器，回收气相消失的汞；盐酸脱吸技术对含汞废酸进行处理；离子交换等含汞废水深度处理技术，回收废水中的汞。中国氯碱工业协会秘书长张文雷在2014年行业经济运行中的重点工作时着重指出，作为用汞量大的氯碱行业要高度重视履行《关于汞的水俣公约》，以“减量化、无汞化”的工作路线为重点，从源头减少汞的使用，控制生产过程中汞的流向和减少末端汞的排放。2014年是电石法PVC汞污染防治工作的关键一年，2015年底前电石法PVC生产装置全部用低汞触媒替代高汞触媒，当前首要的工作重点就是做好低汞触媒的推广应用，同时密切关注大力推动无汞触媒的研发和应用，以促进无汞化和原料路线多元化为转方向和调结构的重要抓手，实现行业的可持续发展。围绕“减量化”和“无汞化”，我国氯碱行业提出了“两步走路线”：一是加快推进低汞触媒推广应用；二是加强低汞触媒的后续研发和应用，力争2020年左右，无汞触媒研发取得突破性进展，实现行业无汞化。
2．电石法PVC企业实现“产学研”相结合
电石法PVC企业在政府和行业协会指导和帮助下，依托高等院校和科研院所的高技术优势，强强联合，走出了一条治汞、减汞、去汞创新驱动发展的道路，为行业防汞、治汞做出了贡献。
（1）自主研发和推广使用低汞触媒
在中国氯碱工业协会大力推动下，一些有实力的大型电石法PVC企业率先研发新型低汞触媒，并大力推广应用。新疆天业集团自主研发的低固汞催化剂和气相脱汞技术，实现了工业化，与传统高汞催化剂相比，氯化汞含量从10.5%～12.0%降至5.5%左右，可使脱汞效率提高90%以上，可使汞的整体回收效率达95%左右。2012年其120万吨PVC装置已全部实现低汞化，年实现增效5000万元左右。新疆中泰化学股份有限公司等一大批企业正在加快推进低汞触媒的100%替代应用工作。该公司先后与北京化工大学、天津南开大学、青岛科技大学、新疆大学等高等院校进行产学研合作，积极推进电石法PVC生产的低汞触媒的应用，汞减排已达到50%以上，结束了高汞触媒的使用。四川宜宾天原集团与南开大学、新晃新中化工有限公司联合开发的“新型复合低汞触媒及成套应用技术”已于2013年5月顺利通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。该成果能大幅降低电石法PVC生产环节汞的流失和对环境造成的贵金属污染。目前，南开大学研发的用于PVC合成的新型低汞触媒技术已经完成工业化批量制备，在多家国内企业获工业化应用。
（2）开发乙烯和二氯乙烷无汞催化合成氯乙烯新工艺
山东德州实华化工公司和中科易工（厦门）化学科技公司、中国科学院上海高等研究院、上海华谊工程公司组成的“产学研设”联合开发了乙炔和二氯乙烷无汞催化合成氯乙烯新工艺，该新工艺曾被列入国家“863”和“973”计划重点项目，2014年8月16日通过了中国石油和化学工业联会的成果鉴定会。相比传统工艺，该新工艺吨PVC电石消耗量下降50%，综合能耗和生产成本均有所降低，且完全消除汞污染，该工艺核心技术已获授权国家发明专利2项。实华公司将在此基础上建设20万吨氯乙烯装置，预计2015年建设，2016年正式投产。
（3）积极研发氯乙烯合成高效无汞催化剂，并取得突破性进展
非汞催化剂的研发是从根本上解决PVC产业发展瓶颈的唯一办法，关系着整个产业的生存与发展。开发非汞催化剂，实现PVC的无汞化绿色生产已经成为国际上科技攻关的重点。
南开大学化学学院李伟教授课题组进行了《聚氯乙烯用绿色环保可再生无汞触媒研究》，目前在万吨级工业装置上已装填催化剂100余吨，生产出合格产品10万余吨。该课题组与国内重要PVC生产企业合作，重点研究电石法PVC的催化体系和反应体系，通过实验室研究和中试实验的验证，形成一套具有工业化可行性非汞催化成套技术方案，最终实现非汞化提供技术支撑。
中科院大连化学物理研究所开发出一种氮掺杂的类石墨烯催化剂，可高效催化乙炔氢氯化，在与传统氯化汞催化过程相同的进料空速条件下，该SiCQN-C催化剂上乙炔的单程转化率为80%，氯乙烯的选择性为98%，催化剂经过150小时实验，显示出了出色的稳定性能。该项目已经得到科技部“973”项目和国家自然科学基金委的支持，已得到一些企业的高度关注。
（4）研发电石法PVC生产过程中废酸含汞和废水含汞的回收利用和处理技术
昊华宇航化工有限责任公司自主设计的氯乙烯合成副产含汞废盐酸除汞工业化应用装置，投产运转正常，年可处理含汞废盐酸1万吨，处理后的盐酸中汞含量将由26mg/L降至0.1mg/L以下，达到国家工业用合成品盐酸质量要求。
中科院新疆理化技术研究院开发出一项含汞废水高效处理新技术。在前期聚合物型脱汞吸附材料的基础上，通过材料筛选，分子结构设计，优化材料网络结构，开发出成本低、吸附性能优、再生性能好、汞离子吸附容量高的纳米复合型系列脱汞吸附材料，该材料的生产成本降低了1/3以上。并在新疆一氯碱企业验证结果表明，这一技术不仅操作简便，处理成本低，且可高效去除废水中的汞。
我国氯碱行业围绕“减量化”和“无汞化”提出的“两步走”路线的第一步，就是加快推进低汞触媒的推广应用，也就是到2015年底前全行业电石法PVC生产装置全部用低汞触媒替代高汞触媒。现在已经进入倒计时，时不我待。当前任务十分繁重，还有相当数量的电石法PVC生产装置需要全部用低汞触媒替代高汞触媒。现在已经进入倒计时，时不我待。当前任务十分繁重，还有相当数量的电石法PVC企业仍在使用高汞触媒，尤其是技术力量薄弱的一些中小企业。除了企业、政府和协会形成合力共同推进外，业内人士建议应尽快组建一支由经验丰富的专业技术人员组成的电石法氯乙烯合成及低汞触媒使用技术服务队伍，去现场帮助和指导一些技术薄弱的中小企业解决低汞触媒的使用问题，以尽快实现电石法PVC行业低汞触媒使用的全覆盖。接下来的第二步是，加快研发无汞触媒、实现工业化并在全行业推广应用，困难更大、任务更繁重，这需要政府监管与企业自律相结合来共同推进。
前景展望
依据我国富煤贫油的基本国情和国家“煤代油”的能源战略国策，未来十年、二十年甚至相当长的一段时间，我国PVC树脂工业仍将是煤基原料路线为主，辅以石油基原料路线的多元化格局。原有的生产方法通过“无汞化”改革将会持续发展，新的生产方法通过创新发展将会成长壮大。未来我国PVC多元化发展格局见图1。
1． 传统工艺无汞化
电石法PVC具有技术成熟可靠、易于操作、资源有保证、投资性价比高、市场竞争力较强等优势。未来电石法PVC要健康持续发展，首先必须实现“无汞化”。为应对节能减挑战，还要做很多艰苦细致的工作，必须研发和推广采用先进的节能减排技术，包括全部采用大型密闭电石炉、电石炉尾气回收利用、聚合母液水处理、乙炔上清液闭式循环、干法乙炔技术、电石渣制水泥等清洁生产工艺；或尽快研发电石产业关键共性技术的氧热法电石生产先进技术。只有这样才可在PVC生产领域具有竞争力和可持续发展能力。
2． 清洁生产新工艺
新疆天业集团与浙江大学、清华大学和复旦大学等国内著名院校合作，开发了拥有自主知识产权的等离子体裂解煤制乙炔核心成套技术设备与工艺，被列入国家高技术研究863计划，并已通过国家科技部专家组验收。该技术与传统电石法生产乙炔相比，可降低能耗30%～35%，且不产生废渣、废水和废气，可实现清洁生产。目前，新疆天业等离子体裂解煤制乙炔技术，正在与后序氯乙烯聚合装置对接运行，一旦成功并推广应用，或将因其节能、环保、高效等技术经济特性，可逐渐部分替代电石-乙炔途径生产氯乙烯。
3．煤基原料路线
我国原油和天然气储量有限，而煤炭蕴藏丰富，对进口石油依赖度快速增长以及国际油价的持续高位，促使我国化学品生产领域使用更多煤炭来替代进口石油。近几年来，煤经甲醇制烯烃（MTP）得到迅速发展，目前已建成的煤制烯烃项目总产能达到156万吨，在国家“煤代油”的能源战略主导下煤制烯烃项目陆续投产，据有关资料统计，目前国内有近40个在建或在开展前期工作的煤制烯烃项目，若能如期建成投产，到2017年国内煤制烯烃产能将达到1900万吨。我国西北地区煤炭储量丰富，质优价廉，凭借煤制烯烃的经济优势，将会涌现出“煤/甲醇—烯烃—PVC”新型煤化工产品链，制得的乙烯再进行氧氯化即可生产PVC。山东阳煤恒通化工股份有限公司利用山西阳煤集团的优质煤炭，率先将于2014年底建成投产30万吨煤制烯烃装置，再将乙烯氧氯化制得30万吨PVC，改善了PVC原料路线，有望替代现有电石法PVC生产工艺装置。
4． 因地制宜发展
我国能源资源丰富的地区和环境敏感地区应分别选择符合行业准入条件的工艺路线生产PVC。中西部地区依托能源资源优势，在达到国家节能减排目标的前提下，促进电石法PVC健康持续发展，或发展煤制烯烃制PVC工艺。东部和沿海地区属环境敏感地区，受氯碱准入条件的要求及资源能源供应成本的影响，不适合发展电石法PVC，不得新建电石法PVC生产装置。可依托炼油乙烯适度发展乙烯氧氯化法PVC，也可在市场经济合理、性价比高的情况下充分利用国内外两种资源，进口VCM或ECD发展PVC，以逐步取代现有电石法PVC生产装置。如青岛海晶化工集团有限公司利用搬迁改造之机，改变原料结构，引进英力士公司PVC和VCM专利技术，以乙烯法PVC取代了现有电石法PVC，彻底实现了无汞化。
随着PVC树脂工业的科技进步和创新驱动发展，新工艺、新技术不断涌现，吐故纳新、优胜劣汰，将主导PVC的未来发展。