PVC聚氯乙烯过程分析解决方案

PVC （聚氯乙烯）是现代氯碱和化工行业的重要基础树脂， 其生产过程涵盖电石法VCM （氯乙烯）生产和乙烯法VCM生产两种主流工艺路线：

•     电石法： 以电石为原料，经乙炔发生、清净、氯化氢合成、转化（催化反应生成VCM）、精馏得到高纯度VCM单体， 再经聚合生成PVC。

•     乙烯法： 以乙烯和氯气为原料，经氧氯化反应生成EDC （二氯乙烷）， EDC裂解生成VCM和HCl（HCl循环利用）， VCM聚合得到PVC。

全流程的原料纯度控制、催化剂保护、安全防爆、产品质量及环保排放的在线测量，是保障装置效率、运行安全及产品品质的关键。其中，电石法工艺需严格监控乙炔纯度、 H2S含量、混合脱水水分、转化效率及VCM中乙炔残留；乙烯法工艺需控制乙烯水分、氧氯化反应O2比例、 EDC中游离氯及水

分；两种工艺共用的聚合工段需监控聚合釜pH、成品水分、干燥热风炉烟气及废水处理指标；公用工程及焚烧炉尾气需满足环保合规要求。马

马鞍山迈思特智能科技有限公司为PVC生产厂提供“从原料到产品、从安全到环保"的一站式全流程精准测量解决方案，涵盖电石法与乙烯法共性和专用测控点，助力PVC装置安全、高效、稳定、合规运 行。

1. 工艺路线概览

1.1 电石法VCM生产工艺简介

电石法以电石（碳化钙）为原料，电石与水反应生成乙炔气体（C2H2）。粗乙炔中含有H2S、 PH3等杂质，需用次氯酸钠溶液进行清净处理，将H2S含量降至10ppm以下， 防止后续汞催化剂中毒。清净后的乙炔与氯化氢（HCl）按约1:1.05~1:1.1摩尔比混合， 经混合脱水（控制水分≤50ppm）后进入转化

器。转化器内填充氯化汞（或低汞/无汞）催化剂，乙炔与HCl在常压、 100-120℃下反应生成氯乙烯

（VCM） 。转化气经水碱洗除去未反应HCl后，进入低沸塔和高沸塔精馏， 得到高纯度VCM单体（纯度≥99.9%，乙炔≤1ppm，水分≤30ppm）。电石法投资较低、工艺成熟，但存在汞催化剂污染问题，正在向无汞化转型。关键测量点包括： 乙炔发生器出口乙炔纯度及H2S、清净塔后H2S、混合脱水前后微量水、转化器入口HCl浓度及乙炔含量、转化器出口VCM纯度及乙炔残留、 VCM精馏塔水分及成品储罐乙炔含量。

1.2 乙烯法VCM生产工艺简介

乙烯法以乙烯（C2H4）、氯气（Cl2）和氧气（O2）为原料。首先乙烯与氯气在液相或气相条件下直接氯化生成二氯乙烷（EDC ，C2H4Cl2）；同时，副产的氯化氢与乙烯、氧气在氧氯化反应器中（以铜基催化剂） 反应生成EDC和水。两种EDC合并后经精馏提纯，再送入裂解炉（约500℃)热裂解，生成

VCM和HCl。裂解产物经急冷、分离， HCl返回氧氯化单元循环使用， 粗VCM经精馏得到高纯度VCM单体。乙烯法产品质量高、无汞污染，是大型装置的主流工艺。关键测量点包括： 乙烯干燥后微量水（保护氧氯化催化剂） 、乙烯中O2含量（安全红线＜0.5%）、氧氯化反应器循环气O2含量（控制反应比例）及CO/CO2 （判断催化剂活性）、 EDC精馏塔顶微量水、 EDC产品中游离氯及pH、裂解炉出口HCl浓度、 VCM精馏塔水分及纯度。

PVC聚氯乙烯全流程测控点示意图

2. PVC聚氯乙烯全流程测控点一览表

3. 共同工艺单元

3.1 PVC聚合（序号86-94）

聚合工段是将VCM单体转化为聚氯乙烯树脂的核心环节，电石法和乙烯法共用。需监控聚合釜反应pH、汽提塔循环液pH、干燥器及成品水分、热风炉燃烧效率及离心母液水质。

•    聚合釜反应中pH（序86） ：量程0-14，维持聚合反应所需的中性环境，防止引发剂分解异常或树脂品质下降，控制6-8。

•    汽提塔循环管线pH（序87） ：量程0-14，控制汽提塔内酸碱度，避免未反应VCM分解或设备腐蚀，控制6-8。

•    干燥器出口水分（序88） ：量程0-1%，控制PVC树脂成品含水量，防止储存结块及下游加工产生气泡， 控制≤0.3%。

•    干燥器热风炉出口O2含量（序89） ：量程0-10 vol%，控制热风炉过剩氧量， 防止闪爆并提高热效率， 控制3-6%。

•    干燥器热风炉出口CO含量（序90） ：量程0-1000 ppm，监控燃烧完全程度， CO过高表示燃烧不充分，浪费燃料且污染环境，控制<100 ppm。

•    干燥器热风炉出口NOx含量（序91） ：量程0-500 ppm，环保排放指标，控制氮氧化物生成，满足当地排放标准（通常<150 mg/m³ )。

•     PVC成品料仓水分（序92） ：量程0-1%，最终产品质量抽检， 确保包装前树脂水分合格， 控制≤0.3%。

•    离心母液池pH（序93） ：量程0-14，中和控制， 防止酸性或碱性废水进入后续处理单元， 控制6-9。

•    离心母液池悬浮物浊度（序94） ：量程0-200 NTU，监控母液中PVC细粉含量， 判断离心分离效果，指导滤网更换或离心机调整， 控制<50 NTU。

3.2 公用工程（序号95-110）

公用工程为全厂提供循环冷却水、脱盐水、氮气及冷冻盐水，需监控腐蚀、结垢、水质纯度及安全。

•    循环水回水悬浮物浊度（序95） ：量程0-100 NTU，判断换热器是否泄漏， 浊度突增提示工艺介质进入循环水，控制与补水浊度相近。

•    循环水冷却塔水池pH（序96） ：量程0-14，加药控制，防止腐蚀和结垢，控制6.5-8.5。

•    循环水冷却塔水池电导率（序97） ：量程0-10000 μS/cm，控制浓缩倍数，指导排污，通常不超过补水水质的3-5倍。

•    循环水冷却塔水池ORP（序98） ：量程-1000~+1000 mV，监控氧化还原电位， 间接反映杀菌剂投加效果和微生物活性，控制300-600 mV。

•    脱盐水原水入口电导率（序99） ：量程0-2000 μS/cm，监控原水水质波动， 指导预处理加药，根据当地水源设定报警值。

•    脱盐水原水入口悬浮物浊度（序100） ：量程0-50 NTU，监控原水悬浮物， 防止堵塞过滤器或反渗透膜，控制<5 NTU。

•     RO产水电导率（序101） ：量程0-100 μS/cm，判断反渗透膜性能， 要求≤10 μS/cm，超标提示膜污染或破损。

•    混床出口电导率（序102） ：量程0-1 μS/cm，控制脱盐水最终纯度， 要求≤0.1 μS/cm，保证锅炉和工艺用水品质。

•    混床出口pH（序103） ：量程0-14，控制脱盐水酸碱度，防止后续设备腐蚀，控制6.5-7.5。

•    混床出口溶解氧（序104） ：量程0-200 ppb，控制脱盐水溶解氧含量，防止锅炉氧腐蚀， 控制≤50 ppb。

•    氮气站出口N2纯度（序108） ：量程99.9-100 vol%，保证氮气保护及吹扫效果， 要求≥99.99%。

•    氮气站出口O2含量（序109） ：量程0-1000 ppm，安全监控， 防止氮气中含氧过高导致置换不彻底或人员窒息风险，控制≤10 ppm。

•    冷冻盐水储槽pH（序110） ：量程0-14，控制冷冻盐水酸碱度，防止管道腐蚀， 控制6.5- 8.5。

3.3 环保与排放（序号111-123）

废水处理、焚烧炉及烟囱排放需严格监控， 确保达标排放。

•    废水调节池pH（序111） ：量程0-14，指导预处理加药，调节来水酸碱度， 控制6-9。

•     中和池pH（序112） ：量程0-14，中和处理后排放前最终控制，必须满足环保红线6-9。

•    生化池溶解氧（序113） ：量程0-10 mg/L，维持好氧微生物活性，控制2-4 mg/L。

•    生化池污泥浓度MLSS（序114） ：量程0-10 g/L，控制活性污泥浓度，保证生化处理效率，控制2000-4000 mg/L。

•    总排放口pH（序115） ：量程0-14，环保红线指标， 必须控制6-9。

•    雨水排放口pH（序116） ：量程0-14，初期雨水监控，防止工艺泄漏污染环境， 控制6-9。

•    焚烧炉出口O2含量（序118） ：量程0-10 vol%，控制过剩氧量，保证燃烧完全且不过度浪费燃料，控制3-6%。

•    焚烧炉出口CO含量（序119） ：量程0-1000 ppm ，评价燃烧效率， CO过高表示不完全燃烧，控制<50 ppm。

•    焚烧炉出口NOx含量（序120） ：量程0-500 ppm，环保排放指标， 控制氮氧化物浓度， 满足当地标准（如<200 mg/m³ )。

•    焚烧炉出口SO2含量（序121） ：量程0-500 ppm，环保排放指标，控制二氧化硫浓度，满足当地标准（如<50 mg/m³ )。

•    焚烧炉出口HCl含量（序122） ：量程0-200 ppm，酸性气体排放监控，控制HCl浓度，防止大气污染， 通常<30 mg/m³。

•    烟囱排放口HCl含量（超低）（序123） ：量程0-20 ppm，超低排放要求，精准监测HCl，满足最严环保标准（如<10 mg/m³ )。

4. 分工艺路线特有单元

4.1 电石法VCM生产

电石法以电石为原料， 经乙炔发生、清净、转化、精馏得到VCM单体。

4.1.1 乙炔发生与清净（序号52-61）

•     乙炔发生器出口乙炔纯度（序52） ：量程0-100 vol%，主控指标，判断电石反应完全程度和发生器效率，控制≥99%。

•     乙炔发生器出口H2S含量（序54） ：量程0-200 ppm，监控粗乙炔中硫化物，为清净工段提供负荷依据，控制≤50 ppm。

•     乙炔发生器出口O2含量（序55） ：量程0-5vol%，安全红线， 防止乙炔与空气形成爆炸性混合物，控制≤1%。

•     乙炔清净塔出口乙炔纯度（序56） ：量程0-100 vol%，评价清净效果，保证后续转化原料纯度，控制≥99%。

•     乙炔清净塔出口H2S含量（序58） ：量程0-50 ppm，清净后H2S残余量，防止汞催化剂中毒，控制≤10 ppm。

•    清净乙炔管道微量水（序59） ：量程0-100 ppm，控制乙炔原料水分，防止盐酸腐蚀设备，保障催化剂活性， 满足高纯乙炔标准(≤15 ppm）。

•    清净塔次氯酸钠循环液pH（序60） ：量程0-14，维持次氯酸钠溶液氧化性，保证清净效率，控制7-9。

•    混合脱水器微量水（序61） ：量程0-100 ppm，控制乙炔与HCl混合气水分， 保护转化器触媒，控制≤50 ppm。

4.1.2 转化合成（序号62-63, 69-71）

•    转化合成气HCl浓度（序62） ：量程0-100 vol%，监测转化器入口HCl配比， 保证乙炔与HCl摩尔比约1:1.05~1.1 ，控制适当过量。

•    转化合成气乙炔含量（序63） ：量程0-10 vol%，监测未反应乙炔，指导转化器温度及空速调整，控制<3%。

•    转化器出口VCM纯度（序69） ：量程0-100 vol%，核心工艺指标，监控转化效率，指导精馏操作，正常70-90% （随转化率波动）。

•    转化器出口乙炔残留（序70） ：量程0-1vol%，控制未反应乙炔，保证VCM质量，防止精馏系统爆炸，控制<0.5%。

•    转化器出口O2含量（序71） ：量程0-2 vol%，安全红线，防止氧气与乙炔/VCM形成爆炸混合物，控制<0.5%。

4.1.3 精馏与产品储存（序号78-85）

•    VCM高沸塔塔顶微量水（序78） ：量程0-100 ppm，控制精馏后VCM水分，保证单体质量，控制≤50 ppm。

•    粗VCM管道乙炔含量（序79） ：量程0-5000 ppm，监控乙炔含量， 防止进入精馏系统影响产品质量， 控制<100 ppm。

•    粗VCM管道N2含量（序80） ：量程0-5vol%，监测不凝气积累，指导精馏塔放空操作，控制<1 vol%。

•    VCM单体储罐微量水（序81） ：量程0-50 ppm，最终产品水分控制，满足聚合原料要求，控制≤30 ppm。

•     PSA回收气出口O2含量（序82） ：量程0-2 vol%，安全监控， 控制O2＜ 1% ，防止爆炸。

•     PSA回收气出口总烃含量（序83） ：量程0-20 vol%， 间接判断PSA回收效率（总烃主要为乙炔+氯乙烯），控制<5 vol%。

•    VCM单体储罐乙炔含量（序84） ：量程0-100 ppm，严格控制乙炔残留， 防止聚合反应异常，控制≤1 ppm。

•    尾气回收系统出口O2含量（序85） ：量程0-2 vol%，安全监控，防爆炸，控制<1%。

4.2 乙烯法VCM生产

乙烯法以乙烯、氯气、氧气为原料， 经氧氯化生成EDC ， EDC裂解生成VCM。

4.2.1 EDC生产（序号64-68, 72-76）

•     乙烯干燥器后微量水（序64） ：量程0-50 ppm，控制乙烯原料水分， 保护氧氯化催化剂， 防止副反应，控制≤15 ppm。含量（序65） ：量程0-2 vol%，安全红线，防止乙烯中氧气进入氧氯化反应器形成爆炸性混合物， 控制＜ 0.5%。

•     EDC反应器循环气O2含量（序66） ：量程0-10 vol%，优化氧氯化反应，控制O2进料比例， 提高转化率，防止氧过量导致副反应， 控制3-6%（具体根据工艺）。

•     EDC反应器循环气CO、CO2、乙烯（序67） ：量程0-5 vol%（CO/CO2）、 0-20 vol%

（C2H4），监测副产物生成趋势，判断催化剂活性，预警中毒。 CO<0.5% ，CO2<2%，乙烯控制适当。

•     乙烯进料乙烯纯度（序68） ：量程99.0-100 vol%，监控乙烯原料质量，控制C2H4≥99.9%。

•     EDC精馏塔塔顶微量水（序72） ：量程0-100 ppm，控制EDC产品水分， 防止裂解炉腐蚀，控制≤50 ppm。

•     EDC产品管道pH（序73） ：量程0-14，监测EDC中HCl残留，控制pH 6-7（中性），防止下游设备腐蚀。

•     EDC汽提塔出口CO2含量（序74） ：量程0-2 vol%，监测汽提效率， 控制CO2≤0.1%，防止CO2带入裂解炉影响操作。

•     EDC产品管道Cl2含量（序75） ：量程0-10 ppm，监控EDC中游离氯，控制≤1 ppm，防止与乙炔反应生成氯乙烯副产物及设备腐蚀。

•    氯化反应器尾气Cl2含量（序76） ：量程0-10 vol%，监控氯化效率、预警泄漏、环保排放，正常<2 vol%。

4.2.2 裂解（序号77）

•    VCM裂解炉出口HCl浓度（序77） ：量程0-100 vol%，监控副产HCl浓度，指导HCl循环利用，控制约50-60vol% （随裂解转化率变化）。

5. 全流程测量仪表解决方案

针对上述所有测控点， 马鞍山迈思特智能科技有限公司提供如下仪表测量解决方案：

•    紫外气体分析仪：专用于H2S、Cl2、 NOx、 SO2等测量。紫外吸收光谱技术对硫化物、卤素气体具有高选择性和灵敏度， 不受水汽、 CO、CO2等背景气体干扰，响应快， 适合乙炔清净、

EDC生产、焚烧炉尾气等复杂工况。

•    激光气体分析仪（TDLAS） ：用于焚烧炉及烟囱排放口HCl超低浓度测量。可调谐二极管激光吸收光谱技术通过窄带宽激光精准锁定HCl吸收峰，不受CO、CO2、 H2O等背景气体干扰，响应快，维护量低， 满足超低排放要求。

•    红外气体分析仪：用于乙炔纯度、 VCM纯度、乙烯纯度、 CO、CO2、总烃等测量。采用非色散红外（NDIR）技术，线性误差小， 长期稳定性好，内置温度压力补偿，零漂小。可选耐腐蚀气路及防爆配置， 满足乙炔、 VCM等易燃易爆工况要求。

•    热导气体分析仪，用于HCl浓度、 N2纯度等测量。 PVC生产过程中，转化合成气、 VCM裂解炉出口、粗VCM管道等工艺点位往往含有一定量的HCl等强腐蚀性杂质，极易侵蚀传感器， 导致测量精度下降甚至彻底失效。马鞍山迈思特智能科技有限公司热导式气体分析仪可专门配置由Al2O3（氧化铝陶瓷） 、玻璃或石英制成的特种测量池， 确保在最恶劣的化学环境中长期服役。分析仪低漂移，响应快速， 坚固耐用， 可选ATEX/IECEx防爆配置，满足PVC装置防爆区域的安装要求。

•    光学/电化学/顺磁氧气分析仪，推荐光学氧分析仪，基于荧光猝灭原理的全固态传感器，无耗材、响应快、漂移极低，使用寿命预计可达5年以上。  BaroSense™ 技术持续监测大气压力，并自动将氧分压转换为真实的体积浓度，确保在不断变化的环境条件下也能进行高精度的氧测量。 未经补偿时，大气压变化1%即导致测量值偏差1%；日常波动2~3%、恶劣天气5~7%、极端台风超11%。 BaroSense™ 技术通过实时自动补偿这些变化， 提供稳定可靠的测量结果， 同时最大限度地减少频繁重新校准的需求。

•    顺磁氧分析仪，可内置压力补偿功能——通过压力传感器实时检测测量室压力变化并进行自动修正，同时可选配背压调节阀稳定测量室压力。压力补偿精度为<1%测量值/1%压力变化， 背压调节阀则从根本上消除放空管路堵塞或多台仪器共用放空管线时的气堵效应。配合抗交叉干扰设计， 响应快，坚固耐用，可用于高精度氧气测量。

•    伽伐尼电池微量氧分析仪，量程0~10 ppm及0~1000 ppm ，采用   BaroSense™  技术。这项先进的补偿功能可校正环境压力波动对氧分压测量的影响， 防止因天气相关的压力变化引起的信号漂移和报警偏差， 从而确保痕量氧监测的一致性和可靠性。

未经补偿时，大气压变化1%即导致测量值偏差1%； 日常波动2~3%、恶劣天气5~7%、极端台风超11%。

•    微量水分测量：五氧化二磷电解法微量水分仪，基于法拉第定律绝对测量，稳定不漂移，无需频繁校准。专门设计用于乙炔、乙烯、VCM、 EDC等有机气体及氯化氢等腐蚀性气体。传感器采用氧化锆陶瓷或玻璃材质，配备PVDF防腐流通池， 五氧化二磷涂层可定期再生，维护费用极低。

•     pH/ORP测量：

马鞍山迈思特智能科技有限公司采用无孔固态参比电极技术，以电化学活性的离子导电聚合物作为无孔参比液接界，从根本上杜绝了传统电极常见的KCl电解液流失和液接界堵塞问题。该设计使电极不受接地回路电流影响，同时避免了不对称电位的产生，测量精度大幅提升。

传统pH电极在PVC生产中的次氯酸钠清净液（强氧化性）、转化合成气冷凝液（酸性）、聚合釜反应液（含VCM及分散剂）、 EDC产品（含游离氯）、离心母液（含PVC细粉）、循环冷却水（结垢倾向） 、脱盐水（低电导率）等复杂工况下， KCl电解液易扩散， 液接界易被污染，造成测量滞后和严重漂移。而马鞍山迈思特智能科技有限公司无孔固态参比电极技术的pH计响应时间小于5

秒，月电位漂移小于1mV，使用寿命通常是传统电极的3-5倍。无孔固态参比电极几乎免维

护，对表面结垢的敏感性低，即使在强氧化性、酸碱交替、含悬浮物、低电导纯水的环境下也能保持长期稳定性和准确度。

在复杂介质环境下，马鞍山迈思特智能科技有限公司固态pH计能将pH控制精度维持在±0.05pH范围内，化学品消耗降低15%-20%，核心设备更换周期延长一倍，显著降低了生产成本与设备维护压力。配合同系列固态无孔ORP计（测量范围-1500~+1500mV，采用贵金属铂或金电极），该技术非常适合用于低电导率纯水、含氯氧化性介质、含悬浮物浆料等严苛工况。

•     电导率/浓度测量： 四电极设计，通过相当于电容两个极板的4根电极来测量电导率，从根本上消除了极化误差，无需频繁校准；传感器内置自诊断与自动温度补偿功能，测量范围覆盖

0~0.05μS/cm（超纯水） 至0~500mS/cm （电解液），兼容脱盐水、 RO水、循环水、废水等介质，可根据量程需求灵活配置。

•     浊度/污泥浓度： 采用耐腐蚀光学结构，高精度。

•    溶解氧分析仪： 溶解氧分析仪采用荧光法测量原理。无需消耗氧气， 无电解液， 不受流速影响，维护量极低。

结论：

马鞍山迈思特智能科技有限公司提供的PVC全流程精准测量解决方案，实现了从VCM生产（乙炔发生、清净、转化、 EDC氧氯化、裂解、精馏）到PVC聚合、干燥、公用工程及环保排放的全覆盖。通过红外/紫外/激光气体分析仪、光学/顺磁/微量氧分析仪、五氧化二磷电解法微量水分仪、无孔固态pH/ORP计、四电极电导率仪、浊度计、溶解氧分析仪及电磁波水分仪的协同工作，有效保障了催化剂寿命与反应安全， 优化了VCM/EDC产品质量，确保了成品PVC水分达标及焚烧炉尾气环保合规。该方案显著降低了运维成本与系统复杂度，是PVC工厂设计、运行与扩产中值得信赖的测量合作伙伴。