汞公约背景下电石法聚氯乙烯行业汞消减与汞管理_王岱.pdf
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1、202313综述与专论5Modern Chemical Research当代化工研究202313综述与专论5Modern Chemical Research当代化工研究汞公约背景下电石法聚氯乙烯行业汞消减与汞管理王岱 杨占昆 赵晶磊 闫平(天津市生态环境科学研究院 天津 300191)摘要:文章主要讨论在关于汞的水俣公约履约背景下,电石法聚氯乙烯行业汞消减和无汞化发展趋势,以及该行业生产用汞和含汞污染排放的环境管理措施。关键词:汞公约;电石法聚氯乙烯;汞消减;无汞化 中图分类号:TQ 文献标识码:ADOI:10.20087/ki.1672-8114.2023.13.002Mercury Man
2、agement for Mercury Reduction in the Calcium Carbide PVC Industry Under the Background of the Mercury ConventionWang Dai,Yang Zhankun,Zhao Jinglei,Yan Ping(Tianjin Institute of Ecological and Environmental Sciences,Tianjin,300191)Abstract:The article mainly discusses the trend of mercury reduction a
3、nd mercury free development in the calcium carbide PVC industry under the context of the implementation of the Minamata Convention on Mercury,as well as environmental management measures for the production of mercury and mercury containing pollution emissions in the industry.Key words:minamata conve
4、ntion on mercury;calcium carbide method polyvinyl chloride;mercury reduction;amalgam free汞是一种具有迁移性、持久性、高生物富集性的有毒有害环境污染物,会对人体健康和自然环境产生不利影响。近年来,汞污染问题受到国际社会的高度重视,关于汞的水俣公约于2017年正式生效。电石法聚氯乙烯行业因生产环节中合成氯乙烯VCM需要使用含汞催化剂(氯化汞触媒)因此是我国最大的用汞行业,也是汞公约重点管控行业。我国是全球聚氯乙烯产能大国,在实际生产过程中,经常会选择通过乙炔工艺(电石法)合成氯乙烯,80%的聚氯乙烯生产采用电
5、石法1。因此,电石法聚氯乙烯行业将无可回避的面对生产用汞的消减和汞淘汰问题。1.汞公约对聚氯乙烯行业的限制(1)电石法聚氯乙烯行业用汞工艺。电石法低聚氯乙烯进行合成的过程中,使用的原料为电石,主要成分为CaC2通过对电石发生一定的水解反应,可以生成乙炔C2H2。乙炔经过氯化氢(HCl)的催化,最终获得氯乙烯VCM,对其予以进一步的聚合,便可以获得所需聚氯乙烯。单体氯乙烯(VCM)的制备过程中,主要采用电石、氯化氢联合含汞催化剂进行催化反应。相关化学反应式如下:乙炔发生:CaC2+2H2O2Ca(OH)2+C2H2(1)合成VCM:C2H2+HClCH2=CHCl (2)nCH2=CHCl 催化
6、剂(C2H3Cl)n (3)反应中用到的含汞催化剂是以活性炭为载体的氯化汞触媒HgCl2,其作用是使反应速度加快。近年来,我国电石法聚氯乙烯行业产能不断扩大,汞触媒的使用量也逐年增加,在催化生产反应中存在严重的汞流失及污染环境问题,全球60%70%的汞消耗在我国,而我国的汞消耗主要又在电石法聚氯乙烯行业。按目前的电石聚氯乙烯产量计算,汞使用量约占全国使用总量的60%,其中大量的汞随着物料夹带或升华流失,对环境造成很大污染2。(2)关于汞的水俣公约中有关电石法聚氯乙烯行业的约束性内容。汞是毒性最强的重金属污染物之一,其污染的严重性和复杂性大大超过常规污染物,甚至在某些方面超过持久性有机污染物。对
7、人体健康和环境会造成严重损害,汞的危害性还具有隐蔽性和突发性,一旦发生重大污染事件,将造成环境灾难。为了应对汞污染问题和持续减少汞使用导致的环境污染和健康危害,2017年8月16日,关于汞的水俣公约在全球正式生效,公约针对电石法聚氯乙烯的用汞工艺问题提出了明确的约束性要求3。其中包括禁止新建的氯乙烯单体(VCM)生产工艺使用汞化合物作为催化剂;到2020年,电石法聚氯乙烯单位产品的汞使用量应在2010年基础上减少50%,并对该行业的生产用汞的使用和排放采取管控措施;采取措施减少对202313综述与专论6Modern Chemical Research当代化工研究202313综述与专论6Mode
8、rn Chemical Research当代化工研究原生汞矿的依赖;控制汞向环境的排放;支持无汞催化剂和工艺的研发。虽然公约中并未明确规定对电石法聚氯乙烯行业用汞工艺的具体淘汰时限,但是,公约中明确要求电石法聚氯乙烯生产企业在“汞公约”缔约方大会确定基于现有工艺无汞催化剂技术和经济均可行5年后,淘汰电石法聚氯乙烯的用汞工艺,全面实现无汞替代工艺。(3)电石法聚氯乙烯用汞工艺的低汞路线。我国煤炭资源十分丰富的,电石法合成聚氯乙烯所需的乙炔最主要由煤气制成,整个工艺成本较低,操作简单、综合效益较高。我国煤多油少的能源结构,决定了电石法在我国聚氯乙烯行业占有较大比重。在汞公约背景下,用汞工艺导致电石
9、法聚氯乙烯行业面临极大挑战,汞公约规定到2020年,电石法聚氯乙烯单位产品用汞量应在2010年基础上减少50%,并对生产用汞的排放进行管控。国家也先后出台各种政策控制电石法聚氯乙烯行业中汞的使用,汞消减成为汞公约前期履约工作的主要过度手段。目前,低汞触媒高效应用,也就是氯化汞含量在4%6.5%之间的含汞催化剂,已经在国内电石法聚氯乙烯生产企业的生产实践中得到广泛应用,部分企业已开展超低汞催化剂(汞含量3%)的试用。2.电石法聚氯乙烯行业的汞消减(1)低汞触媒的高效应用。电石法合成聚氯乙烯生产过程中的单体氯乙烯合成这一工序中,需要含有不同质量分数的氯化汞催化剂4。其中,低汞催化剂指的是其中氯化汞
10、含量在4.0%6.5%的催化剂,高汞催化剂指的是其中氯化汞含量在10.0%12.0%的催化剂。汞公约背景下,我国电石法聚氯乙烯行业的生产用汞的消减势在必行。环境保护部2016年发布汞污染防治技术政策中,鼓励采用先进的生产工艺和设备,淘汰高能耗、高污染、低效率的落后工艺和设备,要求企业积极通过技改和工艺控制,采用严格工艺控温,增加反应时长等手段,实现高汞相同的反应效率,显著减少生产用汞消耗。同时真正落实国家汞污染防治各项政策,全面落实企业主体责任,加强涉汞全过程、全方位管理。2019年,生态环境部与工业和信息化部联合下发的关于印发的通知,按照汞公约有关要求,落实电石法氯乙烯单体生产工艺单位产品用
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