氯乙烯的生产技术

氯乙烯的生产技术内容摘要：

页 9 塔传热传质效率的精馏段温差和提馏段温差上反应出来，并对加热量提出要求，特别是提馏段温差影响更大。 还有低塔过来的物料量、塔顶回流量的波动都会影响液位。 、电石法 VCM 生产过程控制系统存在的问题 和其他行业的自动化控制水平相比，国内电石法 VCM控制技术发展水平还是很低的，大多生产装置处于手动控制和半自动控制状态，很多企业虽然采 用了 PLC控制系统，但是仍然靠人工手动操作，这种情况和国内自动化应用基础水平比较低有很大的关系。 电石法 VCM生产工艺过程是一个复杂的工业过程，反应机理复杂，反应过程具有非线性、不确定性和时变性，而且难以建模，它具有一系列复杂化工反应过程的典型特性。 目前对电石法 VCM生产技术的研究主要着重于工艺性的研究，工艺研究和控制研究还没有有效地结合，如果能将集成优化控制技术应用于氯乙烯生产过程，将会产生更大的经济效益。 从优化控制角度来看，电石法 VCM生产过程主要存在以下问题需要解决 ： (1)在深入分析电石法 VCM生 产工艺的基础上，确定控制目标和控制变量，分析 氯乙烯生产过程中主要的控制问题和优化目标，完成控制系统的总体结构设计是解决问题的第一步。 (2)乙炔生产工序中发生器温度、发生器压力耦合，如何控制好发生器内温度与压力是系统平稳生产的关键。 (3)氯化氢生产工序中氢气与氯气的配比是氯乙烯生产中重要的工艺参数，控制是否得当是该工序安全生产以及提高氯乙烯纯度的关键。 (4)氯乙烯转化阶段的温度控制属于多变量、非线性复杂化工过程控制，给过程建模和优化控制带来了很大的困难，建立其过程模型是氯乙烯生产过程优化控 制的重要环节。 (5)氯乙烯精馏阶段各工艺参数受其它工艺参数的影响较大，各参数之间存在着耦合关系，相互作用，研究各变量之间的相互关系，建立多变量的控制系统，是提高氯乙烯纯度最为重要的环节。 大连理工大学硕士学位论文 (6)根据现场情况和现有条件，设计氯乙烯生产过程集成优化控制系统，保证生产正常运行，也是讫待解决的问题。 扬州工业职业技术学院毕业论文 第 页 10 、电石法生产氯乙烯降低电石单耗的几点措施 (1)乙炔生产工艺的改进 1)电石上料工艺的改进 在新建的 PVC装置中新型上料装置 (如皮带、斗式提升机 )的取代原来的电动葫芦上料 ，在电石上料上被广泛的应用，上料装置是影响乙炔发生器生产能力的一个重要因素，利用电动葫芦吊斗输送电石的方法存在着许多不利因素，对于大型发生装置己不适用。 而皮带输送、斗式提升机、计量加料系统等的采用却有着节省占地面积的优势，提高劳动生产率的优点。 2) 乙炔发生器的改造 目前，一些较大型的电石法 PVC装置，一般采用直径为 2800毫米的乙炔发生器， 4台一般能够满足 6万吨／年 PVC的生产需要。 一些小型电石法 PVC厂家的发生器更小。 而研发的新型发生器 4台便能够满足 l2万吨／年 PVC的生产需求，不仅是将直径扩大为 3200毫米，而且对内部的结构及相应的配套设施也进行了改进。 3) 电石环保方面的改造 电石法 PVC产能近几年发展迅猛，但电石法 PVC工艺的环境污染和能耗都较高，这也是国外企业放弃这种生产工艺的主要原因。 以电石乙炔法 PVC生产企业为例，传统的电石法 PVC工艺每年生产一吨 PVC产生 2O公 斤电石粉尘，排出 l4吨水含量为 8％左右的电石浆和 10吨含硫碱性废水，同时耗电约 550KWH。 切实有效地解决上述废弃物的排放是解决 PVC行业发展过程中遇到的环保瓶颈问题。 要解决这一问题只有将现有的乙炔湿法发生工艺进行改造， 采用乙炔干式发生工艺。 该生产工艺的主要特点是不产生废水，耗水量仅是原湿法工艺的 1O％ ，并且生产出的电石干渣 (含水6％ )可直接用于水泥生产。 目前，干法乙炔工艺已通过工业化实验阶段，并在 PVC行业内大力推广应用，很多新建装置已经按干法乙炔工艺进行设计，原有的大部分老装置为节能减排也都在着手改造中。 (2)转化生产的改进 1) 大型、新型转化器的应用 转化器是乙炔与氯化氢合成氯乙烯的关键设备，据了解，全国电石法 PVC生产厂家绝大多数采用直径 2400毫米的碳钢列管式换热器作为反应器，这对于中小规模的PVC厂家较 适用，但对于较大规模的厂家来讲就很值得商榷：转化器需要的数量太多，如 lO万吨／年 PVC规模则至少需要转化器 40台，加之转化反应的特殊性，泄漏扬州工业职业技术学院毕业论文 第 页 11 情况相当严重，目前，通过对设备结构尺寸的调整研发出直径 3000毫米和直径为 3200毫米的新型转化器，单台的生产能力可达到年产 0． 38万吨／年 }台和 0． 6万吨／年 台，现在这两种规格的转化器在 PVC行业 广泛推广应用。 2） 转化器撤热介质的改进 有的新装置还将移走转化器的冷媒进行调整，采 用庚烷使用效果也较理想．为节约能源和降低成本在转化器的动力问题上采用了热水和庚烷自身循环工艺。 通过对转化器的结构、冷媒及循环方式的调整，生产中转化装置将越来越完善。 (3)精镭工艺的改进 1） 新型精馏塔的应用 一些小规模的电石法 PVC生产厂家仍在延用老式的塔型，如浮阀塔等，这些塔不仅处理能力小、不易操作，而且容易发生自聚现象。 目前，在大型的电石法 PVC生产企业中已普遍采用新的塔型。 如河北工业大学设计的垂直筛板塔还有北京化工大学高效导向筛板塔。 2） 阻聚剂在精馏系统中的应用 精馏系统自聚问题是电石法生 产 VCM的 常见问题。 自聚物常堵塞低沸塔的降液管、塔盘，甚至整个低沸塔，造成系统操作困难、 VCM质量下降、尾气中 VCM含量升高，甚至出现安全事故 通过实践可知，在精馏系统加入一定量的阻聚剂，如壬基苯酚或对苯二酚等酚类，是防止自聚的有效方法。 3） 精馏尾气吸附技术的改进 目前国内精馏尾气回收大多采用低温吸附蒸汽或热水解吸，但是在生产实践中，其工艺的缺陷是：其一，操作温差大。 吸附时用低温盐水冷凝吸附，解吸时用 0． 7MPa蒸汽解吸，其温差有 200℃ 之大，这就给设备的选材造成了很大的困难：其二，操作难度大。 频繁的 切换、吸附、解吸、干燥、吹风、置换等步骤，无形中加大了工人的劳动强度：其三，由于活性炭在 200℃ 温差的范围内工作，加上又是蒸汽直接解吸，这就给活性炭的强度提出了更高的要求。 不仅冷凝蛇管容易泄漏，而且活性炭颗粒也均被破坏，大多已成粉末状：其四，净化气气体中氯乙烯含量在 2％ 左右，远远大于环保排放标准 (36mg／ m 相当于 l2． 910～ 6)。 而且此工艺无法将尾气中的乙炔回收，这样反而使氯乙烯气柜纯度降低，增加了不凝性气体组分，给压缩机增加了额外的工作量。 新工艺采用变压吸附技术：利用气体组分在固体材料上吸附特性上的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体扬州工业职业技术学院毕业论文 第 页 12 的分离或提纯。 装置运行中采用压力及阀检反馈信号连锁判断程控阀故障，实现了异常工况连锁保护，多程序控制功能还可以方便的适应工况的变化，可实现在线检修，切换方便。 回收的氯乙烯和乙炔循环利用，尾气中含氯乙烯和乙炔分别在 36 mg／ m 和 120 mg／ m 达到国家排放标准。 、 二氯乙烷法 二氯乙烷法是以乙烯为原料与氯气反应生成二氯乙烷 ( EDC) ,然后由二氯乙烷热裂化制备氯乙烯的方法。 其化学反应方程式为： C2H4+Cl2→ C2H4Cl2 C2H4Cl2→ C2H3Cl+HCl 、裂解温度 EDC 裂解反应是吸热反应，提高 EDC 裂解温度有利于生成氯乙烯，即裂解温度越高， EDC 的转化率越高；但副反应也是吸热反应，故裂解温度越高，也有利于副反应进行，易于结焦。 试验和生产实践表明， EDC 裂解是在 400℃ 开始的，但裂解速率很小；当小于 450℃ 时， EDC 的转化率很低；随着裂解温度的升高 ， 裂解速率明显加快。 研究证实，在裂解温度为 500℃ 左右时。 温度每升高 10℃ ， EDC 转化率可增加 3％～ 5％ ；但随着裂解温度的继续升高 ， EDC 将会深度裂解为乙炔 和碳，使副反应的速率增大；当超过 600℃时，副反应速率将大于主反应速率。 因此， EDC裂解温度不宜过高。 目前，世界上 EDC 裂解的最高温度均不高于 510℃。 、裂解压力和停留时间 从主反应平衡式可知，增大裂解压力不利于提高 EDC 的转化率。 但在实际生产中常采用加压操作，其原因是压力越大越有利于抑制分解积碳等副反应发生，保证物料畅通无阻，维持适宜的空速，避免局部过热，提高氯乙烯收率和设备的生产能力，也有利于氯乙烯的冷凝回收。 工业生产中 EDC 裂解炉一般控制裂解压力在 24 MPa。 EDC 在裂解炉中停留时间长 虽能提高转化率，但生焦结碳量也大大增加，使扬州工业职业技术学院毕业论文 第 页 13 EDC 的选择性降低，设备的生产能力降低。 因此，工业生产中 EDC 在裂解炉中停留的时间较短，以获得高产率，通常控制 EDC 转化率在 50％～ 60％ ，选择性控制在％ 左右。 该法的副产物是 HCI , 如果不加以利用 ,生产成本太高。 与电石乙炔法联合起来可以解决 HCI 题。 但这种方法既不能完全向石油天然气化工方向转化 ,又不能。