新型轉(zhuǎn)化器在PVC生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用

呂彥玲，肖國營

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司采用列管式氯乙烯合成轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，由混合器出來的混合氣體進入轉(zhuǎn)化器，使乙炔和氯化氫合成轉(zhuǎn)化為氯乙烯，此反應(yīng)放出大量的熱且不易傳遞出來，使列管中心部位溫度最高。在操作過程中觸媒局部過熱，氯化汞容易升華。依據(jù)觸媒中氯化汞升華曲線，當(dāng)120 ℃以下時，氯化汞升華輕微；溫度達到180 ℃以上時，氯化汞升華嚴重，造成觸媒失活，副反應(yīng)速度加快，使高廢物增加，給后續(xù)精餾工序增加負荷。因此，如何降低轉(zhuǎn)化器列管中心部位的溫度，提高轉(zhuǎn)化器的傳質(zhì)、傳熱效率是目前亟待解決的課題[1]。

1 常規(guī)轉(zhuǎn)化器

1.1 結(jié)構(gòu)特征及工作原理

常規(guī)轉(zhuǎn)化器主要由筒體、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分組成。列管內(nèi)裝滿以活性炭為載體的氯化汞催化劑。轉(zhuǎn)化器的管程工作介質(zhì)為氯化氫、氯乙烯、乙炔、氯化汞、活性炭，壓力為0.07 MPa，溫度為（170±10）℃；殼程工作介質(zhì)為水，壓力為0.32 MPa，溫度為（99±2）℃[2]。在列管內(nèi)，氯化氫和乙炔在氯化汞觸媒催化作用下合成氯乙烯，該反應(yīng)會放出大量的熱，列管中心溫度最高可達170 ℃。殼程采用去離子水循環(huán)帶走反應(yīng)熱。

1.2 常規(guī)轉(zhuǎn)化器的使用情況

該公司40萬t/a PVC 工程轉(zhuǎn)化器規(guī)格及產(chǎn)能見表1。

一期、二期工程的轉(zhuǎn)化器使用的列管為?57 mm，其內(nèi)徑較大，轉(zhuǎn)化過程中的反應(yīng)熱不能及時移除，導(dǎo)致列管中心溫度高，觸媒容易升華，縮短觸媒的使用壽命，限制了轉(zhuǎn)化器能力的發(fā)揮。

為進一步提高轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)能力和轉(zhuǎn)化效率，降低觸媒溫度，該公司三期、四期工程分別采用列管尺寸為?45 mm 和?51 mm 的轉(zhuǎn)化器。運行結(jié)果表明，小列管轉(zhuǎn)化器的傳熱效果較好，反應(yīng)溫度較平穩(wěn)，但列管尺寸過小會造成觸媒的填裝困難，與管程介質(zhì)大比表面積的接觸也不容易實現(xiàn)[3]。

表1 轉(zhuǎn)化器的規(guī)格及產(chǎn)能

2 新型轉(zhuǎn)化器

2.1 結(jié)構(gòu)特征

常規(guī)轉(zhuǎn)化器升級改造成新型轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)，不改變原常規(guī)轉(zhuǎn)化器的任何結(jié)構(gòu)尺寸，在原轉(zhuǎn)化器運行現(xiàn)場即可完成。與常規(guī)轉(zhuǎn)化器相比，新型轉(zhuǎn)化器的總體結(jié)構(gòu)、外形尺寸、列管尺寸、列管數(shù)量、列管長度等都沒有變化，主要特征就是在現(xiàn)有轉(zhuǎn)化器的列管內(nèi)設(shè)置高效節(jié)能核心構(gòu)件—桿芯。

2.2 工作原理

常規(guī)轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)氣體呈柱狀流動，管內(nèi)徑向溫度梯度較大，新型轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)氣體呈環(huán)形流動，其列管內(nèi)的流場和溫場都發(fā)生了巨大的變化，改善了反應(yīng)熱的徑向分布狀況。改造后新型轉(zhuǎn)化器列管中心溫度有所降低，提高了氣液的傳熱、傳質(zhì)效率，從而提高了轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)能力。

2.3 使用情況

將二期前臺10#、后臺10# 轉(zhuǎn)化器改造成新型轉(zhuǎn)化器，氣相出口管道增加孔板流量計，在二期前臺11#、后臺11# 常規(guī)轉(zhuǎn)化器氣相出口管道增加流量計?？刂菩滦娃D(zhuǎn)化器和常規(guī)轉(zhuǎn)化器溫度及混合氣通量，進行兩者產(chǎn)能（即流量）對比。按照《轉(zhuǎn)化器更換觸媒操作法》 將前后臺轉(zhuǎn)化器分別更換為相同活性（統(tǒng)一新舊、統(tǒng)一性能）的觸媒。并對轉(zhuǎn)化器進行干燥、置換、氣密等工作，至轉(zhuǎn)化器備用。按正常轉(zhuǎn)化器投用法，將轉(zhuǎn)化器熱水調(diào)整至無動力循環(huán)，打開轉(zhuǎn)化器氣相出口閥門，微開轉(zhuǎn)化器進氣閥門，前臺轉(zhuǎn)化器溫度達到130～160 ℃，后臺轉(zhuǎn)化器溫度達到130～140 ℃，同時觀察該轉(zhuǎn)化器回水溫度不能超過106 ℃。正常運行過程中，不斷調(diào)節(jié)進氣流量，保證2個前（后）臺轉(zhuǎn)化器溫度一致，并記錄各自的瞬時流量，判斷各自的通量大小和能力。運行結(jié)果見表2。

（1）運行數(shù)據(jù)表明，在使用過程中改造后的新型轉(zhuǎn)化器較常規(guī)轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，且單臺產(chǎn)能（氣體流量）比常規(guī)轉(zhuǎn)化器有很大的提高；

表2 新型轉(zhuǎn)化器與常規(guī)轉(zhuǎn)化器運行數(shù)據(jù)比較

（2）從觸媒使用壽命來看，新型轉(zhuǎn)化器的觸媒使用時間較長，后臺11# 發(fā)生器觸媒的使用時間為3 475 h，后臺10#發(fā)生器觸媒使用時間為4 715 h。

此外，新型轉(zhuǎn)化器在運行過程中也存在著不足，由于列管內(nèi)多安裝一根芯桿，倒換觸媒時不順暢，增加了觸媒裝卸操作人員的工作量及裝卸時間。

3 應(yīng)用前景

新型轉(zhuǎn)化器的創(chuàng)新點是在轉(zhuǎn)化器的列管內(nèi)裝有同心芯桿，在不改變原轉(zhuǎn)化器的任何尺寸的情況下，提高轉(zhuǎn)化器的產(chǎn)能。實際運行表明，該新型轉(zhuǎn)化器相對于常規(guī)轉(zhuǎn)化器，傳熱效果好，列管內(nèi)徑向溫度分布大大改善，不易產(chǎn)生高溫?zé)狳c，反應(yīng)溫度平穩(wěn)；生產(chǎn)能力大，單臺生產(chǎn)能力理論可提高50%，乙炔轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定，列管中心溫度低，在同等產(chǎn)能情況下觸媒使用壽命延長。此轉(zhuǎn)化器的改造，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，應(yīng)用前景廣闊。無論是老設(shè)備的更新改造還是新、擴建項目工程，采用該新型轉(zhuǎn)化器都將帶來巨大的效益。

［1］陳迎剛，趙 峰，霍中德.氯乙烯合成轉(zhuǎn)化器影響因素的分析與改進.中國氯堿，2011（8）：18-20.

［2］王書芳，白素榮.氯堿化工生產(chǎn)工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1995：7-79.

［3］劉紅松.大型轉(zhuǎn)化器在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用.聚氯乙烯，2009，37（9）：31-32.