氯乙烯合成轉(zhuǎn)化器的使用與維護(hù)探析

（新疆天業(yè)集團(tuán)天域新實(shí)化工有限公司，石河子市，832200） 程利鋒

作為大型的換熱設(shè)備，氯乙烯合成轉(zhuǎn)化器是電石法生產(chǎn)氯乙烯的重要設(shè)施之一，筆者所在企業(yè)當(dāng)前每年的PVC生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到80萬t，總計(jì)有n臺(tái)轉(zhuǎn)化器，它的列管都是通過無縫鋼管和管板脹接形成的，其中的催化劑是HgCl，載體是活性炭，乙炔與HCl兩種氣體混合物即在上述列管里面在HgCl催化之下生成了氯乙烯，這是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度大概處于130～180℃范圍內(nèi)，反應(yīng)以后產(chǎn)生的熱量利用殼程中的循環(huán)水(其溫度處于95～100℃范圍內(nèi))帶走。

氯乙烯合成單臺(tái)轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)形式包括以下幾方面：上下錐封頭，轉(zhuǎn)化床，熱電偶；其中，對(duì)于前者來說，它的上面設(shè)置著介質(zhì)進(jìn)、出口，上錐封頭還配備著測(cè)溫計(jì)口，對(duì)于轉(zhuǎn)化床來說，它是列管換熱器結(jié)構(gòu)，列管主要是利用脹焊連在上下管板上，外邊包圍著圓形殼體，同時(shí)和上下管板焊在一起，殼體與列管構(gòu)建起彼此隔絕的2個(gè)腔體：殼程、管程，在轉(zhuǎn)化床殼體的上面配備著熱水進(jìn)、出口，排汽口以及排凈口，它們都與上下管板緊貼在一起，和殼體呈徑向分布；列管的里面填上HgCl催化劑，它的外部殼體里面用于熱水的循環(huán)，它的下部配置了相應(yīng)的支撐座來為催化劑提供支撐；為防止殼體之中的循環(huán)熱水發(fā)生短路，其里面配備多個(gè)旁路擋板，都和殼體呈徑向分布，有顯著的優(yōu)越性，例如工藝氣流均勻分布，較高的傳熱效率，較小的阻力，乙炔空間流速高，設(shè)備與催化劑壽命相對(duì)較長等。

1 轉(zhuǎn)化器的使用

首先，操作工進(jìn)行認(rèn)真檢查，確定水路管線、設(shè)備物料都已經(jīng)完成了復(fù)位，同時(shí)沒有泄漏問題。將強(qiáng)制循環(huán)熱水進(jìn)水閥門慢慢打開，將水路排氣閥門開啟進(jìn)行排氣，等到設(shè)備里面完全充滿水(判斷的標(biāo)準(zhǔn)是排氣閥門向外邊流水)，接著將強(qiáng)制循環(huán)回水閥門開啟，然后仔細(xì)觀察確定整個(gè)水路循環(huán)通暢無阻。第二步，自物料進(jìn)口管部位接上N2管線對(duì)觸媒，利用這種方式來實(shí)現(xiàn)熱吹置換，等到熱吹沒有水被吹出來同時(shí)置換樣達(dá)標(biāo)以后，接著將熱吹停止，聯(lián)系投用活化裝置，從物料進(jìn)口管線接活化管線來活化觸媒，舊、新觸媒活化過程持續(xù)時(shí)間不同，前者大約持續(xù)8～10h，而后者大約持續(xù)10～12h，一直到HCl純度與進(jìn)口純度大致相當(dāng)才停止，聯(lián)系準(zhǔn)備投用該轉(zhuǎn)化器，將物料進(jìn)出口盲板拆去，將其出口閥門完全開啟，按照流量與溫度將進(jìn)口閥門打開（稍微），根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)進(jìn)口閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，將反應(yīng)溫度與流量控制住。

2 投用轉(zhuǎn)化器之前需要注意的問題

它的全部法蘭密封面都必須確保嚴(yán)密性，避免有漏氣問題存在，放酸玻璃視鏡應(yīng)當(dāng)干凈，間隔兩小時(shí)認(rèn)真巡查一次，檢查若看到發(fā)生淤堵，需及時(shí)打掃干凈，防止當(dāng)轉(zhuǎn)化器發(fā)生泄漏時(shí)而無法盡快覺察到。

一定保證它的上蓋的氣體分配盤完好無缺，如果發(fā)生脫落或者發(fā)生傾斜，那么就應(yīng)當(dāng)盡快進(jìn)行維修。

3 轉(zhuǎn)化器觸媒抽翻的主要依據(jù)

前臺(tái)應(yīng)用后臺(tái)轉(zhuǎn)化器用過的觸媒，即后臺(tái)設(shè)備在使用觸媒大約三千至四千小時(shí)以后，然后把觸媒轉(zhuǎn)到前臺(tái)設(shè)備，繼續(xù)利用；使用大約達(dá)到6 500h或者前臺(tái)設(shè)備具有相對(duì)偏低的轉(zhuǎn)化率;現(xiàn)場(chǎng)操作的技術(shù)工作者按照實(shí)際的生產(chǎn)負(fù)荷、轉(zhuǎn)化率情況、觸媒使用時(shí)間長短等諸多指標(biāo)進(jìn)行分析，確定其是否進(jìn)行抽翻；如果情況特殊，例如后臺(tái)設(shè)備用后的觸媒不能符合前臺(tái)設(shè)備觸媒倒翻時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工作者負(fù)責(zé)做出妥當(dāng)安排。

4 氯乙烯合成轉(zhuǎn)化器發(fā)生外泄的具體根由分析

4.1 混合氣脫水效果相對(duì)較差

乙炔、HCl中存在著一定的水分，由此將導(dǎo)致有些氯化氫變?yōu)辂}酸，這樣就會(huì)造成酸性腐蝕。經(jīng)工作經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)混合氣體里面的水分大于0.06%的時(shí)候，管中將引起比較嚴(yán)重的氫去極化反應(yīng)，這樣就會(huì)使得鋼管嚴(yán)重受蝕，進(jìn)而使得觸媒發(fā)生結(jié)塊而喪失作用。

到現(xiàn)在為止，筆者所在企業(yè)在實(shí)踐中主要是使用混合冷凍脫水法，也就是一、二級(jí)冷凍兩段過濾脫水，具體的步驟基本上和同樣其他公司大致相當(dāng)，然而，卻沒有取得相對(duì)較好的效果，最高含水量竟然達(dá)到0.6%(按照相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)是該指標(biāo)保持在≤0.06%)。

4.2 轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度不均勻和反應(yīng)帶溫度過高

轉(zhuǎn)化器反應(yīng)帶的溫度控制，舊、新催化劑控制反應(yīng)溫度存在著一定的差異，前者不超過180℃，而后者則不超過150℃。合成反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所是列管（它的內(nèi)徑為40mm），列管外邊的傳熱介質(zhì)是沸水，具有偏大的給熱系數(shù)。然而，其內(nèi)部氣相反應(yīng)場(chǎng)所是固相活性碳（導(dǎo)熱系數(shù)?。?，所以，使得反應(yīng)溫度沿列管橫截面存在一個(gè)徑向分布，中心位置具有最高的溫度，這個(gè)部位和循環(huán)水進(jìn)水具有較高的溫差，這樣就使得循環(huán)水在上升的時(shí)候，汽化反應(yīng)比較迅速，對(duì)列管形成嚴(yán)重沖擊，這樣使得列管的腐蝕速度加快，同時(shí)還將導(dǎo)致溫差電池的作用有所提高，如果管內(nèi)反應(yīng)溫度太高，列管外壁腐蝕速度提高，長此以往，將造成穿孔而引發(fā)泄漏。

4.3 循環(huán)水質(zhì)的影響

從那些發(fā)生泄漏的轉(zhuǎn)化器里面，隨意選擇其中的幾個(gè)列管，然后進(jìn)行分析，結(jié)果表明，所有的轉(zhuǎn)化器列管泄漏都不是管內(nèi)腐蝕造成的，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)列管外表具有非常明顯的凹凸部位，特別是在轉(zhuǎn)化器兩端部位的泄漏情況在整體之中的比例為最高，超過95%。在循環(huán)水里面，基本上存在著氧去極化腐蝕，同時(shí)，受到氯離子的影響，推動(dòng)了局部自催化作用，最終造成列管被腐蝕而引起穿孔。根據(jù)上文的研究結(jié)果可推測(cè)，轉(zhuǎn)化器泄露關(guān)鍵原因是電位差與電化學(xué)腐蝕造成的列管穿孔。

5 合成轉(zhuǎn)化器外泄的控制方法與策略

5.1 自動(dòng)控制混合冷凍溫度

主要是采用自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式來進(jìn)行，這降低了溫度滯后問題，避免了人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的滯后現(xiàn)象，以及錯(cuò)誤的問題。當(dāng)前，其控制的達(dá)標(biāo)率都超過99%，所以，乙炔和氯化氫混合氣中水分都保持在0.10～0.15范圍內(nèi)(重量法)。

5.2 合理控制轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度

通過大約2年的跟蹤操作發(fā)現(xiàn)，如果要真正提高轉(zhuǎn)化率，且有效避免由于溫差電池所造成的列管穿孔，應(yīng)確保轉(zhuǎn)化器反應(yīng)帶上的溫度不大于130℃，使最低溫度保持在100℃。

5.3 循環(huán)水質(zhì)保證

如上述，電化學(xué)腐蝕是導(dǎo)致外泄的一個(gè)關(guān)鍵原因，所以，在循環(huán)熱水里面加入相應(yīng)的緩蝕阻垢劑，使得循環(huán)水可以在金屬表面形成保護(hù)膜（不溶），以此來隔離循環(huán)水，避免它侵蝕到金屬，另外，還能夠減緩鈣離子與鎂離子在傳熱面上的積累。

利用上述的幾個(gè)方法與策略，特別是加入了緩蝕阻垢劑以后，企業(yè)的泄漏率大幅度減小，也減小了企業(yè)的生產(chǎn)成本，并降低了停產(chǎn)現(xiàn)象以及生態(tài)環(huán)境條件的破壞，優(yōu)化了工人的工作環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

6 結(jié)束語

總之，生產(chǎn)氯乙烯過程中，合成轉(zhuǎn)化器屬于其中的重要設(shè)備之一，其運(yùn)行質(zhì)量決定著其順利生產(chǎn)與原料的生產(chǎn)。氯乙烯合成轉(zhuǎn)化器發(fā)生外泄的具體根由包括乙炔、氯化氫混合氣脫水效果相對(duì)較差、循環(huán)水質(zhì)的影響等，為防止上述問題發(fā)生，應(yīng)當(dāng)把握以下策略：自動(dòng)控制混合冷凍溫度；合理控制轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度；循環(huán)水質(zhì)保證。

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