淺談氯乙烯生產(chǎn)提高氯乙烯轉(zhuǎn)化率的方法

楊蓉蓉 楊小寧 張明坤

摘 要：電石法生產(chǎn)氯乙烯過程中，有很多影響氯乙烯轉(zhuǎn)化率的因素，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，闡述各種影響因素，提出解決方法。

關(guān)鍵詞：氯乙烯；轉(zhuǎn)化率；工藝原理；影響因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.011

甘肅銀光聚銀公司PVC廠采用電石法懸浮聚合工藝生產(chǎn)SG-5型PVC樹脂，年生產(chǎn)能力為12萬噸。經(jīng)過多年的實(shí)踐探索，分廠生產(chǎn)工藝運(yùn)行質(zhì)量得到很大提升。為了不斷降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益，分廠引進(jìn)先進(jìn)的工藝技術(shù)方法，并利用現(xiàn)有的工藝技術(shù)和設(shè)備條件，開展技術(shù)創(chuàng)新活動，取得了很好的效果。其中在提高氯乙烯轉(zhuǎn)化率方面的研究，用于指導(dǎo)生產(chǎn)，使氯乙烯轉(zhuǎn)化率得到提升。

1 氯乙烯生產(chǎn)工藝簡述

氯乙烯的生產(chǎn)方法有乙烯氧氯化、乙烷氧氯化、電石乙炔法合成等生產(chǎn)工藝。我分廠使用電石乙炔法合成工藝，該工藝是將電石水解精制后的乙炔氣和氯化氫合成氯乙烯。乙炔與氯化氫混合、脫水、預(yù)熱后進(jìn)入列管式反應(yīng)器。反應(yīng)器列管內(nèi)裝有以活性炭為載體的氯化汞催化劑，反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，管外用加壓循環(huán)熱水除去反應(yīng)熱。粗制的氯乙烯經(jīng)過泡沫脫酸塔、水洗塔、堿洗塔除去未參加反應(yīng)的氯化氫等氣體后進(jìn)入氣柜。粗制的氯乙烯氣體經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后，經(jīng)過全凝器冷卻后，進(jìn)入水分離器出水后，經(jīng)過低塔進(jìn)料泵進(jìn)入低沸塔除去乙炔氣體和氮?dú)獾葰怏w，利用壓差進(jìn)入高沸塔分離出二氯乙烷，精餾后的氯乙烯儲存在單體儲槽中。

2 影響氯乙烯轉(zhuǎn)化率的因素

乙炔的轉(zhuǎn)化率和氯乙烯的合成收率是衡量氯乙烯轉(zhuǎn)化率的重要標(biāo)準(zhǔn)。正常情況下乙炔和氯乙烯乙炔的轉(zhuǎn)化率為99%，氯乙烯的合成收率為95%以上。但是實(shí)際生產(chǎn)中，由于工藝運(yùn)行條件的限制，這兩項(xiàng)指標(biāo)會下降。我分廠經(jīng)過不斷地技術(shù)創(chuàng)新，乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.0%以上，氯乙烯合成收率達(dá)到98.5%以上。

2.1 原料氣質(zhì)量的影響

氯乙烯合成對乙炔的純度和雜質(zhì)含量有嚴(yán)格的要求：乙炔純度要求≥98.5%，磷硫含量采用浸硝酸銀試紙?jiān)跉怏w樣中不變色。氯化氫氣體純度要求≥93%，含氧要求<0.5%[1]。乙炔純度低會使原料氣中的二氧化碳、氫氣等惰性氣體增多。乙炔氣中的硫化氫和磷化氫等能與汞觸媒發(fā)生不可逆的化學(xué)吸附，使催化劑中毒。乙炔中含有的水分易與氯化氫反應(yīng)生成鹽酸，使轉(zhuǎn)化器和管線嚴(yán)重腐蝕；水分還使催化劑結(jié)塊，降低催化劑的活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，乙炔流量降低，影響生產(chǎn)。 我分廠使用的氯化氫是生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯副產(chǎn)品純度可達(dá)到96.5%以上，分廠用兩臺串聯(lián)的使用-35℃冷凍鹽水為冷卻介質(zhì)的石墨冷卻器冷卻，兩臺換熱器出口溫度分別控制在為-10— -1℃，-18—-13℃之間，冷卻后的氣體經(jīng)過酸霧捕集器被含氟硅油的玻璃棉進(jìn)一步除去水分，酸霧捕集器出口采樣含水率≤600ppm。

2.2 設(shè)備對氯乙烯轉(zhuǎn)化率的影響

轉(zhuǎn)化器是氯乙烯合成反應(yīng)的重要設(shè)備。轉(zhuǎn)化器在制造過程中對列管和管板脹接技術(shù)有很高的要求，避免出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象。如果有滲漏管間的熱水會泄漏到設(shè)備內(nèi)，與氣相中的氯化氫生成鹽酸，不僅腐蝕設(shè)備，而且造成觸媒結(jié)塊，降低氯乙烯的轉(zhuǎn)化率[1]。反應(yīng)熱由殼層循環(huán)熱水移出。循環(huán)熱水可以采取分段進(jìn)入、排出的方式。在轉(zhuǎn)化器的上段和下段分別安裝熱水的進(jìn)出口。在催化劑裝填使用初期，通過增加上段循環(huán)熱水進(jìn)出口流量，提高轉(zhuǎn)化率。為了及時移出反應(yīng)熱，增加轉(zhuǎn)化器的換熱面積。在加工時，將列管由φ57mm×3.5mm縮小到φ50mm×3.0mm，增加換熱面積，達(dá)到了良好的效果。目前我分廠使用的轉(zhuǎn)化器規(guī)格為ID3000×3150×5650，換熱面積為1040m3，經(jīng)過設(shè)備升級改造，滿足工藝生產(chǎn)的要求。

2.3 乙炔與氯化氫分子配比對合成轉(zhuǎn)化率的影響[2]

提高原料氣乙炔或氯乙烯的的濃度或使一種原料氣配比過量，有利于反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率增加。但氯化氫過多，則增加的原料的消耗，還會生成1，1-二氯乙烷副產(chǎn)物。試驗(yàn)和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，控制乙炔和氯化氫摩爾比在1：（1.05-1.10）為宜。實(shí)踐操作中通過控制乙炔和氯化氫的流量來控制摩爾比，以后臺轉(zhuǎn)化器出口乙炔、氯化氫含量和除汞器出口乙炔含量進(jìn)行配比調(diào)整。

2.4 反應(yīng)溫度的影響

提高溫度有加快合成反應(yīng)的速度，獲得較高的轉(zhuǎn)化率。但是過高的溫度使氯化汞觸媒升華，降低氯化汞觸媒的活性，如果溫度超過180℃，有“燒壞”氯化汞觸媒及轉(zhuǎn)化器的危險，一般合成溫度控制在100-180℃，合成反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度是130-150℃。分廠控制反應(yīng)溫度是通過控制乙炔氣的流量和轉(zhuǎn)化器的循環(huán)熱水量。如果反應(yīng)溫度過高，通過降低乙炔氣的通入量和控制循環(huán)熱水循環(huán)量，或者通過排放循環(huán)熱水中的飽和蒸汽，達(dá)到降低反應(yīng)溫度。

2.5 氯化汞觸媒活性的影響

氯化汞觸媒的使用時間直接影響到合成反應(yīng)的正常進(jìn)行，其使用周期分為早期、中期和衰老期三個階段。在早期新裝填的氯化汞觸媒反應(yīng)活性高，反應(yīng)集中在轉(zhuǎn)化器列管的上端，熱點(diǎn)在氯化汞催化劑的上層，此時為限制熱點(diǎn)下移速度，提高轉(zhuǎn)化率，可以進(jìn)行給轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水排氣，降低轉(zhuǎn)化器殼層上部的飽和蒸汽量，達(dá)到降低轉(zhuǎn)化器上層溫度的目的，提高氯化汞的使用壽命[3]。此階段一定要嚴(yán)控好乙炔氣的通入量和轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水的循環(huán)量，防止合成溫度超過180℃。當(dāng)汞觸媒使用時間在500-1000h以后，這是氯化汞觸媒反應(yīng)最佳時期，可以將乙炔流量調(diào)整至最大值，轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化率最高。使用3000-4000小時后氯化汞觸媒進(jìn)入衰老期，這時的氯乙烯轉(zhuǎn)化率下降，可以降低乙炔氣的通入量。我分廠設(shè)立專用臺賬，記錄每一臺轉(zhuǎn)化中氯汞觸媒翻換時間結(jié)合實(shí)際反應(yīng)情況來判斷氯化汞觸媒的活性，當(dāng)氯化汞觸媒活性到后期，降低乙炔通量，翻換觸媒，以保證氯乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭石子，顏才南，胡志宏，曾建華.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作（第二版）[D].2007（10）.

[2]嚴(yán)福英.聚氯乙烯工藝學(xué)（第一版）[M].1990（06）.

[3]邴涓林，黃志明.聚氯乙烯工藝技術(shù)（第一版）[M].2008（04）.

作者簡介：楊蓉蓉（1986-），女，山東平度人，本科，助理工程師，研究方向：聚氯乙烯工藝技術(shù)。