氯乙烯生產(chǎn)工藝過程優(yōu)化的研究

楊蓉蓉

摘? ?要：氯乙烯有多種生產(chǎn)方法，其中電石乙炔法合成工藝因具有原料多、工藝設(shè)備簡單、投資低、收率高等優(yōu)點，在我國得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段，我國的氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)在混合脫水、設(shè)備運行質(zhì)量、壓縮精餾等方面有了很大發(fā)展，但同國外的先進(jìn)技術(shù)比較，還存在著一定的差距 。我分廠使用電石乙炔法生產(chǎn)氯乙烯，經(jīng)過近幾年的工藝過程優(yōu)化研究并將研究成果應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，生產(chǎn)工藝運行質(zhì)量得到很大提升，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。結(jié)合本單位氯乙烯生產(chǎn)過程的實際情況，闡述了在工藝過程優(yōu)化方面采取的方法措施和開展的研究。

關(guān)鍵詞：氯乙烯;工藝原理;工藝過程優(yōu)化

1? ? 氯乙烯生產(chǎn)工藝簡述

分廠使用電石乙炔法合成工藝，將電石水解精制后的乙炔氣和氯化氫合成氯乙烯[1]。乙炔與氯化氫按一定比例經(jīng)過混合器混合后，經(jīng)過一級和二級石墨冷卻器冷卻，依靠重力作用，除去大部分水分，再經(jīng)過含有氟硅油的玻璃棉過濾捕集少量徑粒很小的酸霧，得到含水分≤600×10-6混合氣后，依次進(jìn)入石墨預(yù)熱器，加熱到70～90 ℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)。轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)裝有以活性炭為載體的氯化汞催化劑，合成反應(yīng)熱通過轉(zhuǎn)化器列管間的循環(huán)熱水排出，粗氯乙烯氣體經(jīng)過除汞器，除去大部分的汞后，進(jìn)入合成器、冷卻器冷卻后依次進(jìn)入泡沫脫酸塔、水洗塔、堿洗塔脫除未參加反應(yīng)的氯化氫等氣體后進(jìn)入氣柜。粗制的氯乙烯氣體經(jīng)過壓縮機壓縮后，經(jīng)過全凝器冷卻，進(jìn)入水分離器，由低沸塔進(jìn)料泵，打入低沸塔除去乙炔氣體和氮氣等氣體，再經(jīng)過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? ? 氯乙烯生產(chǎn)過程優(yōu)化

2.1? 優(yōu)化工藝參數(shù)控制范圍

在任何化工生產(chǎn)過程中，對于工藝參數(shù)的控制非常重要，在過程控制階段要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對數(shù)值進(jìn)行偏差計算，防止出現(xiàn)異常問題[2]。氯乙烯生產(chǎn)過程分為轉(zhuǎn)化、壓縮和精餾3個階段，分廠從這3個生產(chǎn)階段不斷窄化工藝參數(shù)的控制范圍，使工藝控制過程更加精確，反應(yīng)效率更高。轉(zhuǎn)化階段嚴(yán)格控制乙炔和氯化氫的配比，將乙炔和氯化氫的配比嚴(yán)格控制1.00∶1.05～1.00∶1.10，在不同的生產(chǎn)負(fù)荷下根據(jù)后臺轉(zhuǎn)化器出口、脫汞器出口和堿洗塔出口的乙炔含量，對配比作出適當(dāng)調(diào)整。將熱水預(yù)熱器出口溫度控制在85～90 ℃，通過控制轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水的循環(huán)量和轉(zhuǎn)化器乙炔的進(jìn)料量，將轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度控制在130～150 ℃，達(dá)到最佳的反應(yīng)溫度。新翻換的觸媒使用初期，嚴(yán)格保證轉(zhuǎn)化器上段反應(yīng)溫度不超過180 ℃，達(dá)到延長觸媒使用時間和最佳反應(yīng)效果的目的。精餾階段將塔壓差控制范圍擴大到10～24 kPa;高沸塔控制壓差擴大到15～30 kPa，適當(dāng)增加壓差，以保證兩個塔的精餾效果。經(jīng)過優(yōu)化工藝參數(shù)控制范圍，各生產(chǎn)單元的運行質(zhì)量得到了大幅提升。通過乙炔轉(zhuǎn)化率、氯乙烯合成收率、聚合收率等指標(biāo)，對本班次的操作質(zhì)量進(jìn)行分析評價，對工藝參數(shù)的操作給出指導(dǎo)意見，及時修改工藝參數(shù)控制。

2.2? 設(shè)計安裝新設(shè)備，提高工藝運行質(zhì)量

乙炔和氯化氫混合后，混合氣體中含有水分，必須及時脫出，保證酸霧捕集器出口水分≤600×10-6。以前只配備了一臺酸霧捕集器，長期使用后，會造成酸霧捕集器進(jìn)出口壓差增加，影響脫水效果。2018年大檢修中，設(shè)計安裝了一臺酸霧捕集器，當(dāng)使用的酸霧捕集器壓差升高時，達(dá)不到有效脫出水分的目的，使用備用設(shè)備，不用停車更換濾芯，可以保證生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運行。2017年設(shè)計安裝了一臺廢堿液汽提塔，回收廢堿液中的氯乙烯，不但有效地解決了廢堿液中氯乙烯對環(huán)境的污染，而且回收的氯乙烯可以繼續(xù)使用，降低了生產(chǎn)成本。

2.3? 優(yōu)化工藝控制過程，節(jié)能降耗

2.3.1? 優(yōu)化轉(zhuǎn)化工段熱水循環(huán)

我分廠轉(zhuǎn)化工序有36臺轉(zhuǎn)化器，4臺熱水泵。由于乙炔與氯化氫加成反應(yīng)生成氯乙烯的同時放出大量的反應(yīng)熱，熱量通過轉(zhuǎn)化器殼程的熱水帶走，2018年之前，我分廠采用熱水泵進(jìn)行大流量低溫差換熱，這種換熱方式需要消耗大量電能。2018年，我分廠優(yōu)化工藝，將轉(zhuǎn)化器熱水強制循環(huán)改為熱水自循環(huán)工藝，此工藝由熱水泵加壓強制循環(huán)變?yōu)槔脽崴闹亓Σ詈娃D(zhuǎn)化器內(nèi)熱水吸熱后的膨脹動能形成自然循環(huán)，熱水溫差小，流速低，對轉(zhuǎn)化器內(nèi)列管外壁沖擊小，且轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應(yīng)溫度波動小，有利于延長轉(zhuǎn)化器和觸媒的使用壽命，且動力消耗降低，轉(zhuǎn)化器熱水自循環(huán)配合兩臺熱水泵就可以滿足生產(chǎn)需要，熱水泵由開三備一變?yōu)殚_二備二，耗電量顯著降低，節(jié)能效果明顯。

2.3.2? 優(yōu)化尾氣變壓吸附工藝

在電石法生產(chǎn)氯乙烯工藝中，按照10萬t/年P(guān)VC的產(chǎn)能，每年排放掉的VCM>1 000 t，排放掉的標(biāo)態(tài)乙炔氣>120 000 m3，既造成了巨大的浪費，又嚴(yán)重污染環(huán)境，不利于能耗的降低。我分廠尾氣處理采用變壓吸附工藝，在2017年對變壓吸附進(jìn)行優(yōu)化，更換吸附劑后，該工藝能耗降低，一些有壓力的氣源可以省去再次加壓的能耗，而且產(chǎn)品純度可以靈活調(diào)節(jié)，裝置由計算機控制，自動化程度高，操作方便，可以實現(xiàn)全自動操作，開停車迅速，裝置調(diào)節(jié)能力強，操作彈性大，氯乙烯和乙炔的回收率可達(dá)到99.9%，放空氣體可達(dá)到國家環(huán)保合格排放標(biāo)準(zhǔn)：氯乙烯≤36 mg/m3、乙炔≤120 mg/m3。

2.3.3? 粗氯乙烯中氯化氫的利用

為了有利于乙炔轉(zhuǎn)化速率的提高，同時又不明顯增加氯化氫的消耗和副產(chǎn)物，我分廠采用適宜的乙炔與氯化氫的物質(zhì)的量比1.0∶1.1，這樣，反應(yīng)后合成氣中就有初始用量10%的未反應(yīng)氯化氫，這部分氯化氫經(jīng)過泡沫塔、水洗塔后變?yōu)楹瘡U酸，為了減少環(huán)境污染以及回收廢酸中的氯化氫，我分廠利用鹽酸脫析裝置，將廢酸送脫析塔脫析出氯化氫，送回合成系統(tǒng)，脫析后質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右的稀鹽酸返回泡沫塔作為吸收液循環(huán)利用，該工藝不僅可以有效地回收廢酸中的氯化氫，減少含汞廢酸的產(chǎn)量，還可提高水洗裝置循環(huán)處理量，提高氯化氫吸收處理能力，減少相關(guān)設(shè)備負(fù)荷，確保水洗、堿洗裝置經(jīng)濟(jì)高效運行。

2.4? 優(yōu)化控制方式

我分廠的自控調(diào)節(jié)閥采用PID控制，控制系統(tǒng)對實際的變量進(jìn)行計算并進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過計算后，合理地對PID值進(jìn)行設(shè)定，通過提高調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)效率來提升運行效率。分廠使用了異常情況記錄分析系統(tǒng)。當(dāng)操作中出現(xiàn)工藝異常時，系統(tǒng)會將出現(xiàn)異常情況的環(huán)節(jié)、時間、超出范圍值等數(shù)據(jù)記錄下來。要求對故障問題進(jìn)行原因分析并及時消除故障。如果故障沒有消除，生產(chǎn)線不能投入使用;當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)會自動提取故障信息，提示進(jìn)行維修。當(dāng)故障清除后，提示設(shè)備處于備用狀態(tài)，可以使用，保證生產(chǎn)安全。分廠為了提高安全運行水平，與儀表人員一起開展了故障檢測系統(tǒng)的研究，以實時監(jiān)測工藝運行情況。以前氯乙烯生產(chǎn)過程的故障診斷是人為判斷為主，存在許多不可控因素。不能及時發(fā)現(xiàn)問題，或者出現(xiàn)問題時才能發(fā)現(xiàn)，這種對工藝問題診斷滯后的情況，對生產(chǎn)線的正常運行造成很大影響。經(jīng)過研究，根據(jù)反應(yīng)原理和工藝特點，合理地設(shè)置和配置在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠快速預(yù)測事故問題，通過對系統(tǒng)的檢測，發(fā)現(xiàn)異常點進(jìn)行報警，提醒員工及時進(jìn)行處理，可以保證工藝過程安全平穩(wěn)運行，這項研究處于起步階段，相信在不久的將來，會投入運行并會取得良好的效果。

3? ? 結(jié)語

氯乙烯的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，其中包含一系列的化學(xué)反應(yīng)，涉及化學(xué)知識、動力學(xué)知識等。以電石法氯乙烯生產(chǎn)工藝為例，對氯乙烯生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制進(jìn)行研究，做好氯乙烯的轉(zhuǎn)化和精餾等工序的自動化生產(chǎn)及優(yōu)化控制，從而確保氯乙烯成品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)和要求，對于氯乙烯生產(chǎn)質(zhì)量的提升，起到一定的指導(dǎo)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]邴涓林，黃志明.聚氯乙烯工藝技術(shù)[M].北京：化學(xué)工藝出版社，2008.

[2]鄭石子，顏才南，胡志宏，等.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作[M].2版，北京：燃料化學(xué)工業(yè)出版社，2007.