試論甲烷氯化物裝置熱氯化激冷塔堵塞影響因素

摘 要：甲烷氯化是現(xiàn)代化工過程中重要的化工工藝之一，也是制備多氯甲烷最快捷最方便的方法。熱氯化激冷塔則是制備多氯甲烷最常用的化工設(shè)備之一，但由于該冷凝塔冷卻系統(tǒng)復(fù)雜，難以清潔塔中污垢，導(dǎo)致在開車過程中時常存在堵塞的問題，既影響了化工原料的生產(chǎn)率和產(chǎn)物純度，又對工廠的安全造成了一定的威脅。針對以上問題，本文給出了幾點應(yīng)對措施，希望對化工生產(chǎn)中甲烷氯化物裝置熱氯化激冷塔堵塞現(xiàn)象有所幫助。

關(guān)鍵詞：甲烷氯化物;熱氯化激冷塔;堵塞

在特定條件下，甲烷中的氫原子被氯原子不規(guī)則的取代，得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和少量四氯化碳，該反應(yīng)被稱為甲烷氯化反應(yīng)，所得到的產(chǎn)物在化工、軍事、醫(yī)藥中都有十分廣泛的應(yīng)用。在多氯甲烷的制備中，運(yùn)用到許多化工設(shè)備，其中熱氯化激冷塔是最重要的化工設(shè)備之一，其主要作用是將物料進(jìn)行極速冷卻降溫，使得物料反應(yīng)順利進(jìn)行到下個分離提純階段。但由于激冷塔管路復(fù)雜且管路較窄，因此需了解反應(yīng)過程中塔體堵塞原因并在此基礎(chǔ)上做一定的預(yù)防與改善措施，是本文研究探索的重點。

1 甲烷氯化物裝置熱氯化激冷塔相關(guān)概述

1.1 甲烷氯化物裝置熱氯化工藝

甲烷氯化物裝置熱氯化工藝是化工傳統(tǒng)工藝之一，是以甲烷、天然氣、一氯甲烷等為碳源，以氯氣為氯源，經(jīng)甲烷氯化反應(yīng)制取二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳等多氯甲烷的過程[1]。在反應(yīng)過程中，首先分別將常溫下的氯氣與一氯甲烷預(yù)熱，經(jīng)預(yù)熱后氣體加入至氯化反應(yīng)器中，使其形成多氯代甲烷氯化物體系。待反應(yīng)結(jié)束，將氣體產(chǎn)物輸送進(jìn)入激冷塔進(jìn)行快速冷卻。冷媒物料由激冷塔塔頂進(jìn)入，并保持液位在70%，通過激冷塔底部排釜排除炭黑。其中，氯化氫和低氯甲烷等未被冷凝的氣體可作為化工工序原料循環(huán)使用。而得到的其他多氯甲烷產(chǎn)物再經(jīng)由廠中的其他設(shè)備做進(jìn)一步的加工處理，直至得到純凈的化工原料。

1.2 激冷塔結(jié)構(gòu)

激冷塔是化工生產(chǎn)中常見的一種裝置，激冷塔后續(xù)一般加換熱器繼續(xù)冷卻。激冷塔以降溫為主要目的，使得產(chǎn)物熱量少量減少，更多的是將熱量分配到更多的物料中，將激冷液汽化，增多氣相物料的量。激冷塔最大的作用是降低被冷卻物料溫度，減小后續(xù)換熱器冷凝溫差，避免對后續(xù)的換熱器造成大的沖擊。塔體為密封圓筒體，外部有環(huán)形的蒸汽加熱管圍合而成。塔內(nèi)設(shè)有一橫向大列管分布器，分布器上另設(shè)縱向小列管分布器。分布器以上為篩板，冷媒物料從頂部均勻流下?lián)Q熱氣化。塔體下部為倒錐形，設(shè)有排污回收口，可將重組分和碳黑由此排出。激冷塔的塔身設(shè)有人孔拆卸口，便于拆卸維修和清理。在適當(dāng)條件下，可回收物料部分余熱，達(dá)到熱量循環(huán)利用的目的。

2 甲烷氯化裝置運(yùn)行分析

甲烷氯化物自工業(yè)化以來，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，已成為重要的化工原料之一，尤其在氯堿工業(yè)中，是極其重要的易耗品[2]。我國在20世紀(jì)90年代進(jìn)入甲烷氯化物的高速發(fā)展時期，而一氯甲烷的生產(chǎn)主要方法是甲醇?xì)渎然?。二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳的制備主要使用?lián)動設(shè)備，以一氯甲烷用作原料制備得到。

二氯甲烷是將粗甲烷氯化物儲存在粗產(chǎn)品儲槽中，施加一定的操作壓力，將粗甲烷氯化物中的反應(yīng)物送人二氯甲烷塔。該塔為浮閥塔，塔底排除氯仿、四氯化碳和重組分，經(jīng)蒸餾塔頂餾出含有氯化氫的二氯甲烷混合物，經(jīng)冷凝后進(jìn)入回流罐，冷卻后使用壓力泵進(jìn)入到分層器進(jìn)行堿洗分層，最后將液體送入共沸塔內(nèi)，利用水和二氯甲烷沸點不同，經(jīng)塔頂冷凝器收集經(jīng)干燥除酸后的合格二氯甲烷。

三氯甲烷的制備參照二氯甲烷，將混合物過精餾塔，塔頂餾出物經(jīng)塔頂冷凝器后得到為含有微量氯化氫的三氯甲烷，將上述物質(zhì)進(jìn)入回流罐冷卻后，送入分層器，將水相和有機(jī)層分離。最后，利用共沸塔蒸出多余的水分，收集塔底的三氯甲烷冷凝液。這里需注意的是，為保證二、三氯甲烷產(chǎn)品的質(zhì)量，減少二、三氯甲烷的揮發(fā)變質(zhì)，在二、三氯甲烷的檢測槽內(nèi)應(yīng)添加少量的穩(wěn)定劑[3]。

四氯化碳需要環(huán)保回收。經(jīng)過氯仿精餾塔釜出來的組份，經(jīng)過板框壓濾機(jī)去除碳黑后，輸送至四氯乙烯環(huán)保裝置，最終生成四氯乙烯產(chǎn)品。

3 激冷塔堵塞的影響因素分析及解決措施

甲烷氯化有機(jī)反應(yīng)過程，是甲烷中的碳?xì)滏I經(jīng)高溫催化斷裂，并與反應(yīng)物中的一個或多個氯原子結(jié)合，得到多氯甲烷。在高溫有機(jī)反應(yīng)中，隨著碳?xì)滏I的斷裂，部分碳鍵聚合形成固體炭黑。而形成的炭黑也可作為反應(yīng)的催化劑，在反應(yīng)過程中致使更多的碳碳鍵斷裂，導(dǎo)致在同一個地方累積形成多層炭黑，由此堵塞塔型裝置。除此之外，在高溫反應(yīng)中，多個碳?xì)滏溇酆闲纬烧吵頎畹亩嗵蓟衔?，揮發(fā)冷凝后極有可能堵塞裝置中較細(xì)部分，導(dǎo)致管路中氣相難以流通且難以冷卻。為解決碳?xì)浠衔锞酆蠈?dǎo)致轉(zhuǎn)換率低下的問題，工廠可考慮選用針對甲烷中碳?xì)滏I的高活性，高穩(wěn)定性的催化劑，能夠在不同溫度區(qū)間內(nèi)將碳?xì)滏I選擇性斷開，抑制可聚合成為粘稠液體多碳鏈的多碳鏈的產(chǎn)物生成。

在反應(yīng)過程中物料流經(jīng)管路，需將管路提前使用預(yù)熱爐充分預(yù)熱，避免物相進(jìn)入管路中突然被冷卻，發(fā)生溫度驟降導(dǎo)致甲烷中碳?xì)滏I斷裂生成油狀物（下轉(zhuǎn)第184頁）（上接第182頁）質(zhì)，從而影響管道內(nèi)壁的光滑性的事件。除此之外在停車后，化工原料流經(jīng)出口時，應(yīng)避免溫度驟降而液體粘度增加，從而出現(xiàn)堵塞問題。待物料冷卻結(jié)束，激冷塔停車時，應(yīng)確保激冷液的溫度降至80℃及以下。若未降到預(yù)定溫度，則需持續(xù)循環(huán)供液，緩慢冷卻物料溫度。在激冷塔結(jié)束上次冷卻實驗后，若發(fā)現(xiàn)管路有堵塞情況，工作人員應(yīng)及時卸開管路外殼查看堵塞狀況，并借助專業(yè)設(shè)備檢測具體堵塞地點，應(yīng)用專業(yè)清洗劑清理管路，避免在第二次使用中因為塔中管路的堵塞，導(dǎo)致壓力過高而發(fā)生危險事故。激冷塔更需要工作人員日常保養(yǎng)，確保管路暢通無堵塞。進(jìn)出口的溫度不宜和塔體相差過大，避免冷熱不均勻而導(dǎo)致堵塞。

工作人員在操作激冷塔時，待物料進(jìn)入激冷器前，需確保塔中的激冷液填充度達(dá)到70%以上，但不超過80%[4]。一方面確保有足夠的激冷液迅速冷卻物料，另一方面避免因為液體太多升溫過快而發(fā)生意外事故。在確保激冷液液位的同時，需將液體的填充改為自動填充模式。一方面能保證激冷液的液面波動較小，避免因激冷液溫度差過大導(dǎo)致的反應(yīng)物冷卻均勻不均勻，另一方面給激冷塔的安全系數(shù)形成二次保證。同時，操作員工按規(guī)定時間及時排釜，可有效將急冷塔釜內(nèi)的碳黑排除，防止塔釜集聚過多碳黑堵塞激冷塔。

4 結(jié)束語

本文深入了解了甲烷氯化裝置熱氯化工藝，總結(jié)了甲烷氯化物裝置的基本特點，詳細(xì)探究了誘發(fā)熱氯化激冷塔堵塞的原因，并在此基礎(chǔ)上給出了合理解決方案。在解決塔體堵塞問題的同時，更在反應(yīng)工藝的操作上形成一定的規(guī)范。希望本文能夠給予在多氯甲烷的制備方面及處理激冷塔堵塞問題上新的啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志炎.甲烷氯化物裝置完整性評價研究思路[J].化工機(jī)械，2019046（001）： 4-7+63.

[2]陳婷.AspenPlus模擬甲烷氯化物氯化單元過程與優(yōu)化[J].化學(xué)工程與裝備，2019，265（02）：22-23.

[3]卞愛琴，遠(yuǎn)野，張璐璐，等.熱堿-分步酶水解-厭氧消化工藝處理秸稈畜糞混合物料及其甲烷高值化條件[J].環(huán)境科學(xué)，2019，040（002）：1003-1010.

[4]李瑞麗，張革，張東媛.硅酸鎂鋁吸附脫除原油中氯化物的研究[J].石油煉制與化工，2019，50（04）：97-103.

作者簡介：

楊杰（1988- ），男，漢族，重慶涪陵人，甲烷分廠702B副工段長/助理工程師，大學(xué)本科，重慶天原化工有限公司，熱氯化工藝。