氯乙烯高壓精餾工藝

梁建平 中國成達工程有限公司 成都 610041

周 喬 四川大學化學工程學院 成都 610225

聚氯乙烯為主要通用塑料品種，產量僅次于聚乙烯和聚丙烯［1］。近年來，國內聚氯乙烯的需求量和生產能力一直保持較快增長。聚氯乙烯的聚合單體氯乙烯主要有電石乙炔法和乙烯法兩種生產工藝，國內主要采用電石乙炔法。

在電石乙炔法氯乙烯裝置中，脫水后的粗氯乙烯含有乙炔等低沸物和二氯乙烷等高沸物，需通過精餾除去低沸物和高沸物，得到供聚合用的氯乙烯成品。在國內傳統的乙炔法氯乙烯工藝中，低沸塔和高沸塔操作壓力較低，相應的塔頂溫度也較低，兩個塔的塔頂冷凝器采用的冷卻介質為5℃冷凍水，需消耗大量的能量。

通過模擬計算，適當提高精餾塔的操作壓力，并對精餾塔的操作參數進行優化，開發乙炔法氯乙烯的高壓精餾工藝。在氯乙烯高壓精餾工藝中，低沸塔和高沸塔的塔頂溫度提高后，兩個塔的塔頂冷凝器采用循環水冷凝工藝物料，達到節能目的。

1 操作壓力對精餾的影響

提高精餾塔的操作壓力，塔頂冷凝溫度會升高，從而可以用循環水替代冷凍水。但操作壓力提高后，也會減小各組份的相對揮發度［2］，增加分離難度。通過模擬計算，分析操作壓力對各操作參數的影響，以選擇合適的操作參數。

1.1 對塔頂冷凝溫度的影響

通過模擬計算得到低沸塔和高沸塔塔頂冷凝溫度與操作壓力的關系，分別見圖1和圖2。

隨著操作壓力的提高，塔頂冷凝器的溫度也會升高。國內傳統的氯乙烯精餾工藝中低沸塔操作壓力為6.5bar(A)或更低，對應的塔頂冷凝器溫度不高于32℃;高沸塔操作壓力為5bar(A)，對應的塔頂冷凝器溫度為34℃。傳統工藝精餾塔頂冷凝器不能采用循環水冷卻，只能用冷凍水。從圖中可以判斷，只需略微提高精餾塔的操作壓力，使低沸塔和高沸塔塔頂冷凝溫度達到約40℃，塔頂冷凝器就可以采用循環水冷卻。在環境溫度比較低的北方，特別是在冬季，循環水的溫度比較低，精餾塔的操作壓力可以適當的低一些。

圖1 低沸塔塔頂冷凝溫度與操作壓力的關系

圖2 高沸塔塔頂冷凝溫度與操作壓力的關系

1.2 對精餾塔回流比的影響

提高操作壓力后，各組份的相對揮發度會變小，所以在達到相同的分離要求且塔板數不變的前提下，精餾塔的回流比會增加。

通過模擬計算得到低沸塔蒸出率與操作壓力的關系見圖3;高沸塔回流比與操作壓力的關系見圖4。

圖3 低沸塔蒸出率與操作壓力的關系

圖4 高沸塔回流比與操作壓力的關系

當提高操作壓力后，低沸塔的蒸出率會增大;高沸塔的回流比則需提高。

2 精餾參數的選擇

2.1 操作壓力

通過操作壓力與塔頂冷凝器溫度關系的分析，為了使塔頂冷凝器能采用循環水冷卻，選擇適當的操作壓力，使得低沸塔和高沸塔塔頂冷凝溫度達到約40℃。

2.2 塔板數

從操作壓力對精餾塔回流比的影響分析可以看出，提高操作壓力后，如維持精餾塔塔板數不變，需增大回流比，從而增加精餾塔的熱負荷。為了不增加精餾塔熱負荷，需適當增加塔板數。

低沸塔蒸出率與塔板數的關系見圖5;高沸塔回流比與塔板數的關系見圖6。

圖5 低沸塔蒸出率與塔板數的關系

圖6 高沸塔回流比與塔板數的關系

從模擬數據分析，低沸塔的理論塔板數由原來的15增加到18，其蒸出率即可保持不變;高沸塔的理論塔板數由原來的15增加到20，其回流比也不需要增大。

3 應用效果

氯乙烯高壓精餾工藝已在國內多套乙炔法氯乙烯裝置中應用，這些裝置已穩定運行多年，精餾塔生產能力、產品質量均達到設計要求。與國內傳統的氯乙烯精餾工藝比較，氯乙烯高壓精餾工藝具有更優異的特點。

3.1 節能

高壓精餾的主要優點是節約了大量的冷凍水。以配套400kt/a PVC的氯乙烯裝置進行計算，每年節約的冷凍水冷量為6.64×1010kcal，若以冷凍水冷量折電耗系數為0.25粗略估算，每年可節約電1.93×107kWh。

3.2 省投資

由于取消了精餾裝置冷凍水，氯乙烯裝置和PVC裝置共用的冷凍裝置能力也減少，減去精餾塔增加塔板數而增加的投資，總共可節約投資約500萬元。

3.3 對精餾塔清洗周期無明顯影響

在乙炔法氯乙烯精餾過程中，精餾塔內存在自聚現象。高壓精餾工藝中，精餾塔內操作溫度升高，可能會加劇塔內的自聚，從而縮短塔盤的清洗周期。但多套裝置的運行數據表明，高壓精餾塔內自聚現象并沒有明顯變化，低沸塔和高沸塔的清洗周期與傳統工藝完全相同。

1 李群生，于 穎，郭增昌.氯乙烯精餾工藝流程的模擬計算及技術改造 ［J］.石油化工，2102，41(7):820－824.

2 吳俊生，邵惠鶴.精餾設計、操作和控制［M］.北京:中國石化出版社，1997.