氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制研究

汪福兵（新疆中泰華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019）

1.氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

工業(yè)原料聚氯乙烯（PVC）的主要材料是氯乙烯，因此市場(chǎng)對(duì)氯乙烯的產(chǎn)量要求比較高。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中氯乙烯的生產(chǎn)方法主要有電石法和乙烯氧氯化法這兩種制造工藝。

電石法是最早用于氯乙烯生產(chǎn)的方法，該方法利用電石和水反應(yīng)生成乙炔，再將乙炔與氯化氫融合，并以氯化汞為催化劑形成氯乙烯[1]。由于電石法的材料來(lái)源比較廣泛，因此成為大多數(shù)生產(chǎn)加工企業(yè)所采用的制備方法。乙烯法是利用乙烯與氧反應(yīng)生成二氯乙烷，二氯乙烷再裂解為氯化氫和氯乙烯。這兩種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法不僅反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，而且由于材料反應(yīng)不充分，容易造成資源浪費(fèi)。

2.氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制的關(guān)鍵

根據(jù)氯乙烯各生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系與影響程度，應(yīng)當(dāng)建立一體化的檢測(cè)控制系統(tǒng)，不能孤立任何一個(gè)工藝環(huán)節(jié)。氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制的關(guān)鍵主要集中在乙炔站、氯化氫站、氯乙烯轉(zhuǎn)化、氯乙烯精餾站四個(gè)環(huán)節(jié)中。

如果乙炔站中的反應(yīng)溫度過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致粗乙炔中的水分蒸發(fā)量過(guò)大，冷卻之后乙炔塔的后部負(fù)荷過(guò)大，阻塞塔板和管路，因此需要嚴(yán)格控制乙炔站發(fā)生器的溫度和壓力，維持溫度在80℃-90℃之間，且壓力不大于15KPa。在對(duì)氫氣和氯氣壓力進(jìn)行控制時(shí)，要分別檢測(cè)進(jìn)入緩沖氣罐中的氫氣、氯氣流量，保證氫氣壓力在0.05-0.10MPa之間，氯氣壓力在0.15-0.25MPa之間，氯氣和氫氣進(jìn)入合成爐之前，要分別檢測(cè)兩者的流量，使氯氣、氫氣之間的流量關(guān)系控制在1.00-1.10：1.05之間[2]。氯乙烯轉(zhuǎn)化站中的乙炔、氯化氫之間的配比關(guān)系要控制在1.05-1.15:1.05之間，可以通過(guò)增加或減少石墨冷凝器中鹽水的含量和流速來(lái)維持混合脫水溫度，使混合脫水溫度保持在-15℃到-10℃之間。如果轉(zhuǎn)化器的溫度過(guò)高容易導(dǎo)致反應(yīng)失效，溫度過(guò)低又會(huì)使兩者之間的反應(yīng)不夠徹底，沒(méi)有完全反應(yīng)掉的氯化氫會(huì)形成腐蝕反應(yīng)設(shè)備的物質(zhì)，物質(zhì)反應(yīng)在轉(zhuǎn)化過(guò)程中也會(huì)釋放出大量的熱量，因此需要根據(jù)反應(yīng)器的溫度變化趨勢(shì)，隨時(shí)調(diào)節(jié)熱水槽的流速，滿(mǎn)足乙炔與氯化氫混合氣體有效轉(zhuǎn)化的溫度要求。氯乙烯精餾站作為最后轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的主要設(shè)備，需要控制好低沸塔塔頂?shù)臏囟龋瑴p少進(jìn)料量、進(jìn)料狀態(tài)等外部因素對(duì)塔頂溫度的干擾作用，維持塔頂溫度在35-39℃之間。

3.氯乙烯生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制

3.1 反應(yīng)器的溫度、壓力控制

在乙炔生成階段應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制進(jìn)入反應(yīng)器的水量，使反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的熱量能夠借助水流帶出，從而降低反應(yīng)器內(nèi)的溫度，實(shí)現(xiàn)生成塔溫度和水流壓力的自動(dòng)控制[3]。

3.2 振蕩器的電流與壓縮機(jī)控制

為了掌握乙炔振動(dòng)器的電流、壓力及壓縮機(jī)出入口壓力之間的關(guān)系，需要通過(guò)建立數(shù)學(xué)關(guān)系模型的方法進(jìn)一步了解兩者之間的變化規(guī)律。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的電流、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，借助數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各變量之間的變化關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩器電流和壓縮機(jī)的控制要求。

3.3 控制氯氣和氫氣的配比關(guān)系

在氯化氫合成中，需要嚴(yán)格控制了氯氣和氫氣的配比關(guān)系，使氯氣和氫氣通過(guò)化學(xué)反應(yīng)能夠恰好融合，保證生產(chǎn)出來(lái)的氯乙烯達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在結(jié)合實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可以根據(jù)反應(yīng)機(jī)原理，構(gòu)建氫氣、氯氣之間的反應(yīng)模型，確定最佳的配比關(guān)系，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氯氣、氫氣流量和反應(yīng)器的壓力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制二者的流量，保證二者的充分反應(yīng)，避免造成資源浪費(fèi)。

3.4 乙炔和氯化氫配比的控制

通過(guò)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)可以通過(guò)建模的方式掌握氯乙烯轉(zhuǎn)化階段中乙炔和氯化氫的配比關(guān)系，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的乙炔和氯化氫含量數(shù)據(jù)，最終得出最佳配比關(guān)系。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中還要考慮壓力、溫度等環(huán)境參數(shù)的影響作用。

3.5 精餾階段的控制系統(tǒng)優(yōu)化

在氯乙烯精餾階段需要組建專(zhuān)業(yè)的控制團(tuán)隊(duì)，對(duì)精餾塔內(nèi)的原料數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)進(jìn)行研究探討，確定各原料之間精餾前后的含量配比關(guān)系，設(shè)計(jì)出多變量的氯乙烯精餾自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)精餾塔內(nèi)的各參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。

4.結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致氯乙烯生產(chǎn)工藝落后的因素有很多，包括產(chǎn)品研發(fā)力度不夠、國(guó)家缺少相關(guān)的資金扶持等，但是氯乙烯作為主要的工業(yè)原料，其市場(chǎng)需求量巨大，當(dāng)前的生產(chǎn)過(guò)程不僅浪費(fèi)了大量的資源，而且安全系數(shù)不高，因此需要盡快采取相關(guān)措施優(yōu)化氯乙烯的生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化控制。為此，氯乙烯行業(yè)應(yīng)當(dāng)加快企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，將小規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)與大型生產(chǎn)企業(yè)融合，積極引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，提高我國(guó)氯乙烯的生產(chǎn)水平，使我國(guó)的氯乙烯生產(chǎn)在滿(mǎn)足市場(chǎng)需求量的前提下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的綜合發(fā)展。

[1]賈立,袁凱.間歇生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制的分布式仿真平臺(tái)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2011,10:2254-2257.

[2]王旭,繆天宇,王慶凱.濃縮生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].有色金屬(選礦部分),2012,06:70-74.

[3]安豐穎.關(guān)于氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程的控制及其優(yōu)化分析[J].化學(xué)工程與裝備,2014,05:58-59+50.