塔式連續(xù)化生產(chǎn)氯化石蠟-52新工藝

張 繼，王 欣，王 強

（河北大景大搪化工設(shè)備有限公司，河北 衡水 053200）

塔式連續(xù)化生產(chǎn)氯化石蠟-52新工藝

張 繼，王 欣，王 強

（河北大景大搪化工設(shè)備有限公司，河北 衡水 053200）

根據(jù)目前國內(nèi)主流的氯化石蠟-52連續(xù)化生產(chǎn)工藝，在強化液蠟氯化反應(yīng)的行程途徑上重新設(shè)計，選用塔式工藝設(shè)備研制生產(chǎn)線，在保證連續(xù)化生產(chǎn)作業(yè)的同時，針對影響安全、環(huán)保、節(jié)能、自控、產(chǎn)品質(zhì)量的各個節(jié)點按自動化控制標(biāo)準(zhǔn)，進行優(yōu)化整合，并納入連續(xù)化生產(chǎn)線。

氯化石蠟-52；工藝；塔式連續(xù)化生產(chǎn)；安全；自控

1 氯化石蠟-52生產(chǎn)工藝

氯化石蠟生產(chǎn)工藝可分為間歇式和連續(xù)式兩大類。氯化設(shè)備可分為釜式、塔式、箱式和非標(biāo)準(zhǔn)釜式。釜式、塔式均可用于間歇式和連續(xù)式生產(chǎn)工藝，而箱式和非標(biāo)準(zhǔn)釜式全部用于連續(xù)式生產(chǎn)工藝。氯化方法有熱氯化、光催化氯化和催化劑氯化，這三種氯化方式均可用以間歇式和連續(xù)式生產(chǎn)工藝，以及釜式、塔式、箱式和非標(biāo)準(zhǔn)釜式生產(chǎn)設(shè)備。

間歇式生產(chǎn)工藝由于產(chǎn)品批量小，氯含量范圍不易嚴(yán)格掌控，產(chǎn)品粘度變化大，不適用于大批量同質(zhì)量供貨，已接近淘汰邊沿。本文著重討論連續(xù)式工藝，其核心技術(shù)是氯化工序的工藝設(shè)計，以及與之配套的輔助工序?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化工藝。

2 連續(xù)式生產(chǎn)工藝

2.1 釜式連續(xù)化生產(chǎn)工藝

2.1.1 釜式連續(xù)化生產(chǎn)的氯化設(shè)備

釜式連續(xù)化生產(chǎn)的氯化設(shè)備均采用非標(biāo)準(zhǔn)釜，種類繁多，氯化釜直徑1 000～1 750 mm；氯化釜高度4 200～6 200 mm；氯化釜容積 3～13 m3；氯化釜反應(yīng)液位高度為2 500～4 500 mm。

2.1.2 釜式連續(xù)化生產(chǎn)的氯化工序作業(yè)方式

（1）液蠟從首位釜利用位差溢流至末位釜，氯氣同時進入所有氯化釜，各釜同時進行氯化反應(yīng)。氯氣與液蠟嚴(yán)格按比例穩(wěn)定入料。

（2）通氯方式，小直徑釜采用插底管向下噴射方式，大直徑釜采用釜底向上噴射方式。

（3）降溫方式，小直徑釜以自循環(huán)為主，動力循環(huán)為輔，也可以不配置動力循環(huán)。大直徑釜由于通氯方式限制，采用動力循環(huán)方式。

（4）根據(jù)情況配置DCS自動控制與聯(lián)鎖裝置。

2.1.3 釜式連續(xù)化氯化工序簡圖

釜式連續(xù)化氯化工序簡圖見圖1、圖2。

圖1 小型釜式連續(xù)化工藝簡圖

圖2 大型釜式連續(xù)化工藝簡圖

從圖中可以看出，小型釜式布局緊湊，操作平臺高度4 m，外循環(huán)冷卻器安裝在釜群狹小的間隙中，無法安裝DCS自動化控制裝置，甚至釜與釜之間也無法安裝控制閥門，因此在設(shè)計上采用簡約化形式，盡量少安裝閥門，全套系統(tǒng)處于不能切斷的聯(lián)通狀態(tài)下生產(chǎn)。

大型釜式一層平臺高度5 m，釜與釜之間比較方便安裝各種自控裝置，各釜間均可安裝切斷閥門，即可以連續(xù)化生產(chǎn)，也可以相對獨立生產(chǎn)，單釜發(fā)生故障，切斷處理，其他釜繼續(xù)作業(yè)。這對穩(wěn)定生產(chǎn)，保證安全，維護產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

在設(shè)備安裝上，小型釜式采用釜底支架安裝，氯化工序安裝在室內(nèi)，所有設(shè)備平臺高度2 m-4 m-6 m-10 m。大型釜式采用框架支撐結(jié)構(gòu)，所有設(shè)備平臺高度5 m-11 m-14 m。根據(jù)選用的設(shè)備直徑、高度差別，安裝高度在以上范圍加以調(diào)整。

在自動化應(yīng)用上，目前國內(nèi)在小型釜式上還沒有做到DCS自動化聯(lián)鎖控制，關(guān)鍵工藝控制節(jié)點要靠員工現(xiàn)場觀察進行操作。大型釜完全可以做到DCS自動化聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)關(guān)鍵工藝控制節(jié)點的DCS操作。

2.1.4 氯化釜與工藝控制節(jié)點：（選取二種直徑氯化釜為例）

氯化釜與工藝控制節(jié)點：（選取二種直徑氯化釜為例）以選用6臺連續(xù)氯化釜為例，年產(chǎn)能為，小型釜式0.5萬～0.7萬t/a，大型釜式1.0萬～2.0 萬t/a，見表1。

表1 氯化釜與工藝控制節(jié)點

2.2 塔式連續(xù)化生產(chǎn)工藝

2.2.1 塔式連續(xù)化生產(chǎn)的氯化設(shè)備

自行研發(fā)的非標(biāo)氯化塔，參數(shù)如下：氯化塔直徑1 000 mm；氯化塔高度10 200 mm；氯化塔容積8 m3；氯化塔反應(yīng)液位高度8 000 mm。

2.2.2 塔式連續(xù)化生產(chǎn)的氯化工序作業(yè)方式

（1）氯氣同時進入所有氯化塔，液蠟從首位塔利用位差溢流至末位塔，同時進行氯化反應(yīng)。氯氣與液蠟嚴(yán)格按比例穩(wěn)定入料。

（2）通氯方式，在底節(jié)塔中部以50個小孔徑的噴頭，將氯氣噴射入氯化塔液蠟中。

（3）降溫方式，以自循環(huán)為主，夾套調(diào)節(jié)為輔。（4）氯化塔上部二節(jié)夾套冷卻水開啟，不準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制。

（5）檢查調(diào)整所有的DCS自控聯(lián)鎖裝置。

（6）開啟各個DCS自動化控制節(jié)點，納入氯化工序連續(xù)化生產(chǎn)線。

2.2.3 塔式連續(xù)化氯化工序簡圖

塔式一層平臺高度3 m，3 m以上無操作控制點，塔與塔之間比較方便安裝各種自控裝置，各塔間均可安裝切斷閥門，即可以連續(xù)化生產(chǎn)，也可以相對獨立生產(chǎn)，單塔發(fā)生故障，切斷處理，其他繼續(xù)作業(yè)。轉(zhuǎn)料泵既可用于正常生產(chǎn)，也可以應(yīng)對故障轉(zhuǎn)料，起到穩(wěn)定生產(chǎn)，保證安全，維護產(chǎn)品質(zhì)量的重要作用。在自動化應(yīng)用上，塔式做到DCS自動化聯(lián)鎖控制，將各個輔助工序DCS自動化控制節(jié)點納入氯化工序連續(xù)化生產(chǎn)線上，以DCS操作站和控制站，完成所有工藝控制節(jié)點的工藝操作。

圖3 塔式連續(xù)化氯化工序簡圖

2.2.4 氯化工藝與氯化塔的設(shè)計

在氯化石蠟生產(chǎn)反應(yīng)初期容易發(fā)生生產(chǎn)事故，因此，通氯量必須減少，否則會引起物料湍流劇烈，造成液蠟氣化，在反應(yīng)器上層空間與氯氣混合，碰撞摩擦劇烈，產(chǎn)生靜電而引起靜電火花，使液蠟蒸氣與氯氣瞬間反應(yīng)，燃燒碳化而形成黑料。但是在連續(xù)氯化法的工藝設(shè)計上，6臺氯化反應(yīng)器的通氯量，是從氯化反應(yīng)器首位到末位依次遞減，首位氯化反應(yīng)器通氯量應(yīng)該最大。

在液蠟進行氯化反應(yīng)中后期時，物料上層形成大量的泡沫，往往能占到反應(yīng)容器的1/4，尤其是反應(yīng)后期還會充滿反應(yīng)容器，堵塞氣體出路，造成憋壓或跑料，因此在常規(guī)氯化塔的設(shè)計上，必須設(shè)計塔頂防溢流消泡器，但是塔頂空間增大以后，能容納更多的汽化石蠟和氯氣，更容易發(fā)生黑料事故。

上述兩個工藝問題，對氯化設(shè)備的要求截然相反，對于液位以上空間，反應(yīng)前期要求小，反應(yīng)后期要求大。通過另辟蹊徑，塔內(nèi)問題在塔外解決，將原設(shè)計的消泡器取消，氯化塔高度從12 m降低到10.2 m，首先解決黑料問題。再設(shè)計一種高效氣液分離器，改禁止溢流為引導(dǎo)溢流，創(chuàng)造性的解決塔式反應(yīng)器的溢流問題。

2.2.5 工藝控制節(jié)點

氯化塔工藝控制節(jié)點見表2。

表2 工藝控制節(jié)點

選用6臺連續(xù)氯化塔，產(chǎn)能1.3萬t/a。

3 輔助工序納入氯化連續(xù)化生產(chǎn)工序

3.1 液蠟精制工藝連續(xù)化

（1）液蠟中影響氯化石蠟產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)有4種，分別是鐵、堿性氮、芳烴和水，在液蠟和氯氣的反應(yīng)中，這4種雜質(zhì)全部與氯、氯化氫、鹽酸進行反應(yīng)，生成三氯化鐵、芐基氯、二氯甲苯、芐川三氯、堿性氮鹽等雜質(zhì)，反應(yīng)生成物又作用于氯化石蠟，形成有色基團，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

傳統(tǒng)的液蠟精制方法是用活性白土、活性炭、硅膠和分子篩進行精制處理，這種方法只對液蠟中的鐵和水有效，對堿性氮和芳烴沒有效果，使用過的活性白土、活性炭、硅膠和分子篩還會污染環(huán)境。

經(jīng)過反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)，液蠟中的4種雜質(zhì)全部與氯、氯化氫、鹽酸進行反應(yīng)，并且反應(yīng)生成的三氯化鐵、芐基氯、二氯甲苯、芐川三氯、堿性氮鹽等雜質(zhì)，比重全部大于1.1，因此用含有游離氯的鹽酸對液蠟進行化學(xué)處理，利用比重差將雜質(zhì)有效的分離，取得了良好的效果。

（2）為了將液蠟化學(xué)處理并入連續(xù)化、自動化生產(chǎn)線，設(shè)計了一套液蠟化學(xué)處理設(shè)備，液蠟、鹽酸連續(xù)入料，化學(xué)精制后自動分離，連續(xù)出料，安裝了密度、流量在線監(jiān)控與聯(lián)鎖設(shè)備，并入DCS操作站和控制站，液蠟處理量3 m3/h。

3.2 粗氯化石蠟的脫酸精制工藝納入氯化連續(xù)化生產(chǎn)線

粗氯化石蠟的脫酸精制工藝納入氯化連續(xù)化生產(chǎn)線原料準(zhǔn)備工序、氯化氫吸收（使用）工序、環(huán)境保護工序。

（1）反應(yīng)完成的氯化石蠟，溶解游離的氯化氫含量在0.1%～0.5%，稱為粗氯化石蠟，必須進行脫酸精制，在間歇式工藝中，粗氯化石蠟脫酸精制不是問題，因為是批量（7 t）作業(yè)，在脫酸塔操作中僅需要15 min便可完成，對氯化石蠟品質(zhì)完全沒有影響。

在連續(xù)化工藝中，粗氯化石蠟以27 kg/min連續(xù)產(chǎn)出，進入脫酸精制塔，批量脫酸精制需要達到7 t，需耗時4.3～4.5 h，在這個時間段內(nèi)，粗氯化石蠟基本處于靜置狀態(tài)，游離氯繼續(xù)進行反應(yīng)，反應(yīng)熱量不能移除，勢必會造成氯化石蠟品質(zhì)下降。

（2）采用以下方法將脫酸精制工序納入氯化連續(xù)化生產(chǎn)線。a.粗氯化石蠟從底部涌入脫酸精制塔，保持物料始終處于運動狀態(tài)，將塔溫控制在60℃，靠物料涌動能量翻滾，自動脫酸脫氯。b.當(dāng)液位達到2.5 m，粗氯化石蠟3 t時，小流量開啟壓縮空氣。c.達到批量脫酸精制量7 t時，切換脫酸塔，全開壓縮空氣脫酸15 min，檢測合格，完成批量出料。

4 完成的塔式連續(xù)法氯化石蠟-52工序流程

完成的塔式連續(xù)法氯化石蠟-52工序流程，見圖4。

5 遺留問題

圖4 塔式連續(xù)法氯化石蠟工序流程

粗氯化石蠟脫酸精制工序，雖然已經(jīng)納入連續(xù)化生產(chǎn)線，但該工序是靠切換方式進行生產(chǎn)，其本身并沒有實現(xiàn)工藝連續(xù)化，沒有實現(xiàn)氯化石蠟連續(xù)脫酸精制，批量脫酸前有2.5 h與氧氣接觸，時間偏長，對產(chǎn)品色澤仍然有一定的影響，也是實現(xiàn)完全意義上的連續(xù)氯化石蠟完整工藝的關(guān)鍵所在。從原理上推斷，黏稠液體連續(xù)真空脫氣，在技術(shù)上完全可行，是我們下一步的攻關(guān)目標(biāo)。

5.1 粗氯化石蠟連續(xù)化脫酸，工藝上需要以下參數(shù)確定

（1）真空度選擇多高才能保證脫氣效果，同時還不會將物料帶走，真空泵型號的選擇要確定；

（2）粗氯化石蠟在脫氣時，是呈幕狀、膜狀還是呈柱狀脫氣效果比較好，或者結(jié)合使用，以及多級分布的設(shè)計；

（3）粗氯化石蠟在容器內(nèi)脫氣，要經(jīng)過幾級下降才能達到脫氣質(zhì)量要求，每級的高度選擇，集液器的容積選擇；

（4）脫氣塔板用什么材料經(jīng)濟實用，變形后的調(diào)整方法；

（5）穩(wěn)定劑采取連續(xù)加入，卡門渦街流量計的混合效果；

（6）在氣體出口設(shè)計旋風(fēng)分離器，其直徑的選擇；（7）脫氣質(zhì)量在線監(jiān)測穩(wěn)定可靠；

（8）粗氯化石蠟產(chǎn)能每秒0.5～1.5 kg，物料流速的確定，管徑與進入脫氣塔方式的確定；

（9）氯化氫回收方式。

5.2 連續(xù)脫酸精制工藝的設(shè)想

連續(xù)脫酸精制工藝的設(shè)想見圖5。

圖5 粗氯化石蠟連續(xù)脫酸示意圖

5.3 尾氣氯化氫夾帶液蠟

尾氣氯化氫大量夾帶液蠟問題，已經(jīng)得到解決。但是少量夾帶的是已經(jīng)不能稱之為液蠟的低碳鏈烷烴，這部分烷烴以飽和分壓的形式存在，對氯化氫的直接使用造成影響?，F(xiàn)在采取的措施是，對氣化烷烴降溫至0～8℃，但是能耗過大；吸附劑吸附氣化烷烴，解吸有污染，報廢的吸附劑處理困難。

New process for continuous production of chlorinated paraffin-52

ZHANG Ji，WANG Xin,WANG Qiang

(Hebei Dajing Datang Chemical Equipment Co.,Ltd.,Hengshui 053200,China)

According to the current domestic mainstream chlorinated paraffin-52 continuous production process,redesign in the travel way for strengthening liquid wax chlorination tower,process equipment development and production line selection,continuous production operation in which each node at the same time,in view of the influence of safety and environmental protection,energy saving,automatic control and product quality control according to the standard automation,to optimize the integration into the continuous production line.

chlorinated paraffin-52,process,tower continuous production,safety,automatic control

TQ083+.1

B

1009－1785(2017)11-0024-05

2017-09-21