乙烯和氯化氫生產(chǎn)氯乙烯的工藝研究

喬玉元(中國石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411)

0 引言

在氯乙烯工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)過程中，一定程度上增加了工業(yè)原料用量，為實現(xiàn)低成本、高效率生產(chǎn)目的，適時創(chuàng)新氯乙烯生產(chǎn)工藝具有必要性和迫切性。本文從資源節(jié)約、綜合效益提升等角度考慮，探索乙烯和氯化氫生產(chǎn)工藝應用策略，這對氯乙烯工業(yè)可持續(xù)發(fā)展可起到推動作用。

1 氯乙烯簡介

氯乙烯屬于高分子化工單體，其特點包括無色、沸點低、聚合強、毒性大等，它作為聚氯乙烯必不可少的組成原料，在各行業(yè)得到廣泛應用[1]。氯乙烯最早于二十世紀二十年代生產(chǎn)，生產(chǎn)方法以乙炔法為主，節(jié)約資源和環(huán)境保護戰(zhàn)略提出后，乙炔法適用性大大降低，并逐漸被乙烯和氯化氫結(jié)合生產(chǎn)法所取代。氯乙烯生產(chǎn)從安全角度考慮，要盡最大可能規(guī)避生產(chǎn)風險，根據(jù)實際需要控制生產(chǎn)量，逐步提高生產(chǎn)成本控制的有效性。

2 氯乙烯生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

時代發(fā)展步伐逐漸加快，氯乙烯生產(chǎn)要求相應提高，基于此，實施生產(chǎn)工藝動態(tài)創(chuàng)新，以便順應時代發(fā)展的趨勢，真正滿足氯乙烯安全化、高效益生產(chǎn)需要[2]。分析現(xiàn)今電石乙炔法生產(chǎn)原理，即蒸發(fā)特定氣體(乙炔、氯化氫氣體)水分，根據(jù)配比要求對其混合處理，在反應裝置中獲取氯乙烯。因為生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫度較高，所以借助冷劑氣化方式進行降溫操作。對比于傳統(tǒng)氯乙烯生產(chǎn)手段，這種生產(chǎn)方式具有低能耗、低污染、低成本、高效率等優(yōu)點。從現(xiàn)實角度出發(fā)，此項生產(chǎn)工藝受技術(shù)限制較明顯，對此要大力改良生產(chǎn)工藝，以便迎合現(xiàn)代氯乙烯生產(chǎn)需要。

3 基于乙烯和氯化氫生產(chǎn)氯乙烯的工藝分析

3.1 反應原理

直接氯化反應式為：C2H4+CL2→C2H4CL2+218kJ/mol。參數(shù)要求：壓力控制為0.35MPa，適宜溫度為113℃。

氧氯化參數(shù)要求：壓力控制為0.42MPa，適宜溫度在200～225℃之間，反應式為：C2H4+2HCI+1/20O2→C2H4CI2+H2O+263.8kJ/mol。

二氯乙烷裂解參數(shù)要求：壓力在2.0～2.5MPa 之間，溫度在395～485℃之間，反應式為C2H4CI2→C2H3CI+HCl-79.6kJ/mol。

3.2 具體流程

經(jīng)模型構(gòu)建對監(jiān)測點進行定位，準確控制乙烯、氯化氫比例，動態(tài)觀察點位變化情況，得到合理的配比關(guān)系。在此期間，全面觀察環(huán)境參數(shù)變化及影響表現(xiàn)。氯化現(xiàn)象伴隨放熱反應，上述化學反應發(fā)生后，能量大致相同，氯乙烯生產(chǎn)原料選定乙烯和氯化氫，分別增設(shè)氧氯化單元，確保氯化氫精細化、一體化制備[3]。

氯氣法運用從各單元工藝流程中可見，對于氯化氫氧氯化首次制備單元，特定純度氯化氫與乙烯、氧氣按一定比例置入氧氯化反應裝置，適量添加催化劑，最后生成二氯乙烷與水。接下來反應物冷卻、洗滌、再冷卻、物質(zhì)分離，處理過后送至二氯乙烷精制單元。對于循環(huán)氯化氫氧氯化單元，遵循加氫、烯烴生成、氧氯化反應這一步驟。二氯乙烷精制單元中，濕二氯乙烷在高沸塔中精制，在裂解作用下獲得二氯乙烷，其中儲罐用來存儲低沸物。二氯乙烷裂解單元中，精制二氯乙烷先后進入裂解爐、汽化器、裂解爐，待溫度加熱到一定值后產(chǎn)生裂解反應，反應物分別為氯乙烯和氯化氫。接下來反應物在急冷塔降溫，最后送至氯乙烯精制單元。氯乙烯精制單元工藝流程總結(jié)為：提取氯化氫于HCI 塔，然后帶入氧氯化工序；氯乙烯塔中分離二氯乙烷；回收二氯乙烷中添加氯氣，處理過后送至二氯乙烷精制單元；VCM 氣堤塔中產(chǎn)出氯乙烯單體。

3.3 生產(chǎn)工藝優(yōu)控

首先，適當控制反應器水量及溫度。水量多少直接影響熱量帶走速率，并且溫度相應變化，滿足生成塔自控要求。其次，妥善調(diào)整氯氣、氫氣配比。生成氯化氫時，一定要精確控制配比量，使得氯乙烯滿足安全要求和原料使用標準。具體來說，生產(chǎn)人員結(jié)合已有經(jīng)驗，借助信息軟件構(gòu)建反應模型，動態(tài)觀察氯氣、氫氣變化，以便為配比關(guān)系調(diào)整提供依據(jù)。與此同時，實時獲取流量值，得到反應器壓力值，使其充分反應，大大提高資源利用率。再次，優(yōu)控精餾系統(tǒng)。建立氯乙烯生產(chǎn)的專業(yè)團隊，針對數(shù)據(jù)信息、環(huán)境參數(shù)深入分析，即利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘價值信息，保證配比精準度。對于設(shè)計人員來說，要創(chuàng)新自控系統(tǒng)，實現(xiàn)氯乙烯自動精餾。最后，優(yōu)化變壓吸附工藝。裝置受控于信息技術(shù)，具有全自動、操作便捷等優(yōu)勢，最為關(guān)鍵的是，乙烯回收率超過百分之九十九，所排放氣體能夠達到安全標準，在節(jié)能環(huán)保方面貢獻重要力量。

3.4 工藝控制手段適時創(chuàng)新

氯乙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及變量調(diào)節(jié)，在此期間要精確計算變量，使調(diào)節(jié)工作有據(jù)可依。因計算環(huán)節(jié)對準確度要求較高，為控制計算誤差于限定范圍，要引進PID 控制法，使計算值合理、準確設(shè)定。正常來講，這項控制模式與自控調(diào)節(jié)閥緊密結(jié)合，其作用即獲取異常數(shù)據(jù)、傳遞警報信息，讓工藝安全管理人員在第一時間引起注意，通過啟動應急預案來消除故障。在此期間，記錄分析系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息逐項、分類記錄，以便為故障原因分析提供依據(jù)。對比于傳統(tǒng)人工控制模式，信息化控制手段具有較高的實踐價值，這對氯乙烯工藝生產(chǎn)活動順利進行起到推動作用[4]。氯乙烯生產(chǎn)線能否穩(wěn)定、安全運行，這與故障檢測系統(tǒng)有效性存在一定聯(lián)系，因為生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在較多影響因素，只有事先預測問題，并有效解決問題，才能控制安全風險，確保氯乙烯在聚氯乙烯制作中發(fā)揮應有價值。

3.5 置換生產(chǎn)設(shè)備

氣體混合后要進行干燥處理，使水分高效排出，以往僅使用酸霧捕集器完成脫水任務(wù)，當壓力差變大時，脫水效果達不到預期效果。從實用性角度考慮，引進廢堿液汽提塔，這既能起到氯乙烯回收作用，又能提高脫水效率，真正滿足了持續(xù)生產(chǎn)需要，確保成本有效控制。在貫徹節(jié)能減排戰(zhàn)略時，對耗能較大的熱水泵進行工藝創(chuàng)新，運用熱水自循環(huán)系統(tǒng)生產(chǎn)氯乙烯，一定程度上提升了轉(zhuǎn)化器性能，減少能耗量，在滿足生產(chǎn)前提下取得了良好節(jié)能效果。此外，有效改進壓縮機設(shè)備，傳統(tǒng)設(shè)備在氯乙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有能耗高、性能弱、壽命短等不足，從綜合效益提升角度來看，適當優(yōu)整壓縮機結(jié)構(gòu)，增置螺桿裝置，能在一定程度上控制能耗，減少環(huán)境污染。

3.6 經(jīng)濟性分析

對比直接氯化法和氯化氫法的投資成本，氯化氫法單元復雜度較高，各項投資成本總和明顯高于直接氯化法。將燒堿裝置投資納入總成本計算環(huán)節(jié)，由于這項投資量較大，所以安裝燒堿裝置的直接氯化法需大量資金支持。對比綜合成本，氯氣法綜合成本高于氯化氫法，當原料選為乙烯、氯化氫時，意味著氯乙烯生產(chǎn)成本控制效果達到預期，有利于擴大企業(yè)利潤空間，為行業(yè)經(jīng)濟、市場經(jīng)濟穩(wěn)健發(fā)展助力。

4 結(jié)語

綜上所述，氯乙烯生產(chǎn)涉及多學科知識，且化學反應現(xiàn)象普遍存在。為提高聚乙烯產(chǎn)品質(zhì)量，滿足聚氯乙烯原料質(zhì)量控制要求，勢必要創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，使聚乙烯生產(chǎn)水平邁向新臺階。放眼長遠，適當改進氯乙烯生產(chǎn)模式，從設(shè)備更新、工藝優(yōu)化等方面入手，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)、高效生產(chǎn)的目的，為我國化工產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟穩(wěn)健發(fā)展提供內(nèi)動力。