氯乙烯生產工藝過程優化的方法

王利鋒 焦昌梅(鹽城師范學院，江蘇 鹽城 224007)

0 引言

氯乙烯是一種無色、易液化、易聚合的氣體，被廣泛的應用在合成領域，尤其是其所合成聚氯乙烯被廣泛的應用于塑料制作，至今為止聚氯乙烯在塑料領域中有著舉足輕重的地位。聚氯乙烯是由氯乙烯經過聚合所形成的物質，氯乙烯的生產工藝將會直接影響聚氯乙烯的產品質量。隨著科學技術的不斷發展，氯乙烯的生產技術不斷更新換代，生產規模也越來越壯大，市場競爭日益激烈，為不斷提升企業市場競爭力，企業需要不斷的優化生產工藝、降低生產成本，提升產品質量。

1 氯乙烯生產技術及現狀

1.1 氯乙烯生產技術

目前氯乙烯的工業生產方法有電石法、二氯乙烷/氯乙烯以及乙烯氧氯化法，其中乙烯氧氯化法的后端就是二氯乙烷/氯乙烯法，這就意味著氯乙烯的工業生產方法主要是乙烯氧氯化法和電石法。

乙烯氧氯化法是將乙烯和氧氣進行反應，生產二氯乙烷后，二氯乙烷再裂解生產氯乙烯和氯化氫，氯化氫可以和乙烯、氧氣再發生反應，生產二氯乙烷和水。

電石法是氯乙烯最早工業化生產的方法，該方法是首先利用電石和水反應生成乙炔，乙炔再與氯化氫反應，氯化汞作為催化劑，進而生產氯乙烯。

現今，我國氯乙烯生產企業兼具電石法、乙烯法以及二氯乙烷/氯乙烯法，并且呈現三足鼎立之勢。我國地大物博，各地區資源分布和環境各有差異，而電石法的工藝技術相對成熟，并且原材料資源豐富，使的采用電石法生產氯乙烯的方式還會長期存在。另外，隨著國際局勢的日益緊張，原油和天然氣的價格逐年增長，使得以乙烯為生產材料的生產方法其成本大幅增加，進而凸顯出電石法的成本優勢。此外，隨著工業技術的不斷提升，自動化技術以及大型電石爐的投入使用，大幅提升了電石的產量，使得電石市場價格平穩，且質量上乘。而以電石為原料的氯乙烯生產企業采用降本增效的方式，提升產品利潤，進一步促進了電石法生產氯乙烯的發展。

1.2 電石法生產現狀

目前我國大部分的電石法氯乙烯生產設備仍然采用手動控制和半自動控制設備，自動化水平較低，部分企業雖然采用了PLC控制系統，但是仍然需要人為的操作和干預。另外，電石法生產工藝過程十分復雜，反應過程具有非線性、時變性以及不確定性的特點，難以建立控制模型。并且，企業對于氯乙烯的研究的重點在于生產工藝的研究，沒有與控制研究有效的結合，無法產生更大的經濟效益。目前在實際生產過程中存在著許多問題，首先是，建立自動化生產控制系統，需要明確控制變量和控制目標，而電石法的反應特性是非線性、時變性的，增加了控制系統的設計難度；其次，乙炔生產工序中對于發生器溫度和壓力的控制是系統溫度運行和生產的關鍵；再者氯化氫生產工序中氫氣與氯氣的配比，不僅會影響安全生產，也對氯乙烯的純度有著重要影響。最后，氯乙烯精餾階段，因其工藝參數受其它工藝過程的影響，變量之間的相互作用和相互關系，增加了控制系統的控制難度。

2 氯乙烯生產過程優化

2.1 工藝參數的優化

工藝參數的控制是決定產品質量的關鍵所在，科學合理的工藝不僅能夠為企業減少成本還能夠有效提升產品的質量和生產效率。氯乙烯的制備流程主要由轉化、壓縮以及精餾三個階段構成，每個階段的核心工藝參數都是不同的，企業在優化工藝參數時，往往是通過不斷的窄化工藝參數來提升工藝控制精度，進而提升產品的質量。

目前，我國電石法生產氯乙烯需要將氯化氫和乙炔的配比控制在1.00:1.05～1.00:1.10范圍內，來確保乙炔和氯化氫的反應速率以及氯乙烯的產品質量。另外，在調節乙炔和氯化氫的配比時，要充分結合轉化器、脫汞器等設備出口的乙炔含量。盡量將反應器的溫度控制在最佳的溫度范圍內，一般是130～150℃。此外，為確保觸媒的使用壽命，應該在反應過程中，控制熱水循環系統將轉化器溫度控制在180℃引內，使其處于最優的反應條件下，同時確保觸媒的使用壽命。精餾階段主要是對塔壓的控制，可以將高沸塔的壓差控制在15～30kPa范圍內，確保兩個塔的精餾效果，提升產品的質量。再對生產工藝參數優化和壓縮時，要充分結合企業生產設備能力，在確保產品質量的前提下，優化工藝參數，加快反應速率，整體提升產品的生產效率和生產質量。

2.2 設計安裝新設備，提高工藝運行質量

在氯乙烯的制備過程中，會將乙炔和氯化氫氣體進行混合，之后雖然會有干燥處理，但是仍然避免混合氣體中摻雜水分，若無法脫出水分，可能會造成一系列的副反應，影響產線正常的運行和產品質量。因此，對酸霧捕集器的出口水分含量的控制就顯得尤為重要。另外，在實際生產過程中，設備會出現老化現象，一旦設備老化就會導致進出口壓差增大，出口的水分含量就高，進而影響產品的生產。若配備備用設備，能夠在不停車的情況下，更換濾芯，不僅能夠保證生產的穩定運行，還能夠確保產品的質量。另外，在整個生產線中，可以使用廢堿液汽提塔來對氯乙烯進行回收，將廢堿液變廢為寶，不僅僅實現了氯乙烯的回收再利用，起到了降本增效的作用，還可以減少尾氣的排放，為環保事業做出了重要貢獻。

2.3 優化工藝控制過程，節能降耗

2.3.1 優化轉化工段熱水循環

轉化器中的乙炔和氯化氫反應會產生大量的熱，需要水循環裝置將熱量帶走，防止熱量堆積導致轉化器損壞。在傳統的生產產線中，會配備熱水泵，通過強制循環的方式利用溫差將熱量帶走，熱水泵需要持續的工作才能夠源源不斷的將熱量帶走，這個過程會消耗大量的電能，經濟性較差。對該工序進行優化升級，采用熱水自循環系統替換強制循環系統，利用熱水的重力以及熱水受熱后所形成的膨脹動能來實現熱水自循環，熱水溫差小和流速低是該熱水循環系統的優點，能夠緩解轉化器內部管道的沖擊力。此外，該方式能夠確保轉換器內部反應溫度的一致性，溫度波動小，能夠延遲設備的使用壽命。通過優化熱水循環系統，在滿足生產需要的基礎上，降低能耗，降低制造成本，提升產品利潤，能夠有效提升市場競爭力。

2.3.2 尾氣變壓吸附工藝的優化

采用電石法生產氯乙烯，在生產過程中會產生大量的尾氣，尾氣中包含乙炔氣，不僅會污染環境，還會造成資源浪費。針對該情況，可以采用變壓吸附工藝對尾氣進行處理，一方面，可以選擇合適的吸附劑，提升尾氣處理效率，降低工藝能耗，另一方面，采用變壓的工藝能夠為一些有壓力的氣源提供壓力，省去了再次加壓的能耗。另外，該工藝設備有計算機控制，自動化程度較高，能夠迅速開車和停車，對于產品的純度可以靈活調節，對于乙炔和乙烯的回收效率可以達到99.9%，尾氣排放滿足國家環保要求。

2.3.3 粗氯乙烯中氯化氫的利用

乙炔和氯化氫反應的理論比值為1:1，但是為了加快乙炔轉換速率，又不明顯增加氯化氫的消耗和副產物，往往采用1:1.05～1:1.10的配比，若乙炔過量會導致觸媒中毒失效，而氯化氫如果超出范圍則會對設備造成腐蝕損壞，增加后續工序的負擔。可以將氯化氫流量作為主流量，乙炔流量作為副流量，設置閉環控制系統，并將氯化氫和一段的溫度和壓力進行補償，確保自動控制系統的控制精度，為設備的穩定運行提高保障。另外，對于未反應的氯化氫氣體在經過泡沫塔和水洗塔后會轉變為汞廢酸。脫析裝置能夠將汞廢酸脫析出氯化氫來，再將其輸送到合成系統中，實現廢酸中氯化氫的回收再利用，節約生產成本。另外，脫析裝置還可以將產生的稀鹽酸二次利用，輸送到泡沫塔中，作為吸收液循環利用。除此之外，鹽酸脫析裝置的使用能夠大幅回收氯化氫，緩解設備的高負荷工作，提升企業的經濟效益。

2.4 工業控制方式的優化

在工業生產者中，PID控制應用十分廣泛，氯乙烯的生產設備中的自動調節閥也多事采用PID控制系統進行控制，通過對實際變量進行分析和處理，合理地設置PID值，從而對調節閥進行調節，實現對生產過程的控制。另外，在生產過程中，將異常事件的時間、發生問題的原因以及超限值等異常數據信息記錄下來，

并且能夠通過報警器發出警報，再故障未清除的情況下，生產線無法正常使用。待設備故障清除后，設備將會顯示備用狀態，可以使用，確保生產安全性。

此外，還可以結合工廠實際情況，進行合理改造，配置在線監測系統，通過對系統的監測，快速識別故障點，安排人員迅速處理故障，不僅能夠保證生產設備的穩定運行，還能夠借助在線監測系統進行預測事故，識別潛在風險，并采取有效措施進行處理，確保產線的穩定運行。

3 結語

總而言之，氯乙烯的生產工藝十分復雜，不僅包含化學知識和動力知識，還涉及自動控制領域。采用電石法生產氯乙烯，需要優化乙炔和氯化氫的配比，減少廢氣的排放。并且需要對氯乙烯的轉換和精餾等工序配置自動化設備，優化工藝控制，做到節能減排，提升氯化氫的利用率，降低氯乙烯的生產成本，提高氯乙烯成品的質量。同時，氯化氫生產企業要正確識別出整個生產環節中的特殊特性，采取相應的措施確保該工序的正確性和穩定性。此外，企業要加強人才建設，確保人員素質水平和技能水平，以防人為誤操作對企業造成嚴重的損失。