氯乙烯生產工藝過程優化的研究
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摘 要：氯乙烯有多種生產方法，其中電石乙炔法合成工藝因具有原料多、工藝設備簡單、投資低、收率高等優點，在我國得到廣泛應用?，F階段，我國的氯乙烯生產技術在混合脫水、設備運行質量、壓縮精餾等方面有了很大發展，但同國外的先進技術比較，還存在著一定的差距 。我分廠使用電石乙炔法生產氯乙烯，經過近幾年的工藝過程優化研究并將研究成果應用到生產實踐中，生產工藝運行質量得到很大提升，獲得了很好的經濟效益和社會效益。結合本單位氯乙烯生產過程的實際情況，闡述了在工藝過程優化方面采取的方法措施和開展的研究。
關鍵詞：氯乙烯;工藝原理;工藝過程優化
1 氯乙烯生產工藝簡述
分廠使用電石乙炔法合成工藝，將電石水解精制后的乙炔氣和氯化氫合成氯乙烯[1]。乙炔與氯化氫按一定比例經過混合器混合后，經過一級和二級石墨冷卻器冷卻，依靠重力作用，除去大部分水分，再經過含有氟硅油的玻璃棉過濾捕集少量徑粒很小的酸霧，得到含水分≤600×10-6混合氣后，依次進入石墨預熱器，加熱到70～90 ℃后進入轉化器中反應。轉化器列管內裝有以活性炭為載體的氯化汞催化劑，合成反應熱通過轉化器列管間的循環熱水排出，粗氯乙烯氣體經過除汞器，除去大部分的汞后，進入合成器、冷卻器冷卻后依次進入泡沫脫酸塔、水洗塔、堿洗塔脫除未參加反應的氯化氫等氣體后進入氣柜。粗制的氯乙烯氣體經過壓縮機壓縮后，經過全凝器冷卻，進入水分離器，由低沸塔進料泵，打入低沸塔除去乙炔氣體和氮氣等氣體，再經過高沸塔分離出二氯乙烷，精餾后的氯乙烯儲存在單體儲槽中。
2 氯乙烯生產過程優化
2.1 優化工藝參數控制范圍
在任何化工生產過程中，對于工藝參數的控制非常重要，在過程控制階段要對數據進行分析，對數值進行偏差計算，防止出現異常問題[2]。氯乙烯生產過程分為轉化、壓縮和精餾3個階段，分廠從這3個生產階段不斷窄化工藝參數的控制范圍，使工藝控制過程更加精確，反應效率更高。轉化階段嚴格控制乙炔和氯化氫的配比，將乙炔和氯化氫的配比嚴格控制1.00∶1.05～1.00∶1.10，在不同的生產負荷下根據后臺轉化器出口、脫汞器出口和堿洗塔出口的乙炔含量，對配比作出適當調整。將熱水預熱器出口溫度控制在85～90 ℃，通過控制轉化器循環熱水的循環量和轉化器乙炔的進料量，將轉化器反應溫度控制在130～150 ℃，達到最佳的反應溫度。新翻換的觸媒使用初期，嚴格保證轉化器上段反應溫度不超過180 ℃，達到延長觸媒使用時間和最佳反應效果的目的。精餾階段將塔壓差控制范圍擴大到10～24 kPa;高沸塔控制壓差擴大到15～30 kPa，適當增加壓差，以保證兩個塔的精餾效果。經過優化工藝參數控制范圍，各生產單元的運行質量得到了大幅提升。通過乙炔轉化率、氯乙烯合成收率、聚合收率等指標，對本班次的操作質量進行分析評價，對工藝參數的操作給出指導意見，及時修改工藝參數控制。
2.2 設計安裝新設備，提高工藝運行質量
乙炔和氯化氫混合后，混合氣體中含有水分，必須及時脫出，保證酸霧捕集器出口水分≤600×10-6。以前只配備了一臺酸霧捕集器，長期使用后，會造成酸霧捕集器進出口壓差增加，影響脫水效果。2018年大檢修中，設計安裝了一臺酸霧捕集器，當使用的酸霧捕集器壓差升高時，達不到有效脫出水分的目的，使用備用設備，不用停車更換濾芯，可以保證生產連續穩定運行。2017年設計安裝了一臺廢堿液汽提塔，回收廢堿液中的氯乙烯，不但有效地解決了廢堿液中氯乙烯對環境的污染，而且回收的氯乙烯可以繼續使用，降低了生產成本。
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
我分廠轉化工序有36臺轉化器，4臺熱水泵。由于乙炔與氯化氫加成反應生成氯乙烯的同時放出大量的反應熱，熱量通過轉化器殼程的熱水帶走，2018年之前，我分廠采用熱水泵進行大流量低溫差換熱，這種換熱方式需要消耗大量電能。2018年，我分廠優化工藝，將轉化器熱水強制循環改為熱水自循環工藝，此工藝由熱水泵加壓強制循環變為利用熱水的重力差和轉化器內熱水吸熱后的膨脹動能形成自然循環，熱水溫差小，流速低，對轉化器內列管外壁沖擊小，且轉化器內反應溫度波動小，有利于延長轉化器和觸媒的使用壽命，且動力消耗降低，轉化器熱水自循環配合兩臺熱水泵就可以滿足生產需要，熱水泵由開三備一變為開二備二，耗電量顯著降低，節能效果明顯。
2.3.2 優化尾氣變壓吸附工藝
在電石法生產氯乙烯工藝中，按照10萬t/年PVC的產能，每年排放掉的VCM>1 000 t，排放掉的標態乙炔氣>120 000 m?，既造成了巨大的浪費，又嚴重污染環境，不利于能耗的降低。我分廠尾氣處理采用變壓吸附工藝，在2017年對變壓吸附進行優化，更換吸附劑后，該工藝能耗降低，一些有壓力的氣源可以省去再次加壓的能耗，而且產品純度可以靈活調節，裝置由計算機控制，自動化程度高，操作方便，可以實現全自動操作，開停車迅速，裝置調節能力強，操作彈性大，氯乙烯和乙炔的回收率可達到99.9%，放空氣體可達到國家環保合格排放標準：氯乙烯≤36 mg/m?、乙炔≤120 mg/m?。
2.3.3 粗氯乙烯中氯化氫的利用
為了有利于乙炔轉化速率的提高，同時又不明顯增加氯化氫的消耗和副產物，我分廠采用適宜的乙炔與氯化氫的物質的量比1.0∶1.1，這樣，反應后合成氣中就有初始用量10%的未反應氯化氫，這部分氯化氫經過泡沫塔、水洗塔后變為含汞廢酸，為了減少環境污染以及回收廢酸中的氯化氫，我分廠利用鹽酸脫析裝置，將廢酸送脫析塔脫析出氯化氫，送回合成系統，脫析后質量分數為20%左右的稀鹽酸返回泡沫塔作為吸收液循環利用，該工藝不僅可以有效地回收廢酸中的氯化氫，減少含汞廢酸的產量，還可提高水洗裝置循環處理量，提高氯化氫吸收處理能力，減少相關設備負荷，確保水洗、堿洗裝置經濟高效運行。
2.4 優化控制方式
我分廠的自控調節閥采用PID控制，控制系統對實際的變量進行計算并進行調節，經過計算后，合理地對PID值進行設定，通過提高調節閥的調節效率來提升運行效率。分廠使用了異常情況記錄分析系統。當操作中出現工藝異常時，系統會將出現異常情況的環節、時間、超出范圍值等數據記錄下來。要求對故障問題進行原因分析并及時消除故障。如果故障沒有消除，生產線不能投入使用;當設備出現故障時，該系統會自動提取故障信息，提示進行維修。當故障清除后，提示設備處于備用狀態，可以使用，保證生產安全。分廠為了提高安全運行水平，與儀表人員一起開展了故障檢測系統的研究，以實時監測工藝運行情況。以前氯乙烯生產過程的故障診斷是人為判斷為主，存在許多不可控因素。不能及時發現問題，或者出現問題時才能發現，這種對工藝問題診斷滯后的情況，對生產線的正常運行造成很大影響。經過研究，根據反應原理和工藝特點，合理地設置和配置在線監測系統能夠快速預測事故問題，通過對系統的檢測，發現異常點進行報警，提醒員工及時進行處理，可以保證工藝過程安全平穩運行，這項研究處于起步階段，相信在不久的將來，會投入運行并會取得良好的效果。
3 結語
氯乙烯的生產工藝比較復雜，其中包含一系列的化學反應，涉及化學知識、動力學知識等。以電石法氯乙烯生產工藝為例，對氯乙烯生產過程的優化控制進行研究，做好氯乙烯的轉化和精餾等工序的自動化生產及優化控制，從而確保氯乙烯成品質量符合標準和要求，對于氯乙烯生產質量的提升，起到一定的指導意義。
[參考文獻]
[1]邴涓林，黃志明.聚氯乙烯工藝技術[M].北京：化學工藝出版社，2008.
[2]鄭石子，顏才南，胡志宏，等.聚氯乙烯生產與操作[M].2版，北京：燃料化學工業出版社，2007.
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