氯乙烯合成反应器庚烷循环冷却技术

第３８卷　第９期　聚氯乙烯　Ｖ０１．３８，ＮＯ．９　２０１０年９月　Ｐｏｌｙｖｉｎｙ１　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ　Ｓｅｐ．，２０１　０　氯乙烯合成反应器庚烷循环冷却技术　吴玉初　，刘炼钦　（四川天赋军安实业有限公司，四川遂宁６２９００６）　［关键词］氯乙烯；反应器：庚烷；冷却　［摘要］详细介绍了氯乙烯合成反应器庚烷循环冷却１　艺的工艺流程和技术特点，并简述了该工艺装鼍的开　车操作要点。　［中图分类号］ＴＱ３２５．３　［文献标志码］Ｂ　［文章编号］１（）０９—７９３７（２０ｌ（））０９—００１６—０４　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｖｉｎｙｌ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｈｅｐｔａｎｅ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｗ　Ｙｕｃ　ｈｕ，Ｌ　Ｌｉａｎｑｉｎ　（Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｔｉａｎｆｕ　Ｊｕｎ’ａｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｕｉｎｉｎｇ　６２９００６，Ｃｈｉｎａ）　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｎｙｌ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ｒｅａｃｔｏｒ；ｈｅｐｔａｎｅ；ｃｏｏｌｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｐａｔｈ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｖｉｎｙｌ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｓｙｎ－　ｔｈｅｓｉｓ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｈｅｐｔａｎｅ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｋｅｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏ　ｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　在传统的氯乙烯合成过程中，反应热均是通过　石蜡质量分数为３８％，环烷烃质量分数为２４％，香　热水循环于各个反应器的列管问而带走的，而庚烷　料质量分数为０．０５％，硫质量分数为２×１０～，不含　循环冷却工艺则是利用庚烷的汽化潜热，使庚烷循　游离水。在１０１．３　ｋＰａ下的蒸馏范围为９４￣９９℃，　环于各个反应器的管问，带走氯乙烯合成过程中的　１６０℃时的蒸气压为４７０～５００　ｋＰａ。庚烷极易燃　反应热。由于庚烷的汽化潜热较大，反应温度容易　烧，其蒸气与空气的混合物具有爆炸性，爆炸极限为　控制，反应平稳，转化率高；加之庚烷不与乙炔、氯化　１％～７％（体积分数）。　氢、氯乙烯等发生反应，反应器即使发生泄漏，也不　１．２工艺流程ⅢＪ　会对生产造成影响，因而可以保证生产高效、稳定运　原内蒙古海吉氯碱化工股份有限公司庚烷循环　行。　冷却工艺主反应、循环反应系统以及氯乙烯冷却、压　１原内蒙古海吉氯碱化工股份有限公司庚　缩单元流程见图１。　烷循环冷却工艺　乙炔和氯化氢经各自的流量控制回路，以接近　原内蒙古海吉氯碱化工股份有限公司庚烷循环　１：１的物质的量比在流量控制阀的下游混合，其目　冷却工艺是在引进荷兰约翰・布郎公司生产技术的　的是尽快稀释乙炔，缩小处理纯净干燥乙炔的危险　基础上，通过解决试生产过程中发现的问题，不断总　区。混合后的原料气流经主反应器预热器的管侧，　结经验，消化、吸收和二次自主创新而形成的。　被壳侧的中压蒸汽加热。主反应器预热器出口温度　１．１冷剂庚烷的组成及物理性质　通过蒸汽流量进行控制，根据主反应器中催化剂的　冷剂庚烷的组成如下：庚烷质量分数为３８％，　活性，其温度设定在１（）（）～１５０℃范围内。　＊［收稿日期］２０１０—０１—２８　［作者简介］吴玉初（１９４２～），男，高级工程师，１９６４年毕业于湖南大学化工系，曾在原上海天原化工厂工作，１９６６年　支援三线建设到原四川宜宾化工厂工作，现任四川天赋军安实业有限公司总工程师。　１６　第９期　吴玉初等：氯乙烯合成反应器庚烷循环冷却技术　经预热后的原料气进人主反应器。主反应器的　出。随着催化剂使用时间的延长，为提高催化剂的　进出口位置设置多个控制阀，使原料气可以从该设　利用率，可通过调节阀门变换原料气的进出口方向，　备的顶部或底部进入。当使用新催化剂时，原料气　使催化剂得以充分利用。　从主反应器的底部进入，产品从主反应器的顶部采　５　１～主反应器，　２　５００Ｘ　６　４４４；列管，垂５１×３　３００，１　２４５根；芯Ｈ＝１３　ｒｎ，Ｐ＝３．５　ｋＷ；　管，　１６×３　８１７，１　２４５根；　１３～循环反应器，　１　７２４×５　９１６；列管，　２５×３　３００，２　２４２根；　２～主反应器进料预热器，　３６６×６　４４４；　１４～压缩机分离罐，　１　８２４×５　２１２；　３一主反应器冷剂液位罐，　６１６×１　９１６；　１５～循环反应器冷剂液位罐，　６１６×１　９１６；　４－－主反应器冷剂加热器，垂２７３×３　８３２；　１６～循环反应器出料冷却器，　３６６　ｘ　５　４９９；　５一主反应器冷剂泵，　６１６×１　９１６，Ｑ＝３３　１７１　／ｈ，Ｈ＝１０８　ｒｎ，　１７～循环反应器进料预热器，　２１　９　Ｘ　５　２７７；　”＝３　９００　ｒ／ｍｉｎ，Ｐ＝３０　ｋＷ；　１８～压缩机后冷却器，垂１　０２４　Ｘ　６　１　５５；　６－－－反应器出料冷却器，中８２４×６　９３５；　１９～氯乙烯压缩机，Ｑ＝５　７１８　ｎ１　／１１，Ｐ＝４０　ｋＰａ（Ｇ），Ｐ＝６１４　７一主反应器冷却器；　ｋＷ；　８－－ｔ压缩机吸入过滤器，　１　２２０×１　８１１　２Ｏ～循环反应器冷却器；　９一反应器冷剂排气冷凝器，　３６６Ｘ　３　５９２；　２１～循环反应器冷凝器，　４６６×３　９０２；　１０反应器冷剂冷却器，垂３６６×３　５９２；　２２～尾气加热器，　２１９Ｘ　２　０７７；　１１一反应器冷剂罐，　２　７２８×９　６７８；　２３～排气冷凝器，　３６４×５　２１１；　１２一移动式庚烷泵（ＣＺ３２—１６０Ｅ），西６１６×１　９１６，Ｑ＝３　Ｉｎ　／ｈ，　２４～工艺尾气凝液受槽，　２　７２８×９　６７８。　图１主反应、循环反应系统以及氯乙烯冷却、压缩单元流程图　Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔ　ｃｙｃｌｉｃ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ＶＣＭ　主反应器为立式安装的管壳式换热器，催化剂　板，以保证催化剂不被漏掉或吹走。管的顶部和底　装入管中，冷剂庚烷在壳侧循环带走反应热。每根　部芯管的周围都安装１个特殊装置，以确保芯管在　管中配备１个端头封闭的内管（芯管），芯管的作用　管的中心、催化剂填充在管壁及芯管之间的空间里。　是防止产生大的径向温度梯度，消除催化剂在径向　６个为１组的铠装热电偶安装在主反应器的其他４　的不均匀失活。芯管定位于每根反应管的中心，固　根列管中，用以测定主反应器催化床的轴向温度分　定在圆形底盖的凸缘上。每台主反应器在顶部和底　布。每台主反应器的乙炔转化率控制在８５％～　部管板处都配备１个催化剂固定筛和格栅式填料压　９０％。　１７　聚氯乙烯　２０１０血　氯乙烯合成过程的反应热通过蒸发壳侧的庚烷　带走，主反应器壳侧的庚烷液位通过连续补充庚烷　维持，过量的庚烷溢流到主反应器冷剂液位罐，并通　过液位控制阀从罐中返回反应器冷剂罐。主反应器　庚烷液位由控制器控制，此控制器通过控制主反应　器冷剂液位罐的液位，进而实现对主反应器的液位　控制。　沸腾蒸发出来的庚烷蒸气在主反应器冷却器中　冷凝，并借重力作用返回主反应器的壳侧。主反应　器冷剂温度由壳侧压力控制，调节反应器壳侧压力，　即可控制反应器冷剂的温度。通过调节主反应器冷　却器空气流量或变频变速电动机改变风扇速度均可　控制主反应器的压力；每台主反应器冷却器的顶部　均安装远距离调节散热片，也可辅助进行庚烷的压　力控制。从主反应器冷却器和循环反应器冷却器出　来的未凝冷剂蒸气和惰性气体直接进入反应器冷剂　排气冷凝器，未凝冷剂在反应器冷剂排气冷凝器中　被壳侧的冷冻介质冷却，冷凝出的庚烷借重力作用　返回反应器冷剂罐，未冷凝的混合气则排空。　将从６台主反应器采出的物料汇入公用总管，　经过１个止回阀后，进入反应器出料冷却器，其他循　环物料经各自的止回阀后，也汇入反应器产品总管。　所有汇入总管的循环管道均安装止回阀，以防止液　体回流。汇入主反应器产品总管的循环物料有：①　氯乙烯压缩机排料口出料；②循环反应器出口管系　统压力控制阀出料；③工艺尾气凝液受槽用于控制　压缩机吸入温度的循环液体；④重组分汽提塔塔顶　蒸气。　由于汞和氯化汞在管道上沉积，频繁产生结垢，　故配有２台反应器出料冷却器，使用其中１台即可　维持正常生产，反应器出料冷却器为ｕ形管换热　器，物料走壳侧，冷却水走管侧。　物料经反应器出料冷却器冷却至４Ｏ℃后，进入　２台压缩机吸入过滤器，以除去粒径大于１０　ｐｔｍ的　固体颗粒。压缩机吸入过滤器上安装有差压指示　仪，以显示是否需要更换压缩机人口过滤器。物料　则进入压缩机分离罐，以防止夹带液体进入压缩机。　物料进入氯乙烯压缩机，将气体压缩至３７０～　４００　ｋＰａ（Ｇ），进入压缩机后冷却器。氯乙烯压缩机　为螺杆压缩机，并配有：①入口和排料口消音器；②　氮气密封系统（防止工艺气体和润滑油互串）；③润　滑系统。　物料经压缩机后冷却器冷却后，进入初级冷却　器，壳侧的一５℃初级冷剂将物料冷却至一２℃，冷　１　８　剂从初级冷剂罐经热虹吸进入初级冷却器壳侧。经　初冷后的物料进入二级冷凝器，被壳侧的冷剂冷却　至一１８℃后，进入轻组分汽提塔进料罐，未凝气分　离出来后进入循环反应系统。　装置设有２台循环反应器，用于将主反应器未　反应完的氯化氢和乙炔转化为氯乙烯，以提高反应　物的总转化率，循环反应器的转化率比主反应器要　低一些，一般为８０％～８５％。　循环反应器的结构与主反应器相似，只是比主　反应器小，采用小尺寸的列管，不设置芯管。列管中　填充的催化剂与主反应器填充的催化剂相同。与主　反应器相比，其操作压力较高，因为在高操作压力　下，物料的流速较小，催化剂中氯化汞损失较少，因　此未配备改变物料流向的设施。循环反应器中的反　应热通过与主反应器类似的庚烷蒸发系统带走。庚　烷的液位和压力控制系统与主反应器的控制系统相　同。　循环反应器的原料气是来自轻组分汽提塔进料　罐的未凝气。该原料气进入循环反应器进料预热器　被加热至１００～１５０℃后，进入循环反应器。从循环　反应器出来的物料分为２股：一股物料经系统压力　控制阀循环返回到反应器出料冷却器的入口管；另　一股物料则被送到循环反应器出料冷却器冷却至　４０℃后，进入循环反应器冷凝器继续冷却至一１８　℃，然后进入工艺尾气凝液受槽，冷凝液经系统流量　调节阀返回到反应器出料冷却器的进口或出口（根　据物料温度决定），未凝气体进人排气冷凝器，被壳　侧的冷剂深冷至一２４℃，以回收更多的氯乙烯，冷　凝液靠重力作用返回工艺尾气凝液受槽中。排气冷　凝器中的未凝气进入尾气加热器，被管侧的庚烷热　剂加热后进入尾气排放系统。加热的目的是防止尾　气经深冷后引起洗涤系统冻结。　１．３技术特点　（１）原料气要求严格、纯度高。　采用盐酸解吸得到的氯化氢经冷冻盐水冷却、　除雾和浓硫酸３段干燥，乙炔采用分子筛脱水干燥。　２种原料气含水量低，纯度高，在合成反应中以等物　质的量混合，氯化氢无需过量，能有效防止催化剂结　块和设备管道腐蚀，保证催化剂处于良好的反应状　态，这对反应器的平稳、高效运行十分有利，大大减　少了因设备管道腐蚀和触媒结块而造成的停车损　失。　（２）二段带压反应工艺。　取消了水洗、碱洗工序，没有盐酸回收装置，工　第９期　吴玉初等：氯乙烯合成反应器庚烷循环冷却技术　艺流程短，“三废”排放量少，减少了氯乙烯的溶解损　气仪表等是否齐全，位置是否正确。　（２）系统吹扫。　失。空间流速大，合成总转化率高达９９％以上，原　料消耗低，单台反应器的强度高，可达１３　０００　ｔ／ａ氯　乙烯，为国内其他类型反应器的数倍。　（３）催化剂采用高强度活性炭、高活性氯化汞和　助催化剂经特殊的加工工艺精制而成。　催化剂转化率高，选择性好，汞含量较低（含汞　质量分数８％～１０％），使用寿命长（可达１０　０００　ｈ），　安装或检修时可能有灰尘、泥沙、油污、破布、棉　纱等杂物留在设备及管道里，必须将其吹净，以免开　车后堵塞设备、管道、阀门。吹扫作业可以用空气或　氮气进行。　（３）气密性试验。　气密试验是避免设备、管道、阀门连接处在压力　消耗低（１　ｔ氯乙烯仅耗催化剂０．８　ｋｇ）。　（４）合成过程中的反应热采用庚烷循环冷却除　去，反应温度容易控制，反应平稳。　（５）氯乙烯精制采用特殊结构的筛板塔，精氯乙　烯杂质少、纯度高（氯乙烯质量分数可达９９．９９％以　上）。　（６）精馏尾气采用串级深度冷冻回收技术，氯乙　烯回收率高，污染小。　（７）氯乙烯采用活性氯化铝深层干燥，含水质量　分数可控制在２　Ｘ　１０　以下，能生产出与乙烯法相　媲美的高质量ＰＶＣ树脂。　（８）采用ＤＣＳ监控，自动化程度高，生产过程平　稳、安全、高效。　２　山东信发化工有限公司庚烷循环冷却工　艺　该工艺是中国成达工程公司在原内蒙古海吉氯　碱化工股份有限公司引进技术的基础上，结合实际　生产情况而设计的。反应器为国内开发的　３　０００　大型转化器，管内填装催化剂，管外用庚烷散热，反　应器采用大串联方式，前一组使用旧触媒，后一组使　用新触媒。工艺流程与原内蒙古海吉氯碱化工股份　有限公司工艺基本相同，但进行了２处改动：①由于　反应器冷剂罐位置较高，各反应器液位罐溢流出的　庚烷汇合在一个总管中，无法借重力自流到反应器　冷剂罐中，因此在总管中间加设了一个冷剂中间储　罐，然后再用泵将庚烷送到反应器冷剂罐中；②原内　蒙古海吉氯碱化工股份有限公司工艺中各反应器冷　却器都是用空气冷却的翅片换热器，投资大，能耗　高，换热效果差，操作控制麻烦，因此将其改为列管　式换热器，用工业水进行冷却。　该装置建成后，从试车和投产后的运行情况看，　反应器散热效果好，反应温度容易控制，反应过程平　稳，保证了生产顺利、稳定运行。　３开车操作要点　（１）系统检查。　按照工艺流程顺序检查各设备、管道、阀门、电　下发生泄漏，保证系统安全、正常生产的一项极为重　要的措施嘲。试验方法是：关闭系统进口和出口阀　门，以空气或氮气作为介质，向系统内注入６０　ｋＰａ　的压力，待各处压力均衡后进行检查，可用耳听、手　摸或肥皂水试漏，直至系统压力不再下降时为合格。　（４）排气置换。　由于新安装或大修后的设备、管道里充满了空　气，而空气与庚烷易形成爆炸性混合物，给生产带来　安全隐患，因此必须用氮气将空气置换干净，直至系　统内含氧体积分数４０．３％。　（５）系统开车。　①通知动力厂输送工业水、蒸汽，保持其压力恒　定。　②用移动式庚烷装料泵不断将庚烷从桶中注入　反应器冷剂罐中。　③进行热庚烷循环。　开启冷剂泵和冷剂加热器内蒸汽进出口阀，由　冷剂泵通过冷剂加热器将庚烷送人反应器，直至达　到工艺设定的液位和温度，并进行循环，等待反应器　开车。　④进行庚烷正常冷却循环。　反应器一经启动，就使其脱离热庚烷循环，进行　庚烷正常冷却循环，开启反应器冷剂冷却器进出口　水阀、反应器冷却器进出口水阀和排气阀，这时反应　器产生反应热，庚烷压力增加，当达到工艺控制要求　时，调节工业水进出口阀和排气阀的开度，根据工艺　要求的反应温度，把庚烷的压力控制在０￣３５０　ｋＰａ。　反应器的庚烷压力是根据反应器温度、转化率以及　催化剂的使用时间来控制的。操作过程中应密切注　意反应器庚烷控制器和反应器冷剂罐的液位，通过　移动式庚烷装料泵对其进行问歇补充。　［参考文献］　［１］吴玉初，刘大军，王宏义．内蒙古海吉氯碱化工股份有限　公司３项主要专利技术［Ｊ］．聚氯乙烯，２００７（１０）：１—４．　［２］王凤山．原料路线改变时长距离输送ＶＣＭ管道的动火　处理ＥＪ］．聚氯乙烯，１９９９（４）：４９—５１．［编辑：郝　晶］　１　９