梁建平 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

周 喬 四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 成都 610225

聚氯乙烯為主要通用塑料品種，產(chǎn)量僅次于聚乙烯和聚丙烯［1］。近年來，國內(nèi)聚氯乙烯的需求量和生產(chǎn)能力一直保持較快增長。聚氯乙烯的聚合單體氯乙烯主要有電石乙炔法和乙烯法兩種生產(chǎn)工藝，國內(nèi)主要采用電石乙炔法。

在電石乙炔法氯乙烯裝置中，脫水后的粗氯乙烯含有乙炔等低沸物和二氯乙烷等高沸物，需通過精餾除去低沸物和高沸物，得到供聚合用的氯乙烯成品。在國內(nèi)傳統(tǒng)的乙炔法氯乙烯工藝中，低沸塔和高沸塔操作壓力較低，相應(yīng)的塔頂溫度也較低，兩個塔的塔頂冷凝器采用的冷卻介質(zhì)為5℃冷凍水，需消耗大量的能量。

通過模擬計算，適當(dāng)提高精餾塔的操作壓力，并對精餾塔的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)乙炔法氯乙烯的高壓精餾工藝。在氯乙烯高壓精餾工藝中，低沸塔和高沸塔的塔頂溫度提高后，兩個塔的塔頂冷凝器采用循環(huán)水冷凝工藝物料，達(dá)到節(jié)能目的。

1 操作壓力對精餾的影響

提高精餾塔的操作壓力，塔頂冷凝溫度會升高，從而可以用循環(huán)水替代冷凍水。但操作壓力提高后，也會減小各組份的相對揮發(fā)度［2］，增加分離難度。通過模擬計算，分析操作壓力對各操作參數(shù)的影響，以選擇合適的操作參數(shù)。

1.1 對塔頂冷凝溫度的影響

通過模擬計算得到低沸塔和高沸塔塔頂冷凝溫度與操作壓力的關(guān)系，分別見圖1和圖2。

隨著操作壓力的提高，塔頂冷凝器的溫度也會升高。國內(nèi)傳統(tǒng)的氯乙烯精餾工藝中低沸塔操作壓力為6.5bar(A)或更低，對應(yīng)的塔頂冷凝器溫度不高于32℃;高沸塔操作壓力為5bar(A)，對應(yīng)的塔頂冷凝器溫度為34℃。傳統(tǒng)工藝精餾塔頂冷凝器不能采用循環(huán)水冷卻，只能用冷凍水。從圖中可以判斷，只需略微提高精餾塔的操作壓力，使低沸塔和高沸塔塔頂冷凝溫度達(dá)到約40℃，塔頂冷凝器就可以采用循環(huán)水冷卻。在環(huán)境溫度比較低的北方，特別是在冬季，循環(huán)水的溫度比較低，精餾塔的操作壓力可以適當(dāng)?shù)牡鸵恍?/p>

圖1 低沸塔塔頂冷凝溫度與操作壓力的關(guān)系

圖2 高沸塔塔頂冷凝溫度與操作壓力的關(guān)系

1.2 對精餾塔回流比的影響

提高操作壓力后，各組份的相對揮發(fā)度會變小，所以在達(dá)到相同的分離要求且塔板數(shù)不變的前提下，精餾塔的回流比會增加。

通過模擬計算得到低沸塔蒸出率與操作壓力的關(guān)系見圖3;高沸塔回流比與操作壓力的關(guān)系見圖4。

圖3 低沸塔蒸出率與操作壓力的關(guān)系

圖4 高沸塔回流比與操作壓力的關(guān)系

當(dāng)提高操作壓力后，低沸塔的蒸出率會增大;高沸塔的回流比則需提高。

2 精餾參數(shù)的選擇

2.1 操作壓力

通過操作壓力與塔頂冷凝器溫度關(guān)系的分析，為了使塔頂冷凝器能采用循環(huán)水冷卻，選擇適當(dāng)?shù)牟僮鲏毫Γ沟玫头兴透叻兴斃淠郎囟冗_(dá)到約40℃。

2.2 塔板數(shù)

從操作壓力對精餾塔回流比的影響分析可以看出，提高操作壓力后，如維持精餾塔塔板數(shù)不變，需增大回流比，從而增加精餾塔的熱負(fù)荷。為了不增加精餾塔熱負(fù)荷，需適當(dāng)增加塔板數(shù)。

低沸塔蒸出率與塔板數(shù)的關(guān)系見圖5;高沸塔回流比與塔板數(shù)的關(guān)系見圖6。

圖5 低沸塔蒸出率與塔板數(shù)的關(guān)系

圖6 高沸塔回流比與塔板數(shù)的關(guān)系

從模擬數(shù)據(jù)分析，低沸塔的理論塔板數(shù)由原來的15增加到18，其蒸出率即可保持不變;高沸塔的理論塔板數(shù)由原來的15增加到20，其回流比也不需要增大。

3 應(yīng)用效果

氯乙烯高壓精餾工藝已在國內(nèi)多套乙炔法氯乙烯裝置中應(yīng)用，這些裝置已穩(wěn)定運行多年，精餾塔生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計要求。與國內(nèi)傳統(tǒng)的氯乙烯精餾工藝比較，氯乙烯高壓精餾工藝具有更優(yōu)異的特點。

3.1 節(jié)能

高壓精餾的主要優(yōu)點是節(jié)約了大量的冷凍水。以配套400kt/a PVC的氯乙烯裝置進(jìn)行計算，每年節(jié)約的冷凍水冷量為6.64×1010kcal，若以冷凍水冷量折電耗系數(shù)為0.25粗略估算，每年可節(jié)約電1.93×107kWh。

3.2 省投資

由于取消了精餾裝置冷凍水，氯乙烯裝置和PVC裝置共用的冷凍裝置能力也減少，減去精餾塔增加塔板數(shù)而增加的投資，總共可節(jié)約投資約500萬元。

3.3 對精餾塔清洗周期無明顯影響

在乙炔法氯乙烯精餾過程中，精餾塔內(nèi)存在自聚現(xiàn)象。高壓精餾工藝中，精餾塔內(nèi)操作溫度升高，可能會加劇塔內(nèi)的自聚，從而縮短塔盤的清洗周期。但多套裝置的運行數(shù)據(jù)表明，高壓精餾塔內(nèi)自聚現(xiàn)象并沒有明顯變化，低沸塔和高沸塔的清洗周期與傳統(tǒng)工藝完全相同。

1 李群生，于 穎，郭增昌.氯乙烯精餾工藝流程的模擬計算及技術(shù)改造 ［J］.石油化工，2102，41(7):820－824.

2 吳俊生，邵惠鶴.精餾設(shè)計、操作和控制［M］.北京:中國石化出版社，1997.