呂彥玲,肖國營
(唐山三友氯堿有限責任公司,河北 唐山 063305)
唐山三友氯堿有限責任公司采用列管式氯乙烯合成轉化反應器,由混合器出來的混合氣體進入轉化器,使乙炔和氯化氫合成轉化為氯乙烯,此反應放出大量的熱且不易傳遞出來,使列管中心部位溫度最高。在操作過程中觸媒局部過熱,氯化汞容易升華。依據(jù)觸媒中氯化汞升華曲線,當120 ℃以下時,氯化汞升華輕微;溫度達到180 ℃以上時,氯化汞升華嚴重,造成觸媒失活,副反應速度加快,使高廢物增加,給后續(xù)精餾工序增加負荷。因此,如何降低轉化器列管中心部位的溫度,提高轉化器的傳質、傳熱效率是目前亟待解決的課題[1]。
常規(guī)轉化器主要由筒體、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分組成。列管內裝滿以活性炭為載體的氯化汞催化劑。轉化器的管程工作介質為氯化氫、氯乙烯、乙炔、氯化汞、活性炭,壓力為0.07 MPa,溫度為(170±10)℃;殼程工作介質為水,壓力為0.32 MPa,溫度為(99±2)℃[2]。在列管內,氯化氫和乙炔在氯化汞觸媒催化作用下合成氯乙烯,該反應會放出大量的熱,列管中心溫度最高可達170 ℃。殼程采用去離子水循環(huán)帶走反應熱。
該公司40萬t/a PVC 工程轉化器規(guī)格及產能見表1。
一期、二期工程的轉化器使用的列管為?57 mm,其內徑較大,轉化過程中的反應熱不能及時移除,導致列管中心溫度高,觸媒容易升華,縮短觸媒的使用壽命,限制了轉化器能力的發(fā)揮。
為進一步提高轉化器的生產能力和轉化效率,降低觸媒溫度,該公司三期、四期工程分別采用列管尺寸為?45 mm 和?51 mm 的轉化器。運行結果表明,小列管轉化器的傳熱效果較好,反應溫度較平穩(wěn),但列管尺寸過小會造成觸媒的填裝困難,與管程介質大比表面積的接觸也不容易實現(xiàn)[3]。
表1 轉化器的規(guī)格及產能
常規(guī)轉化器升級改造成新型轉化器結構,不改變原常規(guī)轉化器的任何結構尺寸,在原轉化器運行現(xiàn)場即可完成。與常規(guī)轉化器相比,新型轉化器的總體結構、外形尺寸、列管尺寸、列管數(shù)量、列管長度等都沒有變化,主要特征就是在現(xiàn)有轉化器的列管內設置高效節(jié)能核心構件—桿芯。
常規(guī)轉化器列管內氣體呈柱狀流動,管內徑向溫度梯度較大,新型轉化器列管內氣體呈環(huán)形流動,其列管內的流場和溫場都發(fā)生了巨大的變化,改善了反應熱的徑向分布狀況。改造后新型轉化器列管中心溫度有所降低,提高了氣液的傳熱、傳質效率,從而提高了轉化器的生產能力。
將二期前臺10#、后臺10# 轉化器改造成新型轉化器,氣相出口管道增加孔板流量計,在二期前臺11#、后臺11# 常規(guī)轉化器氣相出口管道增加流量計。控制新型轉化器和常規(guī)轉化器溫度及混合氣通量,進行兩者產能(即流量)對比。按照《轉化器更換觸媒操作法》 將前后臺轉化器分別更換為相同活性(統(tǒng)一新舊、統(tǒng)一性能)的觸媒。并對轉化器進行干燥、置換、氣密等工作,至轉化器備用。按正常轉化器投用法,將轉化器熱水調整至無動力循環(huán),打開轉化器氣相出口閥門,微開轉化器進氣閥門,前臺轉化器溫度達到130~160 ℃,后臺轉化器溫度達到130~140 ℃,同時觀察該轉化器回水溫度不能超過106 ℃。正常運行過程中,不斷調節(jié)進氣流量,保證2個前(后)臺轉化器溫度一致,并記錄各自的瞬時流量,判斷各自的通量大小和能力。運行結果見表2。
(1)運行數(shù)據(jù)表明,在使用過程中改造后的新型轉化器較常規(guī)轉化器的反應狀態(tài)平穩(wěn),且單臺產能(氣體流量)比常規(guī)轉化器有很大的提高;
表2 新型轉化器與常規(guī)轉化器運行數(shù)據(jù)比較
(2)從觸媒使用壽命來看,新型轉化器的觸媒使用時間較長,后臺11# 發(fā)生器觸媒的使用時間為3 475 h,后臺10#發(fā)生器觸媒使用時間為4 715 h。
此外,新型轉化器在運行過程中也存在著不足,由于列管內多安裝一根芯桿,倒換觸媒時不順暢,增加了觸媒裝卸操作人員的工作量及裝卸時間。
新型轉化器的創(chuàng)新點是在轉化器的列管內裝有同心芯桿,在不改變原轉化器的任何尺寸的情況下,提高轉化器的產能。實際運行表明,該新型轉化器相對于常規(guī)轉化器,傳熱效果好,列管內徑向溫度分布大大改善,不易產生高溫熱點,反應溫度平穩(wěn);生產能力大,單臺生產能力理論可提高50%,乙炔轉化率穩(wěn)定,列管中心溫度低,在同等產能情況下觸媒使用壽命延長。此轉化器的改造,經濟效益和社會效益顯著,應用前景廣闊。無論是老設備的更新改造還是新、擴建項目工程,采用該新型轉化器都將帶來巨大的效益。
[1]陳迎剛,趙 峰,霍中德.氯乙烯合成轉化器影響因素的分析與改進.中國氯堿,2011(8):18-20.
[2]王書芳,白素榮.氯堿化工生產工藝.北京:化學工業(yè)出版社.1995:7-79.
[3]劉紅松.大型轉化器在PVC生產中的應用.聚氯乙烯,2009,37(9):31-32.