張學坤

[摘 要]二氯乙烷是氯乙烯單體的重要生產(chǎn)原料，主要有直接氯化法、平衡氧氯化法等。本文以乙烯直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程為研究對象，對過程中的熱力學進行分析，認清乙烯直接氯化過程本質(zhì)，挖掘節(jié)能潛力，降低能耗，優(yōu)化二氯乙烷過程中的熱力學效率，達到節(jié)能降耗目的。

[關(guān)鍵詞]氯化法；二氯乙烷；乙烯；熱力學；對外做功

中圖分類號：TQ222.23 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）41-0272-01

就國內(nèi)外來看，二氯乙烷生產(chǎn)采用乙烯直接氯化法是世界二氯乙烷生產(chǎn)的主要方向，人們關(guān)注二氯乙烷生產(chǎn)的同時，也更加關(guān)注過程中的節(jié)能降耗問題。為此，基于熱力學分析方法和依據(jù)，分析了乙烯直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程中的理想功、有效能等具體情況，然后提出了節(jié)能降耗方法，優(yōu)化二氯乙烷生產(chǎn)過程。

二、乙烯直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程中的理想功分析

分析乙烯直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程中的理想功，主要分為兩種情況，具體情況如下：

第一種情況：原料、產(chǎn)品在25攝氏度和狀態(tài)下，理想功。

第二種情況：典型生產(chǎn)狀態(tài)下的理想功。這一種狀態(tài)下的原料、產(chǎn)品都處于不同溫度條件。當達到100%轉(zhuǎn)化率時，生成的選擇性為99.5%。同時，加入適量的，防止處于爆炸限外。在這一生產(chǎn)過程中，理想功。

在以上兩種情況下，二氯乙烷生產(chǎn)過程中理論上都會對外作功，而且第一種狀況時的理想功為原料、產(chǎn)品的化學有效能之差。但是實際生產(chǎn)時，由于分離過程能耗及一些不可逆轉(zhuǎn)損失等，不僅不能對外作功，反而會消耗一定的能量。基于此，對二氯乙烷生產(chǎn)過程熱力學進行分析，找到降低過程能耗的有效方法。

三、乙烯高溫直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷過程中的熱力學分析

乙烯直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷的方法有高溫直接氯化法和低溫直接氯化法，其中高溫直接氯化法流程簡單，反應熱利用效率高，有一定節(jié)能效果。在這里，利用Vinnolit公司推出的高溫直接氯化法進行二氯乙烷生產(chǎn)，其工藝流程具體為：將氯氣放入反應設備的噴射器內(nèi)，在循環(huán)二氯乙烷中溶解。乙烯經(jīng)過分布器后，與溶解了氯氣的循環(huán)二氯乙烷一同進入反應設備的混合器內(nèi)，受催化劑影響，氯氣與乙烯直接發(fā)生反應，生成二氯乙烷?；谶@一生產(chǎn)工藝，對高溫直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷過程中的有效能利用率進行分析計算，評價有效能利用的高低。

（一）基礎數(shù)據(jù)

有效能利用分析要用到的數(shù)據(jù)包括基準物質(zhì)的熱力學數(shù)據(jù)、輸入物流的工藝參數(shù)和熱力學數(shù)據(jù)、輸出物流的工藝參數(shù)和熱力學數(shù)據(jù)等。

（二）有效能利用率計算與分析

利用乙烯高溫直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷，過程中的有效能計算利用前文提及的相關(guān)計算公式。結(jié)果分為兩種情況，第一種是含有化學有效能，第二種是沒有化學有效能，分別為87.7%和2.35%。

從計算結(jié)果可以看出來，有效能利用率高低與所選用的環(huán)境條件、基準等密切相關(guān)。雖然計入化學有效能的利用率達到了87.7%，看上去很高，但是實際上當把二氯乙烷作為產(chǎn)品時，有效能利用率是比較低的，損失掉的有效能高達。之所以有如此高的有效能損耗，主要原因如下：

第一，化學反應的不可逆轉(zhuǎn)性。乙烯高溫直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷是一個快速、非均相的反應過程，由于這一過程的不可逆轉(zhuǎn)性，產(chǎn)生了大量的有效能損失，在整個有效能損失中占比一半以上。

第二，沒有充分利用低溫位熱能。高溫直接氯化反應過程中，反應終溫達110攝氏度，壓力。閃蒸發(fā)后，溫度降低到99攝氏度，此時形成了兩種低溫位熱源。其中，110攝氏度下的熱源利用冷卻水進行冷卻處理，99攝氏度下的熱源利用冷卻水進行冷凝處理，兩種低溫位熱源都沒有得到充分利用，進而產(chǎn)生了一定有效能損失，約在總損失中占比1/5左右。

第三，循環(huán)比較高，使有效能利用率下降。由于氯氣、乙烯在二氯乙烷中的溶解率比較低，常溫下溶解根本達到生產(chǎn)要求[1]。為保證溶解效果，一般都采用比較高的循環(huán)比，高溫直接氯化法的循環(huán)比就很高，約120左右。在如此高的循環(huán)比下，需要輸入更多的能量，進而引起有效能利用率降低。

四、乙烯高溫直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程中的節(jié)能降耗方法

（一）充分利用低溫位物流熱能

經(jīng)過以上分析可知，乙烯高溫直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程中產(chǎn)生了兩個低溫位物流熱能，由于不超過140攝氏度，不能進行低壓蒸氣再做功，所以只能將其作為加熱介質(zhì)?；诖耍淖兎磻獥l件和閃蒸條件，以形成不同溫位和的壓力的閃蒸氣，并在蒸氣與環(huán)境間安裝卡諾熱機，促進低溫位熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，進而降低有效能消耗。但是以現(xiàn)有技術(shù)條件看，還無法改變反應不可逆轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量消耗影響，所以這一節(jié)能設想只是理論上，有待加強技術(shù)研究。

（二）采用化工靜態(tài)混合技術(shù)

為提高有效能利用率，采用化工靜態(tài)混合技術(shù)，這是一種先進的管式反應技術(shù)，以靜態(tài)混合反應器為核心[2]。將該種技術(shù)應用于乙烯直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷過程中，能夠強化傳質(zhì)傳熱，促進乙烯直接氯化反應，控制副反應。根據(jù)實驗結(jié)果顯示，采用化工靜態(tài)混合技術(shù)時，輸入功耗、循環(huán)液冷卻和閃蒸氣冷凝的熱損失情況都有所改善，提高了1%左右。目前，化工靜態(tài)混合技術(shù)已經(jīng)比較成熟，其應用于乙烯直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷是可行的，能降低過程中的有效能損失率，提高有效能利用率。

五、結(jié)論

經(jīng)過以上內(nèi)容分析，得出以下結(jié)論：

第一，乙烯高溫直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷時，計化學有效能情況下的有效能利用率為87.7%，不計化學有效能情況下的有效能利用率為2.35%。

第二，二氯乙烷生產(chǎn)過程有效能損失的主要原因包括三個方面：化學反應過程中的不可逆轉(zhuǎn)性、低溫位熱能未充分利用、高循環(huán)比等。

第三，結(jié)合有效能損失原因，提出采用化工靜態(tài)混合技術(shù)和利用低溫位熱源等節(jié)能措施。其中，化工靜態(tài)混合技術(shù)的節(jié)能措施是可行的，能提高1%左右。而低溫位熱源利用研究還不成熟，有待進一步研究，所以目前不建議采用這種節(jié)能措施，應當采用技術(shù)條件比較成熟的化工靜態(tài)混合技術(shù)，能達到提高有效能利用率的效果。

參考文獻

[1] 吳協(xié)舜.干氣直接氯化制備二氯乙烷的工藝開發(fā)[D].華東理工大學，2012.

[2] 劉云龍.年產(chǎn)5000噸1，1，2-三氯乙烷生產(chǎn)工藝設計[D].江西師范大學，2015.endprint