楊蓉蓉

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(yōu)點，在我國得到廣泛應用。現(xiàn)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(fā)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(huán)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(yōu)化

2.1? 優(yōu)化工藝參數(shù)控制范圍

在任何化工生產過程中，對于工藝參數(shù)的控制非常重要，在過程控制階段要對數(shù)據(jù)進行分析，對數(shù)值進行偏差計算，防止出現(xiàn)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(shù)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(jù)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(huán)熱水的循環(huán)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(yōu)化工藝參數(shù)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(shù)的操作給出指導意見，及時修改工藝參數(shù)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(xù)穩(wěn)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(huán)境的污染，而且回收的氯乙烯可以繼續(xù)使用，降低了生產成本。

2.3? 優(yōu)化工藝控制過程，節(jié)能降耗

2.3.1? 優(yōu)化轉化工段熱水循環(huán)

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(yōu)化工藝，將轉化器熱水強制循環(huán)改為熱水自循環(huán)工藝，此工藝由熱水泵加壓強制循環(huán)變?yōu)槔脽崴闹亓Σ詈娃D化器內熱水吸熱后的膨脹動能形成自然循環(huán)，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(huán)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?yōu)殚_二備二，耗電量顯著降低，節(jié)能效果明顯。

2.3.2? 優(yōu)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(tài)乙炔氣>120 000 m3，既造成了巨大的浪費，又嚴重污染環(huán)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(yōu)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(jié)，裝置由計算機控制，自動化程度高，操作方便，可以實現(xiàn)全自動操作，開停車迅速，裝置調節(jié)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(huán)保合格排放標準：氯乙烯≤36 mg/m3、乙炔≤120 mg/m3。

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?yōu)楹瘡U酸，為了減少環(huán)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(tǒng)，脫析后質量分數(shù)為20%左右的稀鹽酸返回泡沫塔作為吸收液循環(huán)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(huán)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(yōu)化控制方式

我分廠的自控調節(jié)閥采用PID控制，控制系統(tǒng)對實際的變量進行計算并進行調節(jié)，經過計算后，合理地對PID值進行設定，通過提高調節(jié)閥的調節(jié)效率來提升運行效率。分廠使用了異常情況記錄分析系統(tǒng)。當操作中出現(xiàn)工藝異常時，系統(tǒng)會將出現(xiàn)異常情況的環(huán)節(jié)、時間、超出范圍值等數(shù)據(jù)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(xiàn)故障時，該系統(tǒng)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(tài)，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(tǒng)的研究，以實時監(jiān)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(fā)現(xiàn)問題，或者出現(xiàn)問題時才能發(fā)現(xiàn)，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(jù)反應原理和工藝特點，合理地設置和配置在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠快速預測事故問題，通過對系統(tǒng)的檢測，發(fā)現(xiàn)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(wěn)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(yōu)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(yōu)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(yè)出版社，2007.