氯乙烯生产工艺过程优化的研究
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摘 要：氯乙烯有多种生产方法，其中电石乙炔法合成工艺因具有原料多、工艺设备简单、投资低、收率高等优点，在我国得到广泛应用。现阶段，我国的氯乙烯生产技术在混合脱水、设备运行质量、压缩精馏等方面有了很大发展，但同国外的先进技术比较，还存在着一定的差距 。我分厂使用电石乙炔法生产氯乙烯，经过近几年的工艺过程优化研究并将研究成果应用到生产实践中，生产工艺运行质量得到很大提升，获得了很好的經济效益和社会效益。结合本单位氯乙烯生产过程的实际情况，阐述了在工艺过程优化方面采取的方法措施和开展的研究。
关键词：氯乙烯;工艺原理;工艺过程优化
1 氯乙烯生产工艺简述
分厂使用电石乙炔法合成工艺，将电石水解精制后的乙炔气和氯化氢合成氯乙烯[1]。乙炔与氯化氢按一定比例经过混合器混合后，经过一级和二级石墨冷却器冷却，依靠重力作用，除去大部分水分，再经过含有氟硅油的玻璃棉过滤捕集少量径粒很小的酸雾，得到含水分≤600×10-6混合气后，依次进入石墨预热器，加热到70～90 ℃后进入转化器中反应。转化器列管内装有以活性炭为载体的氯化汞催化剂，合成反应热通过转化器列管间的循环热水排出，粗氯乙烯气体经过除汞器，除去大部分的汞后，进入合成器、冷却器冷却后依次进入泡沫脱酸塔、水洗塔、碱洗塔脱除未参加反应的氯化氢等气体后进入气柜。粗制的氯乙烯气体经过压缩机压缩后，经过全凝器冷却，进入水分离器，由低沸塔进料泵，打入低沸塔除去乙炔气体和氮气等气体，再经过高沸塔分离出二氯乙烷，精馏后的氯乙烯储存在单体储槽中。
2 氯乙烯生产过程优化
2.1 优化工艺参数控制范围
在任何化工生产过程中，对于工艺参数的控制非常重要，在过程控制阶段要对数据进行分析，对数值进行偏差计算，防止出现异常问题[2]。氯乙烯生产过程分为转化、压缩和精馏3个阶段，分厂从这3个生产阶段不断窄化工艺参数的控制范围，使工艺控制过程更加精确，反应效率更高。转化阶段严格控制乙炔和氯化氢的配比，将乙炔和氯化氢的配比严格控制1.00∶1.05～1.00∶1.10，在不同的生产负荷下根据后台转化器出口、脱汞器出口和碱洗塔出口的乙炔含量，对配比作出适当调整。将热水预热器出口温度控制在85～90 ℃，通过控制转化器循环热水的循环量和转化器乙炔的进料量，将转化器反应温度控制在130～150 ℃，达到最佳的反应温度。新翻换的触媒使用初期，严格保证转化器上段反应温度不超过180 ℃，达到延长触媒使用时间和最佳反应效果的目的。精馏阶段将塔压差控制范围扩大到10～24 kPa;高沸塔控制压差扩大到15～30 kPa，适当增加压差，以保证两个塔的精馏效果。经过优化工艺参数控制范围，各生产单元的运行质量得到了大幅提升。通过乙炔转化率、氯乙烯合成收率、聚合收率等指标，对本班次的操作质量进行分析评价，对工艺参数的操作给出指导意见，及时修改工艺参数控制。
2.2 设计安装新设备，提高工艺运行质量
乙炔和氯化氢混合后，混合气体中含有水分，必须及时脱出，保证酸雾捕集器出口水分≤600×10-6。以前只配备了一台酸雾捕集器，长期使用后，会造成酸雾捕集器进出口压差增加，影响脱水效果。2018年大检修中，设计安装了一台酸雾捕集器，当使用的酸雾捕集器压差升高时，达不到有效脱出水分的目的，使用备用设备，不用停车更换滤芯，可以保证生产连续稳定运行。2017年设计安装了一台废碱液汽提塔，回收废碱液中的氯乙烯，不但有效地解决了废碱液中氯乙烯对环境的污染，而且回收的氯乙烯可以继续使用，降低了生产成本。
2.3 优化工艺控制过程，节能降耗
2.3.1 优化转化工段热水循环
我分厂转化工序有36台转化器，4台热水泵。由于乙炔与氯化氢加成反应生成氯乙烯的同时放出大量的反应热，热量通过转化器壳程的热水带走，2018年之前，我分厂采用热水泵进行大流量低温差换热，这种换热方式需要消耗大量电能。2018年，我分厂优化工艺，将转化器热水强制循环改为热水自循环工艺，此工艺由热水泵加压强制循环变为利用热水的重力差和转化器内热水吸热后的膨胀动能形成自然循环，热水温差小，流速低，对转化器内列管外壁冲击小，且转化器内反应温度波动小，有利于延长转化器和触媒的使用寿命，且动力消耗降低，转化器热水自循环配合两台热水泵就可以满足生产需要，热水泵由开三备一变为开二备二，耗电量显著降低，节能效果明显。
2.3.2 优化尾气变压吸附工艺
在电石法生产氯乙烯工艺中，按照10万t/年PVC的产能，每年排放掉的VCM>1 000 t，排放掉的标态乙炔气>120 000 m?，既造成了巨大的浪费，又严重污染环境，不利于能耗的降低。我分厂尾气处理采用变压吸附工艺，在2017年对变压吸附进行优化，更换吸附剂后，该工艺能耗降低，一些有压力的气源可以省去再次加压的能耗，而且产品纯度可以灵活调节，装置由计算机控制，自动化程度高，操作方便，可以实现全自动操作，开停车迅速，装置调节能力强，操作弹性大，氯乙烯和乙炔的回收率可达到99.9%，放空气体可达到国家环保合格排放标准：氯乙烯≤36 mg/m?、乙炔≤120 mg/m?。
2.3.3 粗氯乙烯中氯化氢的利用
为了有利于乙炔转化速率的提高，同时又不明显增加氯化氢的消耗和副产物，我分厂采用适宜的乙炔与氯化氢的物质的量比1.0∶1.1，这样，反应后合成气中就有初始用量10%的未反应氯化氢，这部分氯化氢经过泡沫塔、水洗塔后变为含汞废酸，为了减少环境污染以及回收废酸中的氯化氢，我分厂利用盐酸脱析装置，将废酸送脱析塔脱析出氯化氢，送回合成系统，脱析后质量分数为20%左右的稀盐酸返回泡沫塔作为吸收液循环利用，该工艺不仅可以有效地回收废酸中的氯化氢，减少含汞废酸的产量，还可提高水洗装置循环处理量，提高氯化氢吸收处理能力，减少相关设备负荷，确保水洗、碱洗装置经济高效运行。
2.4 优化控制方式
我分厂的自控调节阀采用PID控制，控制系统对实际的变量进行计算并进行调节，经过计算后，合理地对PID值进行设定，通过提高调节阀的调节效率来提升运行效率。分厂使用了异常情况记录分析系统。当操作中出现工艺异常时，系统会将出现异常情况的环节、时间、超出范围值等数据记录下来。要求对故障问题进行原因分析并及时消除故障。如果故障没有消除，生产线不能投入使用;当设备出现故障时，该系统会自动提取故障信息，提示进行维修。当故障清除后，提示设备处于备用状态，可以使用，保证生产安全。分厂为了提高安全运行水平，与仪表人员一起开展了故障检测系统的研究，以实时监测工艺运行情况。以前氯乙烯生产过程的故障诊断是人为判断为主，存在许多不可控因素。不能及时发现问题，或者出现问题时才能发现，这种对工艺问题诊断滞后的情况，对生产线的正常运行造成很大影响。经过研究，根据反应原理和工艺特点，合理地设置和配置在线监测系统能够快速预测事故问题，通过对系统的检测，发现异常点进行报警，提醒员工及时进行处理，可以保证工艺过程安全平稳运行，这项研究处于起步阶段，相信在不久的将来，会投入运行并会取得良好的效果。
3 结语
氯乙烯的生产工艺比较复杂，其中包含一系列的化学反应，涉及化学知识、动力学知识等。以电石法氯乙烯生产工艺为例，对氯乙烯生产过程的优化控制进行研究，做好氯乙烯的转化和精馏等工序的自动化生产及优化控制，从而确保氯乙烯成品质量符合标准和要求，对于氯乙烯生产质量的提升，起到一定的指导意义。
[参考文献]
[1]邴涓林，黄志明.聚氯乙烯工艺技术[M].北京：化学工艺出版社，2008.
[2]郑石子，颜才南，胡志宏，等.聚氯乙烯生产与操作[M].2版，北京：燃料化学工业出版社，2007.
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