电石法氯乙烯生产过程中的能量综合利用

电石法氯乙烯生产过程中的能量综合利用

邱蓉

新疆圣雄股份有限公司氯碱厂   838100

摘要：随着社会的发展，各个行业都在不断进步。电石法聚氯乙烯生产工艺是用电石水解产生的乙炔气体和前烧碱工序产生的氯化氢气体混合进行反应生成氯乙烯，再经压缩、精馏获得高纯氯乙烯，供聚合、干燥工序生产聚氯乙烯树脂。在氯乙烯生产中，乙炔和氯化氢以1∶1.05～1∶1.1的比例混合后进入转化器。在转化工序的联锁程序中，氯化氢总管流量和乙炔总管流量比值高高或是低低、氯化氢管道出现反向差压都会联锁氯化氢总管和乙炔总管切断阀关闭。提高氯乙烯转化工序运行的稳定性，具有维护企业生产安全稳定，保证企业设备和人员安全的重要意义。

关键词：电石法氯乙烯；生产过程；能量综合利用

引言

为进一步削减电石法聚氯乙烯生产单位产品用汞量，各触媒厂家、科研单位着手推广无汞触媒工业化用于电石法氯乙烯合成，氯碱企业受限汞令的要求，纷纷开展无汞触媒试验，但对触媒性能评价缺少一个统一、合适的通用方法。

1无汞触媒试验评价

1.1原料气的质量

电石法氯乙烯合成主要原料气是氯化氢和乙炔，在氯化氢、乙炔生产过程中不可避免有杂质带入，使原料气纯度下降。水分过高会造成触媒结块，堵塞触媒通气空间、转化器阻力升高，同时形成的盐酸浸渍在触媒中不利于氯化氢气体的吸附，还会与转化器反应生成氯化亚铁和氢气，氢气的强还原性会将触媒活性组分金属离子还原至低价态从而失去活性，另外水分含量过高会与乙炔气体形成高沸物乙醛，降低催化目标产物。氧气除了对反应体系存在安全风险，还可以和触媒的载体活性炭发生氧化还原反应，生成一氧化碳和二氧化碳，使得触媒载体骨架减少、蚕食，整体床层下移，触媒寿命锐减。磷化氢、硫化氢、砷化氢等毒性物质的存在会对触媒造成不可逆的中毒反应，主要表现为吸附在触媒活性炭孔道中，无法脱附，造成触媒永久性失活，降低触媒整体寿命。另外硫、磷、砷等阴离子和前驱体金属阳离子反应生成无活性的盐，也会造成触媒活性降低。所以，采用冷凝脱水后还可增加分子筛、浓硫酸脱水，进一步降低混合气含水至100×10-6以下甚至更低，同时控制好乙炔精制工艺，减少各种杂质成分的带入，采用多种组合工艺技术提高混合气的质量。

1.2换热体系的影响

电石法合成氯乙烯主反应是乙炔和氯化氢等摩尔比的不饱和烃的亲电加成反应，是一个强放热的过程。副反应是氯乙烯单体的双键与过量的氯化氢、杂质硫磷等继续加成反应。根据反应热力学和动力学理论，新物质的生成需要达到其对应能垒。因此，反应体系中温度过高或过低都会对反应产物造成影响，副反应的发生可能会抑制主要反应的进行或者与主反应产生竞速效应，造成目标产物的下降。温度过低，反应活化能不足，初始反应阶段速率慢，乙炔转化率低；反应温度过高，大量重组分生成，造成精馏工序负荷增加，并且会加速活性组分金属的失活等，从而降低触媒催化活性。温度的变化对触媒性能和寿命都会产生影响。

2氯乙烯转化工序稳定性差的原因分析

2.1氯化氢流量测量装置精度低、易故障

进入转化工序的氯化氢气体是由前烧碱工序生产的，因工艺特点，前工序生产的氯化氢气体含有少量水分，输送至转化工序的氯化氢管道一般都采用PVC、PE等耐腐蚀材质。目前行业针对此工艺状况，氯化氢气体的测量大都采用孔板流量计，取压方式为法兰取压。孔板采用PVC材质，孔板法兰、取压短管采用与管道同材质，安装时将孔板法兰与管道焊接连接。采用PVC材质的孔板，受材质和加工工艺的影响，孔板易老化变形且测量精度低，而且这种测量方式连接处泄漏点多，容易发生氯化氢泄漏事故且不易检修维护。在使用过程中，取压短管受环境温度变化的影响易老化，加之本身比较细，时常出现取压短管断裂，导压管连接处泄漏等故障，引起测量波动，导致整个生产系统联锁停车，造成经济损失，威胁安全生产。

2.2氯化氢反向差压测量不准确

在氯化氢气体和乙炔气体混合过程中，当出现氯化氢上游来料流量低或乙炔气上游装置乙炔压缩机回流系统压力调节回路失效造成乙炔系统压力升高的非正常工况时，如若处理不及时便会出现乙炔气逆流至氯化氢管线的情况，危及生产安全和造成经济损失。为了检测乙炔气体是否出现逆流情况，通过测量氯化氢孔板前后的差压来判断。在节流孔板前后各安装一台压力变送器，当出现乙炔气逆流现象时，孔板后的压力值大于孔板前压力值，发出报警信号，延时数秒后联锁投入，氯化氢总管、乙炔总管切断阀关闭。但在实际测量中，因氯化氢管道压力低，一般为几千帕，对测量仪表的要求较高。安装在孔板前后的两台压力变送器因安装位置不同，特别是安装在室外，受环境影响大，容易出现测量偏差，造成差压值测量不准确，出现误报警甚至导致联锁停车。而且这种测量差压的方式需要对两台压力变送器的测量值做差值，单台出现故障或是测量不准确，都会影响差压值，测量稳定性差。

3控制措施

3.1氯乙烯单体质量的控制

采用固碱干燥器对氯乙烯脱水，其原理是利用固碱的吸水性吸收氯乙烯单体中的微量水分，再利用密度差分离吸收的水分。电石法氯乙烯单体中主要杂质为乙炔、１，１－二氯乙烷等，北元化工氯乙烯单体质量控制指标如下：氯乙烯质量分数≥99.99％、乙炔质量分数≤0.0002％、高沸物质量分数≤10×10－6，含水质量分数≤600×10－6。

3.2聚合温度的控制

聚合釜釜温与夹套循环水上水管道上的自动阀门、釜顶冷凝器循环水上水管道上的自动阀门联锁，通过调节循环水流量来控制釜温平稳。SG５型PVC树脂反应温度在57.0～58.0℃，反应压力控制在0.845～0.895MPａ。在聚合反应开始1h前，聚合釜的釜温通过夹套循环水上水管道上的自动阀门与釜温联锁调控；在聚合反应1h后，根据聚合反应放出的热量，联锁打开釜顶冷凝器排氮阀门、釜顶冷凝器循环冷却水上水阀门，使釜顶冷凝器按照放热负荷投入使用，保证聚合反应热被均匀稳定地移走。

3.3引发剂品质的控制

为提高现有聚合釜生产能力，PVC生产企业普遍采用复合引发剂，以缩短聚合周期。以生产SG5型PVC树脂为例，采用有机过氧化物过氧化新癸酸叔丁酯（TX－23）和过氧化新癸酸异丙苯酯（TX－99）两种引发剂复合使用，使聚合反应更加平稳，减少粗料、爆聚、聚合拖尾现象等情况的发生。

4发展方向

（1）从当前的PVC行业发展来看，已经到了一个全新的高质量发展阶段，这就要求在其未来的发展过程中，重点放在优化产业结构调整、发展下游产品，提高产品质量和用途，推动产业向高端化、绿色化、智能化、融合化发展方向迈进，进一步提升产业能级，全力推进高质量发展，提升PVC产业的发展速度和高度。

（2）PVC行业加快创新优化、转型升级步伐，向安全稳定、自动连续、大型规模的方向发展，进一步降低生产成本，改进产品品质，以适应绿色环保、市场需求和行业高质量发展的趋势。

（3）PVC产品要降低消耗，向高质量、高纯度、高热稳定性、多种用途的发展方向。

（4）受新冠疫情及全球经济衰退的影响，与大气治理和安全等环保因素影响，开发高科技技术含量的产品就成为PVC企业生产的主要发展方向。因此，建设具有清洁、环保、特种、高效的PVC化工生产企业将是行业发展的必然趋势。

结语

为针对氯乙烯转化工序运行不稳定的常见问题给出的技术解决方案，其中氯化氢流量测量装置材质和结构形式改进方案结构简单、易于实现，并可以从根本上解决老化、断裂、腐蚀等问题，同时该方法也适用于其他大口径小差压腐蚀性气体的测量，对此工况的流量仪表选用安装有很大的指导意义。

参考文献

［１］黄刚.聚氯乙烯质量的影响因素与控制措施［Ｊ］.化工管理，２０１９（２８）：２０－２２.

［２］马忠英.试述聚氯乙烯产品质量的影响因素及改进措施［Ｊ］.化工管理，２０１９（１８）：４１－４２.