15万吨年氯乙烯精馏工段回收塔的设计 下载本文

1)接触机会:在氯乙烯和聚氯乙烯的生产过程中,都有接触氯乙烯的可能,尤其是生产聚氯乙烯的聚合釜的清理,清釜工的慢性氯乙烯中毒可能性最大。应用聚氯乙烯树脂或含有氯乙烯的共聚物熔融后制作各种塑料制品时,释放出氯乙烯单体,有时作业环境空气中的氯乙烯浓度很高,极易引起中毒。

2)中毒临床表现:急性中毒。轻度中毒时,病人出现眩晕、头痛、恶心、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等;严重中毒者,神志不清,或呈昏睡状,甚至昏迷、抽搐,更严重者会造成死亡。

1.4.2 急性中毒现场处理

1)皮肤接触立即脱去被污染的衣着,用肥皂水和流动清水彻底清洗皮肤,并就医。 2)眼睛接触立即提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗,并就医。

3)吸入迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给吸氧。呼吸及心跳停止者,立即进行人工呼吸和心脏挤压术,并就医。 1.4.3 预防措施

1)设备密闭氯乙烯制造和聚氯乙烯制造过程中,都必须做好管道的密闭。注意设备的维修和保养,杜绝跑、冒、滴、漏。

2)清釜一改以往聚合釜人工清釜,一釜一清,清釜工要接触大量氯乙烯。技术改造后,聚合釜壁涂防结剂,几十釜甚至上百釜清一次。清釜用高压水(10MPa)清洗,避免了工人直接接触氯乙烯。

3)抽取单体从聚氯乙烯树脂成品中经冷却真空抽取氯乙烯单体,使成品中的氯乙烯单体含量由原来的1%左右,降到10ppm以下。这样使聚氯乙烯成品的热加工中,释放氯乙烯单体的量极大减少,减少了污染和危害。

4)做好个体防护进入聚合釜操作或检修时,必须戴空气呼吸器,严密防护,并加强换班,缩写缩短接触。

5)定期检测氯乙烯作业环境的空气中氯乙烯浓度要定期检测。国家的卫生标准为

30mgm3。

6)做好职业性体检对氯乙烯作业工人应认真进行就业前和定期性(每年一次)体检。

1.5氯乙烯的生产方法

目前,从国内十大PVC 生产商的工艺和原料路线的现状分析,我国PVC 生产中乙烯法、电石法和EDC/ VCM 法基本各占1/ 3 ,呈现三足鼎立之势,是世界各大PVC 生产国中仅有的兼有乙烯法、电石法、EDC/ VCM 法3 种装置共存的国家。电石法PVC 在中国能够生存是有其深刻的历史和现实原因的。由于目前中国PVC 生产的原料路线、资源分布和环境要求的不同,尤其是电石法PVC 的工艺技术已十分成熟,资源有保证。近几年以来,特别是美国9. 11 事件以来,随着国际局势的紧张,国际原油、天然气价

格暴涨,导致了以乙烯工艺路线的PVC 成本增加,从而突显了我国电石法PVC 的成本优势。2004 年我国的电石法PVC 主导了全国的PVC 市场,出现了一个暴利时代。于是国内再度掀起了电石法PVC 的投资与装置改扩建的热潮。在目前电石法PVC 利润空间比较大的时候,新建装置一定要防止低水平的重复建设,要广泛吸收同行业的先进技术和经验,真正做到高起点、高水平。

氯乙烯是一种非常重要的化工原材料,主要用来制备聚氯乙烯( 简称PVC)树脂,也用于制备偏二氯乙烯、冷冻剂等 。全世界9 % 的氯乙烯单体都用于生产聚氯乙烯,我国目前没有专门的氯乙烯生产企业,所有的氯乙烯装置均与聚氯乙烯装置配套建设,完全一体化。氯乙烯的生产工艺经历了多年的工业生产和工艺改造后,形成了4 种主要的生产工艺。工业上合成氯乙烯的方法有:(1)乙炔法;(2)烯炔法;(3)乙烯氧氯化法;(4) 乙烷氧氯化法。 1.5.1 乙炔法

氯乙烯的生产方法常用乙炔法,即以一定纯度的氯化氢与一定纯度的乙炔气体以1:1.05~1.1比例充分混合后,在HgCl2触媒作用下,在100~180℃作用下,反应生成氯乙烯。在氯化高汞触媒存在时,乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯的反应机理如下:

1)反应方程式:

CH≡CH + HCl →CH2 = CHCl + 124. 8kJ / mol

乙炔首先与氯化高汞加成生成中间加成物氯乙烯氯汞: CH≡CH + HgCl2 →ClCH = CH - HgCl

此中间加成物很不稳定,通氯化氢即分解而生成氯乙烯: ClCH = CH - HgCl + HCl →CH2 = CHCl + HgCl2

所生成的中间产物也可能再与氯化高汞产生加成反应,生成物再分离出氯化亚汞而生成二氯乙烯。但这种可能很小。为保证充分生成氯乙烯,氯化高汞触媒要求通过其的

3320~40mm乙炔量为触媒。

2)当混合气中氯化氢过量多时,所生成的氯乙烯能再与过量的氯化氢反应生成1. 1 —二氯乙烷。

CH2 = CHCl + HCl →CH3 - CHCl2

3)当混合气中乙炔过量多时,则过量的乙炔使氯化高汞催化剂还原成氯化亚汞或金属汞,使触媒失去活性,同时生成副产品二氯乙烯。 CH≡CH + HgCl2 →ClCH = CH - HgCl

ClCH = CH - HgCl + HgCl2 →ClHg - CHCl -CHCl - HgCl ClHg - CHCl - CHCl - HgCl →CHCl = CHCl +Hg2Cl2

或: CH≡CH + HgCl2 →Cl - CH - CH - Cl →Hg +ClCH = CHCl ?Hg

此法以HgCl2做触媒,活性炭作载体,在列管式固定床转化器内进行。乙炔转化率很高,产品纯度高,所需设备不很复杂,工艺流程比较简单,生产技术成熟,因此很适合中、小规模生产,缺点是HgCl2有毒、价格昂贵、成本高。

其生产方法又可分为液相法和气相法。液相法不需要高温,但乙炔转化率低,产品分离困难,因此多采用气相法。气相法是以活性炭为裁体,吸附氯化汞为触媒,此法是以乙炔和氯化氢气相加成为基础。反应是在装满触媒的转化器中进行。反应温度一般为120~180℃左右。 1.5.2 烯炔法

此法是以乙烯和乙炔同时为原料进行联合生产,它是以下列反应为基础的: C2H4 + Cl2 → C2H4Cl C2H4Cl → C2H3Cl + HCl C2H2 + HCl → C2H3Cl 按其生产方法,可分为:

1)联合法:联合法即二氯乙烷的脱氯化氢和乙炔的加成结合起来的方法。 物的麻烦,又可以省去单独建立一套氯化氢合成系统,在经济上比较有利。在联合法中,氯乙烯的合成仍是在单独的设备中进行的,所以需要较大的投资。虽然如此,这种方法仍较以上各种方法合理、经济。

2)共轭法(亦称裂解加成一步法) :如上所述,联合法虽然较其它单独生产 法合理、经济,但氯乙烯的制备仍在单独的设备中进行,仍需占用很多的设备, 所以还不够理想。共轭法就是联合法的基础上进行改进的。此法系同时往一个装 有触媒的反应器中加入二氯乙烷和乙炔的混合物,催化热裂解是在 230℃以下进行,二氯乙烷裂解是生成的氯化氢立即在 20~50 秒钟内和 乙炔反应,反应的生成物再经进一步的净制处理,以将杂质出去。共轭法最主要 的缺点是很难同时达到两个反应的最适宜条件,因而使乙烯与乙炔的消耗量提 高。

3)混合气化法:近几年来,在烯炔法的基础上发展了一种十分经济的氯乙 烯生产方法------混合气化法。这一方法以石脑油和氯气为原料,只得到氯乙烯产品。故不存在废气的利用和同时生产多种产品的问题,可以小规模并很经济地生 产出氯乙烯。这个方法由下列几个过程组成: 以石脑油的火焰裂解法制造含有乙炔和乙烯的裂解气; 裂解气中的烯乙烯不经分离,直接同氯化氢反应制造氯乙烯; 裂解气中的烯乙炔不经分离,直接同氯气反应制造二氯乙烷; 将二氯乙烷热裂成氯乙烯和氯化氢, 并将氯化氢分离,以便能能够在反应(2)中使用。 将从上述过程所得的氯乙烯进行合理的分离。 这个方法特别适用于不能得到 电石乙炔和乙烯的地区,或者是乙炔和乙烯价格较高的地区。由于乙炔和乙烯不 需分离、浓缩和净化,没有副产物。因此,不需添置分离设备。原料可综合利用,不需建立大型石油联合企业。此法的缺点是一次投资费用较大。

1.5.3 乙烯氧氯化法

乙烯氧氯化法生产氯乙烯,包括三步反应:

第一步乙烯氯化生成二氯乙烷;第二步二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢;第三步乙烯、氯化氢和氧发生氧氯化反应生成二氯乙烷。

1)乙烯氯化

乙烯和氯加成反应在液相中进行:

CH2=CH2Cl2→CH2ClCH2Cl

采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂,产品二氯乙烷为反应介质。反应热可通过冷却水或产品二氯乙烷汽化来移出。反应温度40~110℃,压力0.15~0.30MPa,乙烯的转化率和选择性均在99%以上。

2)二氯乙烷热裂解生成氯乙烯的反应式为: ClCH2CH2Cl─→CH2=CHCl +HCl

反应是强烈的吸热反应,在管式裂解炉中进行,反应温度500~550℃,压力0.6~1.5MPa;控制二氯乙烷单程转化率为50%~70%,以抑制副反应的进行。主要副反应为:

CH2=CHCl→H2C=CH2 +HCl CH2=CHCl+ HCl→ClCH3CHCl ClCH2CH2Cl→2CH2 +2HCl

裂解产物进入淬冷塔,用循环的二氯乙烷冷却,以避免继续发生副反应。产物温度冷却到50~150℃后,进入脱氯化氢塔。塔底为氯乙烯和二氯乙烷的混合物,通过氯乙烯精馏塔精馏,由塔顶获得高纯度氯乙烯,塔底重组分主要为未反应的粗二氯乙烷,经精馏除去不纯物后,仍作热裂解原料。

3)氧氯化反应 以载在γ-氧化铝上的氯化铜为催化剂,以碱金属或碱土金属盐为助催化剂。

主要副反应为乙烯的深度氧化(生成一氧化碳、二氧化碳和水)和氯乙烯的氧氯化(生成乙烷的多种氯化物)。反应温度200~230℃,压力0.2~1MPa,原料乙烯、氯化氢、氧的摩尔比为1.05:2:0.75~0.85。反应器有固定床和流化床两种形式,固定床常用列管式反应器,管内填充颗粒状催化剂,原料乙烯、氯化氢与空气自上而下通过催化剂床层,管间用加压热水作热载体,以移走反应热,并副产压力1MPa的蒸汽。固定床反应器温度较难控制,为使有较合理的温度分布,常采用大量惰性气体作稀释剂,或在催化剂中掺入固体物质。二氯乙烷的选择性可达98%以上。在流化床反应器中进行乙烯氧氯化反应时,采用细颗粒催化剂,原料乙烯、氯化氢和空气分别由底部进入反应器,充分混合均匀后,通入催化剂层,并使催化剂处于流化状态,床内装有换热器,可有效