年产5万吨VCM单体分离工段工艺设计方案论文.doc

PAGE 1 PAGE 53 第一章 概述 1.1车间概况及特点[1] 1.1.1车间设计的生产规模 年产50000吨VCM车间，本设计承担VCM单体分离工段工艺设计。 1.1.2生产方法 50年代以前，VCM主要采用电石乙炔和氯化氢制造，以后产生了联合法和烯炔法。联合法以1，2-二氯乙烷（EDC）裂解制取氯乙烯并副产氯化氢。然后，以氯化氢与电石乙炔再合成VCM，两种粗VCM经精制后得到纯VCM，美国的石油化学工业迅速发展，以天然气为原料获得廉价乙烯，将乙烯与氯气用液相反应制得EDC，然后对其进行热裂解制得VCM，裂解产物的副产物氯化氢在原料转换的初期曾用于电石乙炔法中，构成了联合法的基础。烯炔法是以石脑油裂解得到乙烯、乙炔裂解气，不经分离即直接制取VCM，以后又研究出用原油作裂解气的原料。比较起来烯炔法投资较大，工艺复杂，成本也较高，到1971年停止了运转。 1964年美国采用固特里奇工艺建成第一套乙烯氧氯化装置，由于此工艺成本较低、生产能力大，得以迅速推广。当时出现的乙烯氧氯化工艺，主要是固特里奇的沸腾床和斯托弗的固定床法。氧氯化法的成功，不仅使制造VCM的碳源从乙炔完全转变为乙烯，而且为联合平衡法制造VCM打下了基础。联合平衡法是将乙烯直接氯化、乙烯氧氯化和EDC的热裂解3个主反应结合起来的。目前世界上有90%的VCM产量是用联合平衡法生成的。在六、七十年代，为保证氯气供应的大量需求，在烧碱的制法上，完成了氨碱法向食盐电解法的转换。此后，出现了纯氧为原料的氧氯化法：在沸点下于EDC液相中直接将乙烯氧化，生成的EDC以气相排出，简化了分离、洗涤工艺，热能得以充分利用。 本设计采用电石乙炔法生产VCM以炔和氯化氢为原料，在氯化汞催化剂的作用下，进行气相加成反应。采用列管式固定床转化器反应后合成气经泡沫塔、水洗塔、碱洗塔除去其中的酸性气体，再进行压缩、冷凝、气液分离、精馏，从而精制得纯度为99.99%的VCM反应方程式如下： 主反应：C2H2+HCl→CH2CHCl 副反应：C2H2+H2O→CH3CHO C2H2+2HCl→CH2ClCH2Cl 该方法建厂投资较低，自动化要求低，乙炔转化率高，技术成熟，流程简单，适合中小规模生产。 1.1 1.混合冷冻脱水 利用氯化氢吸湿性质，在混合时吸收乙炔中的部分水变成浓盐酸，以降低乙炔气中的水蒸气分压。 利用冷冻的方法使混合器总的残余水分冷凝，使气体中的水蒸气分压进一步降低，从而达到脱水目的。 采用湿氯化氢气体与湿乙炔气一次冷冻脱水，可省去氯化氢干燥装置。 2.使用列管式固定床反应器 优点： 床层内流体成轴向流动，可以近似认为是理想的活塞流，推动力大，催化能力强。 流体的停留时间可以控制，温度分布可以调节，有利于提高反应转化率和选择性。 固定床触媒不易磨损，可减少触媒耗量，并可在高温下使用。 缺点： 结构复杂，合金钢耗量较大。 传热效果差，需要很大的传热面，反应温度不易控制，热稳定性差。 轴向温差较大，存在热点，易飞温。 触媒的装卸不便，若装不均匀，易造成气体短路和沟流。 原料气充分混合方能进入反应器，故原料气的组成严格受爆炸极限限制。 3. 氯乙烯的精制采用低塔和高塔加压精馏 因氯乙烯在常压下沸点为-13.9℃，采用加压操作可减少冷剂用量，降低单位聚氯乙烯产品的电耗和生产成本。 先除低沸物，再除高沸物，可节约能耗，并且保证了产品从塔顶出料，提高了产品纯度。 1.2车间布置原则 VCM单体生产工段分为合成和精制两部分： 工段的设备布置基本按流程顺序组织排列，保持水平和垂直方向的连续性，这样可以节约管材。有位差的设备尽量利用位能，以节省能源，并且考虑设备安装、操作、管理、维修方便。另外，凡属相同的设备或同类型的设备或操作相似的有关设备应尽可能集中布置，以便集中管理，并可减少备用设备。即互为备用，如：泵、压缩机等。 在安全上，要考虑物料特性对防水、防爆的要求。在规划上，考虑车间的发展前景与扩建的需要，设备建筑间的防火间距的要求。 1.3物料和能量的合理利用 在VCM的生产过程中的能源管理，首先在配备好各种水、电、气、计量仪表的条件下，搞好能源调查和能量衡算，测算每吨氯乙烯产品的水、电、气等单项能耗。采用最优化的设计方案尽量使得原料的转化率和收率最高。对于冷却用的工业水，要尽量重复使用并加强循环回收，反应器移热用的热水循环回热水罐，用于预热器加热和为再沸器提供热量。 泡沫塔排出的浓度较大的盐酸经回收后出售或运送至其他车间。高沸塔釜出料经回收处理后出售。 1.4装置内三废治理和环境保护措施 VCM生产中主要污染物有VCM气体、高沸物残液、氯化高汞以及废酸和废碱等。生产环境保护的核心是最大程度的减少或消除这些污染物在生产中的流失，要尽量做到回收利用。