200kta氯乙烯合成工段工藝初步設(shè)計(jì)

1、 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 200kt/a氯乙烯合成工段工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué) 生：韓丹學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級(jí)：095指導(dǎo)教師：劉興勇 四川理工學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院二O一三年六月 摘 要 本論文結(jié)合國(guó)內(nèi)外聚氯乙烯(PVC)材料應(yīng)用開展前景，以及先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，采用電石乙炔法合本錢產(chǎn)品。當(dāng)然，氯乙烯的合成設(shè)計(jì)到很多的工序，本文根據(jù)要求著重對(duì)合成工段進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得氯乙烯的生產(chǎn)更高效更快速的進(jìn)行。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中，主要在電石法生產(chǎn)氯乙烯的生產(chǎn)工藝的根底上進(jìn)行相關(guān)的物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型，并討論了產(chǎn)生廢棄物的處理。目前我國(guó)以電石乙炔為原料的聚氯乙烯生產(chǎn)廠共76家，總生產(chǎn)能力124萬噸/年

2、1。在能源本錢愈來愈高以及國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)日益劇烈的今天，建立在高能耗電石根底上的乙炔法聚氯乙烯工業(yè)正面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。關(guān)鍵詞 :乙炔；氯乙烯；電石法；能量衡算；設(shè)備選型ABSTRACTThis paper combined with polyvinyl chloride(PVC) material application development prospect at home and abroad, as well as advanced production technology, using calcium carbide acetylene method in cost of product.

3、And,of course, the synthesis of vinyl chloride design to many working procedure,according to the requirement of synthesis section to carry on the design,make the vinyl chloride production more efficient and rapid.Throughout the design process, mainly in the production process of the production of vi

4、nyl chloride by calcium carbide method,on the basis of material balance,heat balance heat balance calculations ,equipment selection,and waste production processing are discussed. At present our country with manufacturer of calcium carbide acetylene as raw material of PVC,a total of 76,total producti

5、on capacity of 1.24 million tons/year.In increasing energy cost and an increasingly competitive today,at home and abroad based on energy-intensive calcium carbide acetylene method of polyvinyl chloride(PVC) industry is facing a severe test.Key words: acetylene; Vinyl chloride; Calcium carbide method

6、;Energy balance;Equipment selection目 錄TOC o 1-4 h u HYPERLINK l _Toc357424073 目 錄 PAGEREF _Toc357424073 h 4 HYPERLINK l _Toc357424074 前 言 PAGEREF _Toc357424074 h 11 HYPERLINK l _Toc357424075 第一章 緒論 PAGEREF _Toc357424075 h 12 HYPERLINK l _Toc357424076 1.1 氯乙烯的概述 PAGEREF _Toc357424076 h 12 HYPERLINK l

7、 _Toc357424077 1.2 氯乙烯單體合成工藝路線 PAGEREF _Toc357424077 h 12 HYPERLINK l _Toc357424078 1.2.1 乙炔路線 PAGEREF _Toc357424078 h 12 HYPERLINK l _Toc357424079 1.2.2 乙烯路線 PAGEREF _Toc357424079 h 13 HYPERLINK l _Toc357424080 第二章 氯乙烯的物化性質(zhì)、儲(chǔ)存管理和用途 PAGEREF _Toc357424080 h 14 HYPERLINK l _Toc357424081 2.1 氯乙烯的物化性質(zhì) P

8、AGEREF _Toc357424081 h 14 HYPERLINK l _Toc357424082 2.1.1 物化性質(zhì) PAGEREF _Toc357424082 h 14 HYPERLINK l _Toc357424083 2.1.2 化學(xué)反響方程式 PAGEREF _Toc357424083 h 14 HYPERLINK l _Toc357424084 2.2 氯乙烯的儲(chǔ)存管理 PAGEREF _Toc357424084 h 14 HYPERLINK l _Toc357424085 2.3 氯乙烯的主要用途 PAGEREF _Toc357424085 h 14 HYPERLINK l

9、 _Toc357424086 第三章 氯乙烯合成方法的選擇 PAGEREF _Toc357424086 h 15 HYPERLINK l _Toc357424087 3.1 氯乙烯的各種合成方法概述 PAGEREF _Toc357424087 h 15 HYPERLINK l _Toc357424088 3.1.1 電石乙炔法 PAGEREF _Toc357424088 h 15 HYPERLINK l _Toc357424090 3.1.2 二氯乙烷法 PAGEREF _Toc357424090 h 15 HYPERLINK l _Toc357424091 3.1.3 乙烯氧氯化法 PAGE

10、REF _Toc357424091 h 15 HYPERLINK l _Toc357424092 3.2 電石乙炔法合成氯乙烯介紹 PAGEREF _Toc357424092 h 16 HYPERLINK l _Toc357424093 第四章 電石乙炔法合成氯乙烯的工藝設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357424093 h 18 HYPERLINK l _Toc357424094 4.1 反響熱及時(shí)移出 PAGEREF _Toc357424094 h 18 HYPERLINK l _Toc357424095 4.2 反響器型式 PAGEREF _Toc357424095 h 18 HYPERL

11、INK l _Toc357424096 4.3 發(fā)揮催化劑床層的效率，提高處理量 PAGEREF _Toc357424096 h 18 HYPERLINK l _Toc357424097 4.4 電石乙炔法合成氯乙烯的工藝流程及表達(dá) PAGEREF _Toc357424097 h 18 HYPERLINK l _Toc357424098 4.5主要工藝參數(shù) PAGEREF _Toc357424098 h 19 HYPERLINK l _Toc357424099 4.6主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) PAGEREF _Toc357424099 h 20 HYPERLINK l _Toc35742410

12、0 第五章 電石乙炔法合成氯乙烯的物料計(jì)算 PAGEREF _Toc357424100 h 22 HYPERLINK l _Toc357424101 5.1物料衡算 PAGEREF _Toc357424101 h 22 HYPERLINK l _Toc357424102 5.1.1 計(jì)算依據(jù) PAGEREF _Toc357424102 h 22 HYPERLINK l _Toc357424103 5.1.2 各容器物料計(jì)算 PAGEREF _Toc357424103 h 22 HYPERLINK l _Toc357424104 5.1.2.1 混合器 PAGEREF _Toc357424104

13、 h 22 HYPERLINK l _Toc357424105 石墨冷卻器 PAGEREF _Toc357424105 h 24 HYPERLINK l _Toc357424106 5.1.2.3 多筒過濾器 PAGEREF _Toc357424106 h 25 HYPERLINK l _Toc357424107 5.1.2.4 石墨預(yù)熱器 PAGEREF _Toc357424107 h 26 HYPERLINK l _Toc357424108 5.1.2.5 轉(zhuǎn)化器 PAGEREF _Toc357424108 h 26 HYPERLINK l _Toc357424109 除汞器 PAGERE

14、F _Toc357424109 h 27 HYPERLINK l _Toc357424110 5.1.2.7 石墨冷卻器 PAGEREF _Toc357424110 h 28 HYPERLINK l _Toc357424111 5.1.2.8 水洗泡沫塔 PAGEREF _Toc357424111 h 28 HYPERLINK l _Toc357424112 5.1.2.9 堿洗泡沫塔 PAGEREF _Toc357424112 h 29 HYPERLINK l _Toc357424113 5.1.2.10 總物料衡算表 PAGEREF _Toc357424113 h 30 HYPERLINK

15、 l _Toc357424114 5.2 熱量衡算 PAGEREF _Toc357424114 h 31 HYPERLINK l _Toc357424115 5.2.1 衡算方法 PAGEREF _Toc357424115 h 31 HYPERLINK l _Toc357424116 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表3 PAGEREF _Toc357424116 h 31 HYPERLINK l _Toc357424117 5.2.3 計(jì)算： PAGEREF _Toc357424117 h 32 HYPERLINK l _Toc357424118 5.2.3.1 石墨冷卻器： PAGEREF _Toc35

16、7424118 h 32 HYPERLINK l _Toc357424119 5.2.3.2 石墨預(yù)熱器 PAGEREF _Toc357424119 h 33 HYPERLINK l _Toc357424120 5.2.3.3 轉(zhuǎn)化器： PAGEREF _Toc357424120 h 34 HYPERLINK l _Toc357424121 5.2.3.5 冷卻水消耗 PAGEREF _Toc357424121 h 36 HYPERLINK l _Toc357424122 第六章 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 PAGEREF _Toc357424122 h 38 HYPERLINK l _Toc357

17、424123 HYPERLINK l _Toc357424124 6.1 石墨冷卻器的選型 PAGEREF _Toc357424124 h 38 HYPERLINK l _Toc357424126 6.1.2 計(jì)算兩流體的平均溫度差 PAGEREF _Toc357424126 h 38 HYPERLINK l _Toc357424127 6.2 石墨預(yù)熱器的選型 PAGEREF _Toc357424127 h 39 HYPERLINK l _Toc357424129 3.2.2 計(jì)算兩流體的平均溫度差 PAGEREF _Toc357424129 h 39 HYPERLINK l _Toc357

18、424130 6.3轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)(主體設(shè)備) PAGEREF _Toc357424130 h 40 HYPERLINK l _Toc357424132 反響器設(shè)計(jì)特點(diǎn) PAGEREF _Toc357424132 h 40 HYPERLINK l _Toc357424134 反響工藝設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc357424134 h 40 HYPERLINK l _Toc357424135 HYPERLINK l _Toc357424136 工藝設(shè)計(jì)局部 PAGEREF _Toc357424136 h 40 HYPERLINK l _Toc357424166 物料計(jì)算 PAGEREF _T

19、oc357424166 h 42 HYPERLINK l _Toc357424174 熱量衡算 PAGEREF _Toc357424174 h 44 HYPERLINK l _Toc357424175 轉(zhuǎn)化器的用水量 PAGEREF _Toc357424175 h 44 HYPERLINK l _Toc357424177 計(jì)算 PAGEREF _Toc357424177 h 44 HYPERLINK l _Toc357424178 催化劑床層高度 PAGEREF _Toc357424178 h 44 HYPERLINK l _Toc357424181 傳熱面積 PAGEREF _Toc3574

20、24181 h 45 HYPERLINK l _Toc357424182 殼體管徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc357424182 h 46 HYPERLINK l _Toc357424183 進(jìn)料管徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc357424183 h 46 HYPERLINK l _Toc357424184 轉(zhuǎn)化器出料管 PAGEREF _Toc357424184 h 47 HYPERLINK l _Toc357424185 手孔 PAGEREF _Toc357424185 h 47 HYPERLINK l _Toc357424186 封頭 PAGEREF _Toc357424186

21、h 48 HYPERLINK l _Toc357424187 裙座 PAGEREF _Toc357424187 h 48 HYPERLINK l _Toc357424188 折流板 PAGEREF _Toc357424188 h 48 HYPERLINK l _Toc357424189 6.4泡沫水洗塔的選型 PAGEREF _Toc357424189 h 49 HYPERLINK l _Toc357424197 泡沫水洗塔徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc357424197 h 49 HYPERLINK l _Toc357424199 塔徑的初步驗(yàn)算 PAGEREF _Toc35742419

22、9 h 50 HYPERLINK l _Toc357424213 6.5 主要設(shè)備一覽表 PAGEREF _Toc357424213 h 51 HYPERLINK l _Toc357424214 第七章 主要管道管徑計(jì)算和選型 PAGEREF _Toc357424214 h 52 HYPERLINK l _Toc357424215 7.1 HCl進(jìn)料管 PAGEREF _Toc357424215 h 52 HYPERLINK l _Toc357424217 7.2 乙炔氣進(jìn)料管 PAGEREF _Toc357424217 h 53 HYPERLINK l _Toc357424218 7.3 石

23、墨冷卻器的進(jìn)料管 PAGEREF _Toc357424218 h 53 HYPERLINK l _Toc357424219 7.4 多筒過濾器進(jìn)料管 PAGEREF _Toc357424219 h 53 HYPERLINK l _Toc357424220 7.5 轉(zhuǎn)化器進(jìn)料管 PAGEREF _Toc357424220 h 54 HYPERLINK l _Toc357424221 7.6 轉(zhuǎn)化器出料管 PAGEREF _Toc357424221 h 54 HYPERLINK l _Toc357424222 7.7 石墨冷卻器進(jìn)口管 PAGEREF _Toc357424222 h 55 HYPE

24、RLINK l _Toc357424223 7.8 40%鹽水進(jìn)料管 PAGEREF _Toc357424223 h 55 HYPERLINK l _Toc357424224 7.9 循環(huán)水管 PAGEREF _Toc357424224 h 55 HYPERLINK l _Toc357424225 7.9.1 石墨預(yù)熱器 PAGEREF _Toc357424225 h 55 HYPERLINK l _Toc357424226 7.9.2 轉(zhuǎn)化器 PAGEREF _Toc357424226 h 55 HYPERLINK l _Toc357424227 7.9.3 石墨冷卻器 PAGEREF _T

25、oc357424227 h 56 HYPERLINK l _Toc357424228 7.9.4 總進(jìn)水管 PAGEREF _Toc357424228 h 56 HYPERLINK l _Toc357424229 7.10局部管道一覽表 PAGEREF _Toc357424229 h 56 HYPERLINK l _Toc357424230 第七章 合成工段中三廢的產(chǎn)生及處理 PAGEREF _Toc357424230 h 58 HYPERLINK l _Toc357424231 8.1 氯化汞觸媒的產(chǎn)生中毒機(jī)理及處理 PAGEREF _Toc357424231 h 58 HYPERLINK

26、l _Toc357424232 8.1.2 氯化汞中毒機(jī)理 PAGEREF _Toc357424232 h 58 HYPERLINK l _Toc357424233 8.1.3 廢HgCl2觸媒的處理 PAGEREF _Toc357424233 h 58 HYPERLINK l _Toc357424234 8.2 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生中毒機(jī)理及處理 PAGEREF _Toc357424234 h 58 HYPERLINK l _Toc357424235 8.2.2 中毒機(jī)理： PAGEREF _Toc357424235 h 59 HYPERLINK l _Toc357424236 8.2.3

27、對(duì)VC泄露的綜合治理： PAGEREF _Toc357424236 h 59 HYPERLINK l _Toc357424237 8.3 廢水的處理： PAGEREF _Toc357424237 h 59 HYPERLINK l _Toc357424238 8.3.2 廢水的處理方法： PAGEREF _Toc357424238 h 60 HYPERLINK l _Toc357424239 8.4其他三廢的處理 PAGEREF _Toc357424239 h 60 HYPERLINK l _Toc357424240 結(jié) 論 PAGEREF _Toc357424240 h 61 HYPERLIN

28、K l _Toc357424241 參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc357424241 h 62 HYPERLINK l _Toc357424242 致 謝 PAGEREF _Toc357424242 h 63前 言氯乙烯簡(jiǎn)稱VC，是合成聚氯乙烯簡(jiǎn)稱PVC的單體。聚氯乙烯樹脂是一種重要的塑料原料，是五大通用合成樹脂之一，具有良好的物理及機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域。氯乙烯單體的生產(chǎn)是聚氯乙烯工業(yè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)的主要目的是培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程實(shí)際問題的能力，同時(shí)提高在理論計(jì)

29、算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力，穩(wěn)固、擴(kuò)展理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能。本書主要介紹了電石法生產(chǎn)氯乙烯單體的工業(yè)過程，其中主要涉及生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)原理、設(shè)備選型、設(shè)備布置等問題。由于時(shí)間有限，本人的水品有限，所以書中的內(nèi)容難免有很多缺乏，而且很多細(xì)節(jié)問題可能都沒有詳細(xì)介紹，希望老師們批評(píng)指正！ 緒論 1.1 氯乙烯的概述 氯乙烯又名乙烯基氯，是一種應(yīng)用于高分子化工的重要的單體，為無色、易液化氣體，是塑料工業(yè)的重要生產(chǎn)原料，是生產(chǎn)聚氯乙烯塑料的單體；或與醋酸乙烯、丙 烯腈制成共聚物，用作粘合劑、涂料、絕緣材料和合成纖維,也用作化學(xué)中間體或溶劑。 由于傳

30、統(tǒng)的電石乙炔法制氯乙烯需要消耗大量電能,對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,我國(guó)在幾家較大的氯乙烯生產(chǎn)廠引進(jìn)了日本、歐洲的平衡氧氯化生產(chǎn)工藝,該工藝由于具有本錢低、質(zhì)量高、污染小、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上比擬通用的氯乙烯生產(chǎn)工藝。但是,平衡氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯需要大量消耗石油中的乙烯,隨著石油資源的日益短缺和對(duì)氯乙烯供不應(yīng)求矛盾的日益鋒利,這一工藝也暴露出它的弊端。而新研究開發(fā)了乙烷在較低溫度下,高轉(zhuǎn)化率、高選擇性脫氫氧化氯化生成氯乙烯的新催化劑及相應(yīng)的工藝流程。該過程一旦開發(fā)成功,可為煉氣廠、油田氣中乙烷生產(chǎn)氯乙烯提供了一條新的技術(shù)路線。最初的氯乙烯生產(chǎn)全部以乙炔為原料。60年代后期，隨著乙烯裝

31、置大型化及乙烯氧氯化技術(shù)的成熟，乙烯法在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)乙炔法迅速被乙烯法取代。迄今為止，全世界氯乙烯裝置93%以上采用乙烯法，在工業(yè)興旺國(guó)家如日本，以全部淘汰了乙炔法，但在我國(guó)及其它開展中國(guó)家電石乙炔法仍占有相當(dāng)比重2。1.2 氯乙烯單體合成工藝路線1.2.1 乙炔路線 原料為來自電石水解產(chǎn)生的乙炔和氯化氫氣體，在催化劑氧化汞的作用下反響生成氯乙烯。 具體工藝為：從乙炔發(fā)生器來的乙炔氣經(jīng)水洗一塔溫度降至35以下，在保證乙炔氣柜至一定高度時(shí)，進(jìn)入升壓機(jī)組加壓至80kpaG左右，加壓后的乙炔氣先進(jìn)入水洗二塔深度降溫至10以下，再進(jìn)入硫酸清凈塔中除去粗乙炔氣中的S、P等

32、雜質(zhì)。最后進(jìn)入中和塔中和過多的酸性氣體，處理后的乙炔氣經(jīng)塔頂除霧器除去飽和水分，制得純度達(dá)98.5%以上，不含S、P的合格精制乙炔氣送氯乙烯合成工序。乙炔法路線VCM 工業(yè)化方法，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，但耗電量大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。目前，該方法在國(guó)外根本上已經(jīng)被淘汰，由于我國(guó)具有豐富廉價(jià)的煤炭資源，因此用煤炭和石灰石生成碳化鈣電石、然后電石加水生成乙炔的生產(chǎn)路線具有明顯的本錢優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的VCM生產(chǎn)目前仍以乙炔法工藝路線為主。乙炔與氯化氫反響生成可采用氣相或液VCM相工藝，其中氣相工藝使用較多3。1.2.2 乙烯路線 乙烯氧氯化法由美國(guó)公司Goodrich首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該工藝原料來源廣泛，生產(chǎn)工藝合

33、理，目前世界上采用本工藝生產(chǎn)的產(chǎn)能VCM約占總產(chǎn)能的VCM 95%以上。 乙烯氧氯化法的反響工藝分為乙烯直接氯化制二氯乙烷EDC、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3個(gè)局部，生產(chǎn)裝置主要由直接氯化單元、氧氯化單元、EDC裂解單元、EDC 精制單元和VCM單元精制等工藝單元組成。乙烯和氯氣在直接氯化單元反響生成EDC。乙烯、氧氣以及循環(huán)的HCI在氧氯化單元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制單元精制、提純。然后在精EDC裂解單元裂解生成的產(chǎn)物進(jìn)入VCM單元，VCM精制后得到純VCM產(chǎn)品，未裂解的EDC返回EDC精制單元回收，而HCI 那么返回氧氯化反響單元循環(huán)使用。直接氯化有低溫氯化法和高溫氯化法

34、；氧氯化按反響器型式的不同有流化床法和固定床法，按所用氧源種類分有空氣法和純氧法；EDC 裂解按進(jìn)料狀態(tài)分有液相進(jìn)料工藝和氣相進(jìn)料工藝等。具有代表性的Inovyl工藝是將乙烯氧氯化法提純的循環(huán)EDC和VCM直接氯化的EDC在裂解爐中進(jìn)行生產(chǎn)VCM。HCI經(jīng)急冷和能量回收后，將產(chǎn)品別離HCI循環(huán)用于氧氯化、高純度VCM和未反響的EDC循環(huán)用于氯化和提純。來自VCM裝置的含水物流被汽提，并送至界外處理，以減少?gòu)U水的生化耗氧量BOD。采用該生產(chǎn)工藝，乙烯和氯的轉(zhuǎn)化率超過98%，目前世界上已經(jīng)有50多套裝置采用該工藝技術(shù)，總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過470萬噸/年4。氯乙烯的物化性質(zhì)、儲(chǔ)存管理和用途2.1 氯乙

35、烯的物化性質(zhì)2.1.1 物化性質(zhì) 氯乙烯：分子式，分子量62.50，無色有醚樣氣味的氣體，液體的密度0.912lg/cm3。沸點(diǎn)-13.9，閃點(diǎn)-17.8，冷凝點(diǎn)-159.7，自燃點(diǎn)472，臨界溫度 142，臨界壓力55.2Pa。相對(duì)密度水=1=0.91，微溶于水，在水中的溶解度是0.001gL。易溶于乙醇、乙醚、丙酮等多數(shù)有機(jī)溶劑。易聚合，能與丁二烯、乙烯、丙烯、內(nèi)烯腈、醋酸乙烯、兩烯酸酯和馬來酸酯等共聚。易燃易爆，與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限3.6-26.4%。遇明火、高溫有燃燒爆炸的危險(xiǎn)5。2.1.2 化學(xué)反響方程式 乙炔和氯化氫在氯化汞催化劑作用下生成氯乙烯反響式： (2-1

36、)2.2 氯乙烯的儲(chǔ)存管理儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過30。應(yīng)與氧化劑分開存放，切忌混儲(chǔ)。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)存區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備等。2.3 氯乙烯的主要用途主要用于生產(chǎn)聚氯乙烯，并能與醋酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酸酯、偏二氯乙烯1,1-二氯乙烯等共聚，制得各種性能的樹脂。此外,還可用于合成1,1,2-三氯乙烷及1,1-二氯乙烯等。第三章 氯乙烯合成方法的選擇3.1 氯乙烯的各種合成方法概述目前,從國(guó)內(nèi)十大PVC生產(chǎn)商的工藝和原料路線的現(xiàn)狀分析,我國(guó)PVC生產(chǎn)中乙烯法、電石法和EDC/ VCM法根本各占1/3,呈現(xiàn)三足鼎立之

37、勢(shì),是世界各大PVC生產(chǎn)國(guó)中僅有的兼有乙烯法、電石法、EDC/VCM法3種裝置共存的國(guó)家。電石法PVC 在中國(guó)能夠生存是有其深刻的歷史和現(xiàn)實(shí)原因的。由于目前中國(guó)PVC生產(chǎn)的原料路線、資源分布和環(huán)境要求的不同,尤其是電石法PVC的工藝技術(shù)已十分成熟,資源有保證。近幾年以來,特別是美國(guó)9.11事件以來,隨著國(guó)際局勢(shì)的緊張,國(guó)際原油、天然氣價(jià)格暴漲,導(dǎo)致了以乙烯工藝路線的PVC 本錢增加,從而突顯了我國(guó)電石法PVC的本錢優(yōu)勢(shì)。2004年我國(guó)的電石法PVC主導(dǎo)了全國(guó)的PVC市場(chǎng),出現(xiàn)了一個(gè)暴利時(shí)代。于是國(guó)內(nèi)再度掀起了電石法PVC的投資與裝置改擴(kuò)建的熱潮。在目前電石法PVC利潤(rùn)空間比擬大的時(shí)候,新建裝置

38、一定要防止低水平的重復(fù)建設(shè),要廣泛吸收同行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),真正做到高起點(diǎn)、高水平。氯乙烯是一種非常重要的化工原材料,主要用來制備聚氯乙烯( 簡(jiǎn)稱PVC)樹脂,也用于制備偏二氯乙烯、冷凍劑等。全世界9% 的氯乙烯單體都用于生產(chǎn)聚氯乙烯,我國(guó)目前沒有專門的氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)，所有的氯乙烯裝置均與聚氯乙烯裝置配套建設(shè),完全一體化。氯乙烯的生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了多年的工業(yè)生產(chǎn)和工藝改造后,形成4種主要的生產(chǎn)工藝：電石乙炔法、二氯乙烷法、乙烯氧氯化法和平衡氧氯化法6。3.1.1 電石乙炔法電石乙炔法是最早的氯乙烯生產(chǎn)方法。它主要利用乙炔和氯化氫為原料,用氧化汞做催化劑進(jìn)行加成反響,生成氯乙烯。ClCHCH2其優(yōu)

39、點(diǎn)是工藝成熟、簡(jiǎn)單，設(shè)備投資低, 但由于采用電石作為原料,需要消耗大量電能,使氯乙烯本錢上升,反響中所用的催化劑對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重。電石乙炔法在世界上已根本被淘汰,但這是我國(guó)目前主要的氯乙烯生產(chǎn)方法。3.1.2 二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯為原料與氯氣反響生成二氯乙烷(EDC),然后由二氯乙烷熱裂化制備氯乙烯的方法。該法的副產(chǎn)物是HCI,如果不加以利用,生產(chǎn)成太高。與電石乙炔法聯(lián)合起來可以解決HCI問題。但這種方法既不能完全向石油天然氣化工方向轉(zhuǎn)化,又不能完全擺脫電石乙炔法,所以沒有開展前途。3.1.3 乙烯氧氯化法氧氯化法是對(duì)利用氯化氫合成有機(jī)物的這一類反響的總稱。乙烯氧氯化法的化學(xué)反響方程式

40、為: 這3種氯乙烯生產(chǎn)工藝中,除了第一種生產(chǎn)工藝走的是電石路線外,后三種生產(chǎn)工藝均屬于石油路線(即以石油或石油產(chǎn)品為原材料生產(chǎn)氯乙烯)。目前在我國(guó),除齊魯石化、上海氯堿總廠、北京化工二廠和天津大沽化工廠四家較大的氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)采用了以乙烯為原料的平衡氧氯化法,天津樂金公司直接以進(jìn)口的氯乙烯為原料外,其余廠家均是電石乙炔法,乙炔法生產(chǎn)氯乙烯占氯乙烯總生產(chǎn)能力的63.4%。電石路線由于存在耗電量大, 本錢高以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題,正在被世界各國(guó)所淘汰，而石油路線那么由于本錢低、質(zhì)量高、污染小、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),成為目前世界上比擬通用的生產(chǎn)工藝。但是,隨著石油資源的日益枯竭以及氯乙烯的需求不斷增

41、加,必須有新的氯乙烯生產(chǎn)工藝的誕生。石油和天然氣通常是相伴而生, 在石油和天然氣當(dāng)中,石油的應(yīng)用非常廣泛, 而天然氣雖然有極豐富的貯藏量,但其在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上石油。如何使天然氣替代或局部替代石油在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用,是人們一直關(guān)注的課題。 尤其是隨著石油資源的日益減少和天然氣資源的大量發(fā)現(xiàn), 天然氣的轉(zhuǎn)化和利用越來越受到人們的重視。在這種情況下,很自然想到用天然氣、油田氣中的乙烷來取代石油中的乙烯,用于氯乙烯的生產(chǎn)。 因此,電石法合成氯乙烯在國(guó)內(nèi)還可以生存相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間1。 本論文采用電石乙炔法生產(chǎn)氯乙烯單體的生產(chǎn)工藝流程。3.2 電石乙炔法合成氯乙烯介紹 最老也是最簡(jiǎn)單的商業(yè)路線是用

42、無水氯化氫在活性炭作載體的氯化汞催化劑上面通過乙炔氣相加成生成氯乙烯單體。同其它氯乙烯路線相比，該工藝反響簡(jiǎn)單，收率高，因此可做簡(jiǎn)單的產(chǎn)品凈化，沒有大量的廢物處理問題，其基建和運(yùn)營(yíng)本錢低于氧氯化法路線。通過氫氣和氯氣的反響，在現(xiàn)場(chǎng)可獲得無水氯化氫。乙炔進(jìn)行烘干，然后通過碳床，脫除催化劑毒素如硫化物。無水氯化氫、凈化過的乙炔和循環(huán)氣一起用反響器排出物通過間接熱交換預(yù)熱，并送到轉(zhuǎn)化器。每個(gè)反響器都是管間走導(dǎo)熱的多管熱交換器，去除反響放熱，然后在外部熱交換器中產(chǎn)生蒸汽。反響管裝滿了催化劑粒料，粒料由負(fù)載在活性炭載體上10重量百分比的氯化汞組成。反響器通常在90到140攝氏度取決于催化劑活性)和1.5

43、1.6大氣壓力下運(yùn)行。在每個(gè)反響器中每一反響物的轉(zhuǎn)化率為98%99%。反響器排出物由氯乙烯、副產(chǎn)品以及未反響的乙炔和氯化氫組成,通過與反響器進(jìn)料進(jìn)行間接交換冷卻，然后用水和堿洗滌。產(chǎn)品氣經(jīng)過壓縮、冷卻，連同冷凝的氯乙烯和氯化的烴副產(chǎn)品送往汽提塔。汽提塔底部的粗氯乙烯在后處理塔內(nèi)提純，脫除重的氯化有機(jī)物和乙醛以便另行處置。氯乙烯汽提塔的塔頂餾出物進(jìn)入另一個(gè)吸收器汽提塔系統(tǒng),乙炔和氯化氫循環(huán)到反響器，輕的氯化烴類送去焚化7。第四章 電石乙炔法合成氯乙烯的工藝設(shè)計(jì)4.1 反響熱及時(shí)移出由于反響是放熱反響，局部過熱會(huì)影響催化劑的壽命(HgCl2升華，使其活性下降)。因此，在反響過程中，必須及時(shí)地移出反

44、響熱。4.2 反響器型式工業(yè)上經(jīng)常采用多管式的固定床氯化反響器，管內(nèi)盛放催化劑。經(jīng)過枯燥和已經(jīng)凈化的乙炔和氯化氫的混合氣體，自上而下地通過催化劑床層，進(jìn)行反響，管外用加壓的循環(huán)熱水進(jìn)行冷卻。4.3 發(fā)揮催化劑床層的效率，提高處理量 反響是放熱反響，乙炔的空速大，那么有局部過熱現(xiàn)象(熱點(diǎn)溫度)，因此，乙炔的空速也受到限制。 如果整個(gè)床層溫度都接近最正確的允許溫度，就可以充分發(fā)揮催化劑床層的效率：采取分段進(jìn)氣、分段冷卻和適當(dāng)調(diào)整催化劑活性等方法,可以使床層溫度分布得到改善，乙炔空速可以提高，因而催化劑的生產(chǎn)能力也可以顯著提高。4.4 電石乙炔法合成氯乙烯的工藝流程及表達(dá)HCI HCI緩沖罐 HCI

45、預(yù)冷器+乙炔沙封 混合器 石墨冷卻器 多孔過濾器 預(yù)熱器 轉(zhuǎn)化器 除汞器冷卻器 水洗組合塔 堿洗塔汽水別離器 機(jī)前冷卻器 單壓機(jī) 機(jī)后冷卻器 全凝器 水別離器 低塔加料槽低沸塔 高沸塔 成品冷卻器 單體貯槽貯存 乙炔加氯化氫制氯乙烯的工藝流程表達(dá)如圖4-1所示 圖4-1 乙炔加氯化氫制氯乙烯的工藝流程圖來自乙炔工段的乙炔氣經(jīng)乙炔砂封與來自氯化氫工段的氯化氫氣體以1:1.051.1 配比進(jìn)入混合器，混合后的氣體經(jīng)兩組石墨冷卻器冷卻后進(jìn)入除霧器進(jìn)一步脫水,脫水后的混合氣進(jìn)入預(yù)熱器，開溫后的混合氣體進(jìn)入裝有綠化汞觸媒的一組反響轉(zhuǎn)化器進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)化，經(jīng)過初步轉(zhuǎn)化的混合氣體再進(jìn)入二組轉(zhuǎn)化器,乙炔轉(zhuǎn)化率可

46、到達(dá)99%左右，副產(chǎn)物1,1-二氯乙烷的生成量約為1%左右。反響后的粗氯乙烯進(jìn)入脫汞罐脫汞后進(jìn)入除沫冷卻器降溫，降溫后進(jìn)入制酸塔,回收氣體中的氯化氫進(jìn)入水洗塔，然后進(jìn)入堿洗塔，然后經(jīng)除沫器，一局部進(jìn)入氣柜一局部進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮后的氣體進(jìn)入全凝器反響氣體經(jīng)過水洗和堿洗，除去氯化氫等酸性氣體，并且用固體KOH進(jìn)行枯燥，再經(jīng)過冷凝冷卻，得到粗氯乙烯凝液，沒有冷卻的氣體進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)達(dá)標(biāo)后排放8。 全凝器和尾氣冷凝器冷凝下來的氯乙烯液體進(jìn)入粗單體貯槽，除水后氯乙烯液體進(jìn)入低沸塔，塔釜再沸器用熱水加熱塔頂,用0度水降溫冷卻除去低沸物的粗氯乙烯液體進(jìn)入高沸塔，塔釜再沸器用熱水加熱塔頂，用0度水冷卻氣態(tài)氯

47、乙烯進(jìn)入成品冷凝器，用0度水冷凝成液體氯乙烯，成品氯乙烯進(jìn)入單體貯槽貯存。4.5主要工藝參數(shù)本設(shè)計(jì)工藝參數(shù)如表1所示表4-1 本設(shè)計(jì)工藝參數(shù)設(shè)備名稱指標(biāo)名稱單位指標(biāo)壓力atm1.5混合器乙炔流量：氯化氫流量1: 1.05混合氣溫度25石墨冷卻器進(jìn)料溫度25出料溫度-13鹽水進(jìn)口溫度-35鹽水出口溫度-20多筒過濾器混合氣含水%0.08石墨預(yù)熱器進(jìn)料溫度-13出料溫度75循環(huán)水進(jìn)口溫度110循環(huán)水出口溫度95轉(zhuǎn)化器反響溫度新觸媒150反響溫度舊觸媒180卸大蓋溫度循環(huán)水進(jìn)口溫度循環(huán)水出口溫度放酸轉(zhuǎn)化率60次/小時(shí)%951101954.6主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) 乙炔：分子式：C2H2 分子量：2

48、6性質(zhì)：在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的醚味，工業(yè)用乙炔因含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭氣。乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。壓力對(duì)乙炔有特殊的意義。壓力增加時(shí)，乙炔氣體分子間相密聚，因此，一旦某處乙炔分解，就能迅速擴(kuò)展到全部氣體中。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kPa(1.47bar)以上溫度超過773823K時(shí)，使會(huì)全局部解，發(fā)生爆炸。當(dāng)溫度低于723K(并有接觸物質(zhì)存在時(shí)，可能發(fā)生爆炸。乙炔可以發(fā)生加成反響，聚合反響。乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。例如含有水成氨的工業(yè)乙乙炔與氯化亞銅作用，生成具有爆炸性副乙炔銅。所以，工業(yè)

49、上乙炔發(fā)生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞及管件。規(guī)格2：純度：98.5%不含硫、磷、砷等雜質(zhì)。 氯化氫：分子式：HCl 分子量：36.5性質(zhì)：是一種無色有刺激性的氣體，遇到濕空氣那么呈白色煙霧，鼓可做煙霧劑。標(biāo)準(zhǔn)狀況下比重為1.639kg/m2，低溫低壓下可以成為液體，熔點(diǎn)為-114，沸點(diǎn)為-85.03。易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解525.2升的HCl氣體。在潮濕狀態(tài)下，容易與多種金屬作用生成該金屬的氯化物。屬?gòu)?qiáng)酸，可使蛋白質(zhì)凝固造成凝固性壞死，嚴(yán)重時(shí)可引起受損器官穿孔，斑痕形成，狹窄及畸形。規(guī)格2：純度93%水分0.06% 氯乙烯：分子式：CH2CHCl 分子量：62.50性質(zhì)：沸點(diǎn)：-13.

50、9 熔點(diǎn)：-160.0蒸汽相對(duì)密度：2.15(空氣為1) 液體相對(duì)密度：0.912120)爆炸極限：在空氣中3.626.4%(體積)氯乙烯在常溫常壓下為易燃、無色的氣體，具有類似醚一般氣味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。規(guī)格3：主要質(zhì)量要求(均為重量百分?jǐn)?shù))氯乙烯 99.99% 乙炔 0.8ppm乙烯 2ppm 氯甲烷 50ppm丁二烯 6ppm 鐵 0.5 ppmHCl 0.5ppm 水 80ppm重組分 50ppm第五章 電石乙炔法合成氯乙烯的物料計(jì)算5.1物料衡算 假設(shè)各化工單元操作連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計(jì)算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)Ω鲉卧僮?/p>

51、進(jìn)行物料衡算。5.1.1 計(jì)算依據(jù) 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)20萬噸的氯乙烯年工作日：以300天計(jì)算日產(chǎn)量：小時(shí)產(chǎn)量： 化學(xué)反響式主反響： (5-1)副反響： (5-2) 微量，可忽略不計(jì) (5-3) 倒推法計(jì)算精餾：氯乙烯的收率：99.5%： 轉(zhuǎn)化器：乙炔轉(zhuǎn)化率：95%： 進(jìn)氣中CHCH需470.210kmol12225.460kg5.1.2 各容器物料計(jì)算5.1.2.1 混合器氣體混適宜配器就是氣體混合器，就是把兩種不同的氣體按照一定的比例進(jìn)行充分混合，輸出一定比例的混合氣體，有利于充分的反響。 CHCHHClO2H2O混合器乙炔氯化氫圖5-1 混合器的物料衡算方框圖計(jì)算依據(jù)：CHCH和HC

52、l的摩爾比為：1：1.051：1.1。本設(shè)計(jì)選取：n CHCH：nHCl=1:1.07 進(jìn)料氣組成表5-1 進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙炔氣CHCH99.9H2O0.1氯化氫HCl99.95H2O0.01O20.04進(jìn)料氣需乙炔氣： 進(jìn)料氣需氯化氫： 那么 CHCH：470.681kmol12237.706kg HCl： 503.376kmol18373.224kg O2： 503.3760.04%=0.201kmol6.432kg H2O： 470.6810.1%+503.3760.01%=0.521kmol9.378kg 出料：依據(jù)：水分以酸霧的形式進(jìn)入下一層，有微量水分以濃鹽酸形式流出

53、，這里計(jì)算時(shí)忽略流出的濃鹽酸的量3。CHCH：470.681kmol12237.706kg HCl：503.376kmol18373.224kg O2： 0.201kmol6.432kg H2O： 0.521kmol9.378kg 混合器物料衡算表表5-2 混合器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCH12237.70639.957CHCH12237.70639.957HCl18373.22459.991HCl18373.22459.991O26.4320.021O26.4320.021H2O9.3780.031H2O9.3780.03130626.74100.030626.

54、74100.05.1.2.2石墨冷卻器CHCHHClO2H2O石墨冷卻器混合氣鹽酸圖5-2 石墨冷卻器物料衡算方框圖根據(jù)：在石墨冷卻器中，用-35鹽水尾氣冷凝器下水間接冷卻，混合氣中水分一局部那么以40%鹽酸的形式排出，局部那么夾帶與氣流中。10設(shè)混合器中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%。 進(jìn)料：CHCH：470.681kmol12237.706kg HCl：503.376kmol18373.224kg O2： 0.201kmol6.432kg H2O： 0.521kmol9.378kg 出料：CHCH：470.681kmol12237.706kg O2： 0.201kmol6.432

55、kg H2O： HCl：鹽酸： 石墨冷卻器物料衡算表表5-3 石墨冷卻器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCH12237.70639.957CHCH12237.70639.957HCl18373.22459.991HCl18371.34959.985O26.4320.021O26.4320.021H2O9.3780.031H2O6.5650.022鹽酸4.6880.01530626.74100.030626.74100.05.1.2.3 多筒過濾器根據(jù)在多筒過濾器中，采用35%憎水性有機(jī)硅樹脂的510um細(xì)玻璃纖維，可將大局部酸霧別離下來，以鹽酸的形式排出。3進(jìn)料：CHCH

56、： 12237.706 kg HCl： 18371.349 kg H2O： 6.565 kg O2： 6.432kg出料：CHCH：12237.706 kg O2： 6.432 kg H2O： HCl： 鹽酸： 多筒過濾器物料衡算表表5-4 多筒過濾器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCH12237.70639.964CHCH12237.70639.964HCl18371.34959.994HCl18368.13059.983O26.4320.021O26.4320.021H2O6.5650.021H2O1.3130.004鹽酸8.4710.02830622.052100.

57、030622.052100.05.1.2.4 石墨預(yù)熱器石墨預(yù)熱器物料關(guān)系表，見表6表5-6 石墨預(yù)熱器物料衡算表進(jìn)料/出料質(zhì)量/kgW/%CHCH12237.70639.975HCl18368.13060.000O26.4320.021H2O1.3130.00430613.581100.05.1.2.5 轉(zhuǎn)化器CHCHHClO2H2O轉(zhuǎn)化器CH2=CHClHClCHCHO2H2O圖5-3轉(zhuǎn)化器物料衡算方框圖根據(jù)氯乙烯產(chǎn)率為99.46%，二氯乙烷產(chǎn)率為0.54%，乙炔轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率為95%。3進(jìn)料： CHCH： 12237.706 kg HCl： 18368.130 kg H2O： 1.313k

58、g O2： 6.432 kg出料：CH2=CHCl： CHCH： CH3CHCl2: HCl：kg O2： 6.432 kg H2O： 1.313 kg轉(zhuǎn)化器物料衡算表表5-7 轉(zhuǎn)化器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCH12237.70639.975CH2=CHCl27795.77290.796HCl18368.13060.000CHCH 611.8851.998O26.4320.021HCl1959.1346.400H2O1.313 0.004O26.4320.021CH3CHCl2H2O 239.0451.3130.7810.00430613.581100.03061

59、3.581100.05.1.2.6除汞器 因?yàn)檗D(zhuǎn)化器的反響溫度為1001800C,那么有局部的氯化汞升華。粗氯乙烯帶逸的氯化汞升華物，在填埋有活性炭的除汞器除去。進(jìn)料同出料 表5-8 除汞器物料衡算表進(jìn)料/出料質(zhì)量/kgW/%CH2=CHCl27795.77290.796CH3CHCl2CHCH 239.045611.8850.7811.998HCl1959.1346.400O26.4320.021H2O 1.3130.00430613.581100.05.1.2.7 石墨冷卻器進(jìn)料同出料 表5-9 石墨冷卻器物料衡算表進(jìn)料/出料質(zhì)量/kgW/%CH2=CHCl27795.77290.796C

60、H3CHCl2CHCH 239.045611.8850.7811.998HCl1959.1346.400O26.4320.021H2O 1.3130.00430613.581100.0 5.1.2.8 水洗泡沫塔根據(jù)：水洗泡沫塔回收過量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴淋，一次不循環(huán)接觸可得20%的鹽酸。1 即可除去大局部的氯化氫。設(shè)回收鹽酸的回收率為95%進(jìn)料： CH2=CHCl： 27795.772 kg CH3CHCl2：239.045 kg CHCH： 611.885 kg HCl： 1959.134 kg O2： 6.432 kg H2O： 出料：CH2=CHCl：27795.772