VCM生产工艺简介.ppt

湖北宜化长江公司氯碱事业部 李祯,VCM生产工艺简介,介绍内容,一、VCM工段概述,VCM工段生产任务：年产12.48万吨氯乙烯，聚合工段由氯乙烯单体（简称VCM）聚合而生成成高分子化合物聚氯乙烯（简称PVC）,一、VCM工段概述,二、二合一生产工艺,岗位任务 合成：氯气和氢气在二合一合成炉中燃烧，生产出合格的氯化氢，经冷却降温后送至转化，供转化岗位使用。制酸：转化岗位不使用氯化氢时，合成的氯化氢经冷却后用水吸收生成盐酸。,二、二合一生产工艺,二、二合一生产工艺,反应原理：氢气和氯气在加热条件下，会迅速反应生产氯化氢，其主反应式为：H2+Cl2 2HCl+44.126kJ/mol 副反应：2H2+O2 2H2O 2Fe+3Cl2 2FeCl3Fe+2HCl FeCl2,二、二合一生产工艺,合成方框流程图,二、二合一生产工艺,制酸方框流程图,二、二合一生产工艺,酸槽,二、二合一生产工艺,设备内 夹套内最高工作压力:0.2MPa 0.35MPa设计压力：0.22MPa 0.375 MPa耐压试验压力：0.275 MPa 0.47 MPa换热面积：27m2全容积：15.5m 3材质：碳钢,水冷夹套式钢制合成炉,二、二合一生产工艺,合成炉,二、二合一生产工艺,降膜吸收塔材质：CS、石墨公称面积：40M2外形尺寸：830*5025mm允许压力：管程0.3 MPa 壳程0.1 MPa气体入口温度：170产品酸出口温度：50,关键控制点H2:Cl2（体积比）：（1.051.1）:1氯化氢纯度：9095%（无游离氯）合成炉出口温度：400600氢气纯度：98%100%氢气含氧：00.4%块冷进口温度：110180点炉负压：-0.2-1.36（纸放在炉门口不落下来）,二、二合一生产工艺,炉内含氢：00.067%夹套水温度：7099热水槽温度：6585氯化氢总管温度：040氯化氢总管压力：40-70KPa,二、二合一生产工艺,二、二合一生产工艺,现有工艺存在的问题：1、HCl纯度不高：最高只能达到95%左右，其中含有的H2N2等气体会增加压缩机和精馏系统的负荷，而且会降低精馏换热器的换热效果；2、HCl纯度波动大：其纯度受到H2、Cl2配比影响很大，不利于转化乙炔和HCl配比调节；3、安全性：H2、Cl2配比由人工调节，易造成Cl2过量，不利于转化的安全生产。,二、二合一生产工艺,盐酸脱析法生产HCl工艺：先利用H2、Cl2合成HCl，用水吸收制成盐酸，再利用解析塔将盐酸中的HCl蒸出，供转化使用。优点：1、HCl纯度高，可达99.9%2、HCl纯度稳定 3、可回收转化净化的酸,三、转化生产工艺,岗位任务：利用乙炔和氯化氢合成并处 理得到一定纯度的高压氯乙烯气体,HCl,三、转化生产工艺,三、转化生产工艺,热水循环系统,工艺原理干燥的混合气进入转化器，在氯化汞触媒的存在下，氯化氢和乙炔反应生成氯乙烯，反应方程式为：反应机理为：乙炔先与氯化汞加成形成氯乙烯氯汞此中间物不稳定遇氯化氢即分解生成氯乙烯,三、转化生产工艺,以上反应分五个步骤进行：外扩散：乙炔和氯化氢向炭的外表面扩散；内扩散：乙炔和氯化氢通过炭的微孔向内表面扩散；表面反应：乙炔和氯化氢在氯化高汞的活化中心反应生成氯乙烯；内扩散：氯乙烯通过炭的微孔向外表面扩散；外扩散：氯乙烯自炭外表面向气流扩散。其中表面反应为控制阶段。,三、转化生产工艺,触媒：高效环保多元复合型氯化汞 触媒（IV型）该触媒用密闭法工艺制造，采用酸化处理后的活性炭浸渍氯化高汞溶液后干燥制成，并加入了多种助催化剂配方，该种触媒在热稳定性、抗毒性、抗积炭、抗结块、环保等方面都比较好。HgCl2：10.512.5%助催化剂：2.043.15%水分含量：0.3%机械强度：95%装填密度：550600克/升,三、转化生产工艺,转化器主要副反应：C2H2+H2O CH3CHOC2H3Cl+HCl C2H4Cl2触媒中毒副反应：HgCl2+H2S HgS+2HCl3HgCl2+PH3(HgCl)3P+3HCl混合器过氯副反应：Cl2+C2H2 C2HCl+HCl,三、转化生产工艺,工作容积 19m3 换热面积 20 夹 套 罐 内设计压力 0.55MPa 0.088MPa工作压力 0.5MPa 0.08MPa设计温度-35-35工作温度-35-14物 料冷冻盐水 乙炔、氯化氢,酸雾捕集器,三、转化生产工艺,换热面积 335m2 壳程 管程设计压力：0.55 MPa0.08 MPa工作压力：0.5 MPa 0.05 MPa设计温度：100150工作温度：9099100185物料名称：热水 氯乙烯 氯化 汞 活性炭,转化器,三、转化生产工艺,三、转化生产工艺,转化器,泡沫水洗塔容积 5.78m3设计压力 常压 工作压力 常压设计温度 75 工作温度 50物料名称 氯乙烯 氯化氢气体 盐酸,三、转化生产工艺,关键控制点,分子比C2H2:HCl=1:1.051.1混合器温度042、45报警50紧停1，2#石墨冷凝器 气相出口 0-7；-12-16转化器前混合器含水00.07%(抽查)合成反应温度110180（新触媒温度100150）合成气总管(后台)HCl 27%、C2H23%2#泡沫塔出口温度:50 配碱浓度NaOH 1015%换碱浓度NaOH 5%Na2CO38%(冬天5%)压缩机油压：0.15MPa，水压0.2MPa压缩机进出口压力：1.54kPa；0.50.7MPa气柜使用范围：3080%气柜含氧:1%机后冷却器出口温度：4575 热水槽温度：9599,三、转化生产工艺,工艺连锁：膜温度达到50连锁自动跳闸 气柜高度15%压缩机自动跳闸 压缩机油压、水压0.1MPa压缩机跳闸 二合一氢气压力50KPa，氯气切断阀自动切断，转化乙炔切断阀自动切断,三、转化生产工艺,转化率计算：转化率是反映乙炔反应程度的参数,三、转化生产工艺,现有工艺存在的问题：1、脱水效果差 现在含水量在0.3%以上，远远达不到0.07%的脱水要求2、转化器穿孔严重 近期转化器列管频繁穿孔，严重影响了生产的正常运行，由于水分大量进入系统，导致触媒消耗高，转化率差，单体耗乙炔居高不下3、净化酸浓度较低 虽然增加了一个盐酸冷却器，但是现在酸浓度仍然只有20%左右,三、转化生产工艺,针对以上问题，我们采取了以下措施：1、近期准备增加两个酸雾捕集器，加强脱水效果；2、加强转化器基础管理，控制转化器循环热水各项指标，对转化器列管腐蚀原因进行研究，找到应对措施；3、控制净化温度，尽量提高净化酸浓度。,三、转化生产工艺,三、转化生产工艺,氯乙烯（C2H3Cl）1.理化特性氯乙烯也叫乙烯基氯，属易燃气体，为无色具有醚样气味的气体。熔点：-159.8，沸点：-13.4，相对密度（水=1）：0.91，相对密度（空气=1）；2.15。易燃，引燃温度415，爆炸下限：3.6%，爆炸上限：31.0%。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。用作塑料原料及用于有机合成，也用作冷冻剂等。,2.对人体的危害 本品侵入人体的主要途径是吸入。急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙烯病。急性中毒：轻度中毒时病人出现眩晕、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等；严重中毒可发生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。皮肤接触氯乙烯液体可致红斑、水肿或坏。慢性中毒：表现为神经衰弱综合症、肝肿大、肝功能异常。消化功能障碍、雷诺氏现象及肢端溶骨症。皮肤可出现干燥、皲裂、脱屑、湿疹等。本品为致癌物，可致肝血管肉瘤。3.急救措施 皮肤接触本品后要立即脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。就医。眼睛接触本品后，立即提起眼睑，用流动清水或生理盐水彻底冲洗。就医。吸入本品后，迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。,三、转化生产工艺,岗位任务：粗单体经精馏低塔和精馏高塔分别分离除去低沸物和高沸物后，冷凝成纯度99.99%精单体，至精单体贮槽供聚合使用。,四、精馏生产工艺,四、精馏生产工艺,预冷器B,膜回收系统流程图,四、精馏生产工艺,工作原理：液体混合物的精馏过程，是一个传质传热的过程，其分离效果基于组成混合物的不同物质具有不同的挥发度，即不同物质在相同压力下具有不同的蒸汽压和不同的沸点，利用恒压不同温度下各物质在气相里的组成和液相里的组成之差异来使各物质相互分离的过程。精馏过程必须依靠以下两个条件：由塔底加热釜（或称再沸器）使物料产生上升的蒸汽；由塔顶冷凝器使部分蒸汽冷凝为向下流的液体（又称回流）。回流比是指精馏段内液体回流量与塔顶馏出液量之比，是表征精馏塔效率的主要参数之一。,四、精馏生产工艺,主要除去杂质：低沸物：乙炔，氯甲烷高沸物：1，1二氯乙烷 反式 1，2二氯乙烯 顺式1，2二氯乙烯 偏二氯乙烯 三氯乙烯 1，1，2三氯乙烷 水,四、精馏生产工艺,低沸塔介质：氯乙烯容积：3.5m3 设计压力：0.65MPa最高工作压力：0.6MPa 设计温度：40,四、精馏生产工艺,高沸塔介质：氯乙烯容积:8.9m3 设计温度:50设计压力:0.6MPa最高工作压力:0.5MPa,四、精馏生产工艺,四、精馏生产工艺,精单体槽,四、精馏生产工艺,精单体槽,精单体质量：VC99.95%；气相乙炔5ppm 液相乙炔20ppm1,1-二氯乙烷30ppm 粗VC贮槽液面：4070%低塔釜液面：4070%低塔釜温：3545低塔釜压力：0.450.55MPa 低塔顶温度：1530 高塔釜温：2535 高塔釜压力：0.250.35MPa 高塔顶温度：1525高塔顶压力：0.200.30MPa 成品冷凝器压力：0.200.30MPa精单贮槽液位:80%进膜前原料气温度:2530一级渗透气超压报警：0.2MPa膜前温度超高报警:45 联锁停车:膜温度达到50尾冷器出口温度：-15-18 尾气出口压力：0.500.60 MPa尾气排放VC10%（开膜回收时2%）,关键控制点,四、精馏生产工艺,精馏收率：精馏收率是衡量精馏装置尾气排空损失，也即估计装置总收得率的指标，其简化计算式是：精馏收率=,四、精馏生产工艺,四、精馏生产工艺,目前我部采用膜法回收精馏尾气中的VCM和C2H2。但膜回收系统存在以下问题：（1）氧气在系统内积累 氧气比氢气氮气、渗透性强，易通过膜进入转化精馏系统，并在系统内循环积累，且系统内氧浓度越大，渗透性越大，使渗透气含氧高，增加安全隐患。而且氧能够和氯乙烯反应生成过氧化物引发氯乙烯自聚，堵塞低塔塔盘增加维修费用。（2）副反应增多 膜回收法产生的一级渗透气含有多种成分，其返回到后台转化器进口，会造成副反应增多，副反应产物会增加精馏塔负荷，且对PVC的质量有影响。,（3）对后台转化器及氯化汞触媒的影响 膜回收的一级渗透气含有多种成分且流量较大，加大了原料配比操作难度，如果在转化器间分配不均，不仅降低转化器温度，还会因为乙炔过剩，易使升汞还原为甘汞，催化剂失效，造成转化率下降。（4）对精馏系统的影响 由于大量的氢气氮气等不凝气体在整个系统内循环，会大幅增加压缩和精馏系统的负担，同时不凝气体会在精馏换热设备列管表面产生气膜，导致传热系数显著下降，总传热系数降幅达10%以上，压缩负荷也会增加10%，精馏效率会下降5%左右，尾冷负荷也将增加10%以上。（5）杂质对膜的损害 该技术的分离膜是非常精细的高分子膜，任何细微的液滴和固质粒子都会对膜产生损害，因此膜的寿命比较短，需要定期更换。（6）处理排放的尾气中VCM和乙炔含量过高，不仅造成浪费，增加PVC生产成本，而且与国家环保合格排放标准有很大差距。VCM中含有的Cl对臭氧层有很大的危害，易造成臭氧空洞。,四、精馏生产工艺,四、精馏生产工艺,针对以上问题，我们采取了以下措施：近期即将实施的变压吸附技改项目，该项目利用气体在高压下易被吸附剂吸附和在低压下易解吸的原理回收精馏尾气中的VCM和C2H2，同时回收H2用来生产HCl。,四、精馏生产工艺,氯乙烯精馏尾气先经过加热然后进入PSA-系统，氯乙烯、乙炔等吸附能力较强的组份被吸附剂吸附，被吸附的氯乙烯和乙炔等气体在逆放和抽空阶段解吸出来，作为产品气输出。净化后气体进入 PSA-系统，在此，被吸附的杂质气体如 N2、CO2 及部分H2等作为解吸气放空，得到纯度合格的产品氢气返回系统回收利用。,四、精馏生产工艺,该项目相对于膜回收系统有以下优点：1、回收率高；2、操作弹性大；3、尾气排放达标；4、自动化程度高；5、装置可靠性高；6、能耗和运行及维护费用低；7、有计算机专家故障诊断系统，安全可靠，能实现多塔任意切换，可在线维修,五、冷冻生产工艺,岗位任务：氨冰机岗位任务：NH3系统-35冷媒水供精馏尾气冷凝器、聚合助剂冷却器；NH3系统0冷媒水供老转化（净化系统、机前冷）、聚合（1#、2#挡板水）、精馏（成品冷凝器）。,氟冰机岗位任务：新氟系统-35冷媒水供新、老转化脱水；新氟系统0 冷媒水供新转化（净化系统、机前冷）、聚合（3#、4#釜挡板、夹套水）、精馏（新、老低塔、新高塔）；老氟系统0冷媒水供聚合1#、2#釜夹套和CN-1F a、b。,五、冷冻生产工艺,五、冷冻生产工艺,溴化锂冰机岗位任务：制造7 水供应氢气冷却器、精馏预冷器、全凝器、老高塔,循环水岗位任务：共有4个循环水池：1.大池2.小池3.冰机池4.新池 为整个PVC提供循环水,五、冷冻生产工艺,氨系统方框流程图,五、冷冻生产工艺,冷冻水制取工作原理及流程：通过螺杆式压缩机将气态制冷剂压缩为高压气体，再在冷凝器中经过循环水将气态制冷剂冷凝为液态，最后在蒸发器内制冷剂和载冷剂进行换热，制冷剂蒸发带走热量，通过控制蒸发压力，将载冷剂冷却到合格温度外送。循环水工作原理及流程：从各用户来的循环水在凉水塔内经喷头喷成雾状水，经凉水塔风机抽起空气带走循环水的热量，回到循环水池内，被冷却后的循环水，经泵加压后，送往各用户。如此往复循环。,五、冷冻生产工艺,载冷剂：乙二醇溶液（0 盐水）、氯化钙溶液（-35 盐水）制冷剂：NH3（-33.5）氨冰机、R22（二氟一氯甲烷、-40.82）氟冰机,五、冷冻生产工艺,主要设备：螺杆式压缩机、油气分离器、油冷却器、冷凝器、蒸发器、气液分离器,油气分离器,螺杆式压缩机,五、冷冻生产工艺,螺杆式制冷压缩机原理：螺杆式制冷压缩机是回转式容积型压缩机，依靠气体进入机器后体积的缩小使气体密度急剧增加而使气态制冷剂压力升高。螺杆式制冷压缩机的机体内装有两只互相啮合的平行转子阳转子和阴转子。当两转子转动时，两转子的齿部相互插入到对方的齿槽内，随着转子的旋转，插入的长度越来越大，容纳气体槽的容积越来越小，从而达到压缩气体制冷剂的目的。,五、冷冻生产工艺,NH3纯度:98%100%(含水00.02%）CaCl22H2O纯度：67%氨，氟系统-35冷冻盐水温度：-25-35氨，氟系统0盐水温度：-55 CaCl2盐水比重：12751295kg/m3乙二醇盐水比重：1030 kg/m3-35氨蒸发器蒸发压力：-0.0530.053MPa0氨蒸发器蒸发压力：0.0120.3MPa盐水送出压力：0.350.8MPa氨贮槽（冷凝器压力）：0.81.65MPa氨贮槽液位：1/32/3 循环水池液位:6090%氨压缩机出口温度 0110 氟冰机出口温度 100,主要指标,五、冷冻生产工艺,溴化锂项目利用热水带出的二合一合成炉的反应热，通过溴化锂冰机获取低温冷水，用于精馏预冷器、全凝器、塔顶冷凝器、氢气冷却器、聚合CN1F的冷却介质。,五、冷冻生产工艺,溴化锂项目产生的效益(1)、减少PVC用电量。溴化锂机组投用后，全年平均电耗下降70KWh/吨，按PVC产量340T/日，每kWh 0.53元计算，每年增效0.5334070350=441万元.(2)、二合一H2温度由40下降至20，进入二合一合成炉的水量减少，可使二合一合成炉受腐蚀大大减少，降低了维修费，保证了系统稳定生产，同时增加了合成炉的产能。(3)、大量热源得到回收和合理利用，达到了节能降耗的目的。,五、冷冻生产工艺,欢迎大家加盟宜化,