氯乙烯生产工艺毕业论文1.doc
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1、 北方学院化工专业毕业设计 题 目: 氯乙烯 生 产 工 艺 学生姓名: 系 别: 理工学院 专业年级: 高分子材料与工程 指导老师: 2011年8月18日目 录前言41 氯乙烯的概述4第一章 氯乙烯的理化性质51 氯乙烯的理化性质51.1 理化性质51.2 反应方程式51.3 稳定性与反应性6第二章 生产方法的选择61 各种生产方法概述61.1 电石乙炔法71.2 二氯乙烷法71.3 乙烯氧氮化法72乙炔法合成氯乙烯介绍8第三章 工艺流程的设计与绘制83.1 反应热及时移出83.2 反应器型式93.3 管外用加压的循环热水进行冷却93.4 发挥催化剂床层的效率,提高处理量93.5 工艺流程叙
2、述9第四章 氯乙烯合成岗位工艺指标10第五章 氯乙烯合成岗位开停车操作111.1 系统开车及准备121.1.1 初始开车或检修后开车前准备121.1.2 正常开车开车前准备131.2 开车操作步骤131.3 系统正常操作141.4 系统正常停车操作151.5 系统紧急停车步骤151.6 停车后处理16第六章 合成岗位的主要设备16第七章 氯乙烯合成岗位不正常情况及处理方法17第八章 工艺计算181 物料衡算18第九章 氯乙烯合成岗位应急预案201 停水、电、气等紧急现象及处理20参考文献21致谢21摘要 随着国民经济的高速发展,社会需求的增长,刺激了PVC树脂生产的迅速发展,目前全国有生产企业
3、80余家,但规模较小,年产十万吨以上的厂家仅有上海氯碱化工股份有限公司和齐鲁石化总公司。近年我国PVC树脂产量远远不能满足市场的需求,这与我国大部分生产厂家工艺技术落后,VC原料短缺有直接关系。我国相关技术也基本处于比较落后的水平,且相关资源也不够丰富,致使我国有相当一部分生产氯乙烯厂家还是使用的比较落后的乙炔法,但是此方法对于我国目前国情还是有相当大的适应性,虽然它是最古老但最简单的商业生产路线。乙炔法合成氯乙烯曾为我国聚氯乙烯工业的发展做出巨大贡献,至今仍约占我国氯乙烯总生产能力的2/3、产量的1/2以上。目前我国以电石乙炔为原料的聚氯乙烯生产厂共76家,总生产能力124万吨/年。在能源成
4、本愈来愈高以及国内外竞争日益激烈的今天,建立在高能耗电石基础上的乙炔法聚氯乙烯工业正面临严峻考验。关键字 乙炔 氯乙烯 聚氯乙烯 氯碱 能源 高能耗 前言1 氯乙烯的概述 氯乙烯又名乙烯基氯,是一种应用于高分子化工的重要的单体,为无色、易液化气体,是塑料工业的重要生产原料,是生产聚氯乙烯塑料的单体;或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物,用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维,也用作化学中间体或溶剂。由于传统的电石乙炔法制氯乙烯需要消耗大量电能, 对环境造成了严重的污染, 我国在几家较大的氯乙烯生产厂引进了日本、欧洲的平衡氧氯化生产工艺, 该工艺由于具有成本低、质量高、污染小、易于大规模生产等优点, 是
5、目前世界上比较通用的氯乙烯生产工艺。但是, 平衡氧氯化法生产氯乙烯需要大量消耗石油中的乙烯, 随着石油资源的日益短缺和对氯乙烯供不应求矛盾的日益尖锐, 这一工艺也暴露出它的弊端。作者研究开发了乙烷在较低温度下, 高转化率、高选择性脱氢氧化氯化生成氯乙烯的新催化剂及相应的工艺过程。该过程一旦开发成功, 可为炼气厂、油田气中乙烷生产氯乙烯提供了一条新的技术路线。最初的氯乙烯生产全部以乙炔为原料。60年代后期,随着乙烯装置大型化及乙烯氧氯化技术的成熟,乙烯法在经济和环保等方面占有明显的优势,在世界范围内乙炔法迅速被乙烯法取代。迄今为止,全世界氯乙烯装置93%以上采用乙烯法,在工业发达国家如日本,以全
6、部淘汰了乙炔法,仅在我国及其它发展中国家仍占有相当比重。 第一章 氯乙烯的理化性质1 氯乙烯的理化性质 1.1 理化性质无色有醚样气味的气体,沸点-13.9,熔点-160.0,闪点-17.8,冷凝点-159.7,相对密度(水=1):0.91,易燃易爆,与空气混合能形成爆炸性混合物。微溶于水,溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。1.2 反应方程式 乙炔和氯化氢在氯化汞催化剂作用下生成氯乙烯反应式:C2H2+HClC3H2Cl+124.8KJ/mol 1.3 稳定性与反应性1.3.1化学稳定性极易燃。气体比空气重,可沿地面流动,可能造成远处着火,有湿气存在时,腐蚀铁和钢。1.3.2燃烧(分解)产物
7、燃烧时,分解生成氯化氢和光气等有毒和腐蚀性烟雾。1.3.3避免接触条件避免受热、光照和接触空气与潮气。第二章 生产方法的选择1 各种生产方法概述目前,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
8、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
9、, 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: 电石乙炔法、二氯乙烷法、乙烯氧氯化法和平衡氧氯化法。1.1 电石乙炔法电石乙炔法是最早的氯乙烯生产方法。它主要利用乙炔和氯化氢为原料,用氧化汞做催化剂进行加成反应,生成氯乙烯。其优点是工艺成熟、简单, 设备投资低, 但由于采用电石作为原料, 需要消耗大量电能, 使氯乙烯成本上升,反应中所用的催化剂对环境的污染严重。电石乙炔法在世界上已基本被淘汰, 但这是我国目前主要的氯乙烯生产方法。1. 2 二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯为原料与氯气反应生成二氯乙烷( E
10、 D C) , 然后由二氯乙烷热裂化制备氯乙烯的方法。该法的副产物是H CI , 如果不加以利用,生产成太高。与电石乙炔法联合起来可以解决H CI 问题。但这种方法既不能完全向石油天然气化工方向转化,又不能完全摆脱电石乙炔法, 所以没有发展前途。1. 3 乙烯氧氮化法氧氯化法是对利用氯化氢合成有机物的这一类反应的总称。乙烯氧氯化法的化学反应方程式为:;这种方法是目前缺少氯气的地区采用的方法。这3种氯乙烯生产工艺中, 除了第一种生产工艺走的是电石路线外,后三种生产工艺均属于石油路线( 即以石油或石油产品为原材料生产氯乙烯) 。目前在我国, 除齐鲁石化、上海氯碱总厂、北京化工二厂和天津大沽化工厂四
11、家较大的聚乙烯生产企业采用了以乙烯为原料的平衡氧氯化法,天津乐金公司直接以进口的氯乙烯为原料外, 其余厂家均是电石乙炔法, 乙炔法生产氯乙烯占氯乙烯总生产能力的63.4 % 。电石路线由于存在耗电量大, 成本高以及环境污染严重等问题, 正在被世界各国所淘汰,而石油路线则由于成本低、质量高、污染小、易于大规模生产等优点, 成为目前世界上比较通用的生产工艺。但是, 随着石油资源的日益枯竭以及氯乙烯的需求不断增加, 必须有新的氯乙烯生产工艺的诞生。石油和天然气通常是相伴而生, 在石油和天然气当中,石油的应用非常广泛, 而天然气虽然有极丰富的贮藏量, 但其在化学工业上的应用还远远赶不上石油。如何使天然
12、气替代或部分替代石油在国民经济中的作用, 是人们一直关注的课题。尤其是随,着石油资源的日益减少和天然气资源的大量发现,天然气的转化和利用越来越受到人们的重视。在这种情况下, 很自然想到用天然气、油田气中的乙烷来取代石油中的乙烯, 用于氯乙烯的生产。因此,电石法PVC 在国内还可以生存相当长时间。2 乙炔法合成氯乙烯介绍最老也是最简单的商业路线是用无水氯化氢在活性炭作载体的氯化汞催化剂上面通过乙炔气相加成生成氯乙烯单体。同其它氯乙烯路线相比,该工艺反应简单,收率高,因此可做简单的产品净化,没有大量的废物处理问题,其基建和运营成本低于氧氯化法路线。通过氢气和氯气的反应,在现场可获得无水氯化氢。乙炔
13、进行烘干,然后通过碳床,脱除催化剂毒素(如硫化物)。无水氯化氢、净化过的乙炔和循环气一起用反应器排出物通过间接热交换预热,并送到转化器。每个反应器都是管间走导热的多管热交换器,去除反应放热,然后在外部热交换器中产生蒸汽。反应管装满了催化剂粒料,粒料由负载在活性炭载体上10重量百分比的氯化汞组成。反应器通常在90到140摄氏度(取决于催化剂活性)和1.51.6大气压力下运行。在每个反应器中每一反应物的转化率为98%99%。反应器排出物由氯乙烯、副产品以及未反应的乙炔和氯化氢组成,通过与反应器进料进行间接交换冷却,然后用水和碱洗涤。产品气经过压缩、冷却,连同冷凝的氯乙烯和氯化的烃副产品送往汽提塔。
14、汽提塔底部的粗氯乙烯在后处理塔内提纯,脱除重的氯化有机物和乙醛以便另行处置。氯乙烯汽提塔的塔顶馏出物进入另一个吸收器汽提塔系统,乙炔和氯化氢循环到反应器,轻的氯化烃类送去焚化。第三章 工艺流程的设计与绘制3.1 反应热及时移出: 反应是放热反应,局部过热会影响催化剂的寿命(HgCl2升华,使其活性下降)。因此,在反应过程中,必须及时地移出反应热。3.2 反应器型式:工业上经常采用多管式的固定床氯化反应器,管内盛放催化剂。经过干燥和已经净化的乙炔和氯化氢的混合气体,自上而下地通过催化剂床层,进行反应。3.3 管外用加压的循环热水进行冷却。3.4 发挥催化剂床层的效率,提高处理量:反应是放热反应,
15、乙炔的空速大,则有局部过热现象(热点温度),因此,乙炔的空速也受到限制。如果整个床层温度都接近最佳的允许温度,就可以充分发挥催化剂床层的效率:采取分段进气、分段冷却和适当调整催化剂活性等方法,可以使床层温度分布得到改善,乙炔空速可以提高,因而催化剂的生产能力也可以显著提高。3.5 工艺流程叙述: 乙炔加氯化氢制氯乙烯的工艺流程如图所示。 乙炔可由电石水解得到。 经过净化和干燥后的乙炔,与干燥的氯化氢以1:1.051.1的比例混合,进入反应器,进行加成反应,乙炔转化率可达到99%左右,副产物1,1-二氯乙烷的生成量约为1%左右。 从反应器出来的气体产物中,除含有产物氯乙烯和副产物1,1-二氯乙烷
16、以外,还含有510%的氯化氢,和少量没有反应的乙炔。 反应气体经过水洗和碱洗,除去氯化氢等酸性气体,并且用固体KOH进行干燥,再经过冷凝冷却,得到粗氯乙烯凝液。 粗氯乙烯先经过冷凝蒸出塔,脱去溶解于其中的乙炔等气体后,进入氯乙烯塔进行精馏,除去1,1-二氯乙烷等高沸点杂质,塔顶蒸出产品氯乙烯,产品氯乙烯贮于低温贮槽中。第四章 氯乙烯合成岗位工艺指标 岗位工艺生产控制指标和频次序号项目名称单位指标检测点检测者检测频次分类1乙炔气水封PH值PH值7乙炔气冷却器排污口操作工1次/小时D2二级乙炔气冷却器气体出口温度12乙炔除雾器出口管操作工1次/小时D3混合器出口气体温度35混合器出口管操作工1次/
17、小时B高限报警25操作工1次/小时D4级混合气冷却器气体出口温度-4-81#2#石墨冷却器气体出口操作工1次/小时A5级混合气冷却器气体出口温度-14-173#4#石墨冷却器气体出口操作工1次/小时A6活化石墨冷却器出口温度-7-10活化石墨冷却器出口操作工1次/小时D7混合气含HCl%4951级除雾器出口管操作工1次/2小时C8预热器出口气体温度75预热器出口管操作工1次/小时B9转化器最高温度连续两点180转化器热电偶操作工1次/小时D10组合塔气相进口温度20组合塔气相进口管待添加的隐藏文字内容1操作工1次/小时A11组合塔气相出口温1245组合塔气相出口管操作工1次/小时C12组合塔下
18、酸浓度%312组合塔下酸管操作工1次/4小时B13进组合塔31%酸1018组合塔前31%酸管操作工1次/小时C14进组合塔19%稀酸2022%稀酸进组合塔管线管操作工1次/小时C15水洗塔下酸浓度%8水洗塔下酸管操作工1次/小时A16碱洗塔ANaOH%510碱洗塔A出口管分析工1次/4小时CNa2CO3817碱洗塔BNaOH %815碱洗塔B出口管分析工1次/4小时CNa2CO38A-重要记录指标 B-般记录指标 C-观察记录指标 D-观察不记录指标第五章 氯乙烯合成岗位开停车操作1.1 系统开车及准备1.1.1 初始开车或检修后开车前准备1.1.1.1 检查所属设备、管道、阀门、电器、仪表是
19、否完好可用。1.1.1.2 系统试压合格后按计划用氮气置换设备、管线里的空气。当取样分析含氧3%则为置换合格。1.1.1.3 按计划串、并联主属管线及岗位设备。1.1.1.4 打开一、二级乙炔冷却器、氯化氢冷却器、混合气换热器冷却水进、出口阀门;打开废酸冷却器、氯乙烯冷却器、脱酸塔酸冷却器、组合塔酸冷却器、水洗塔冷却器冷却水进、出口阀;打开盐酸常规解析去组合塔稀酸冷却器冷却水进、出口阀;打开盐酸深度解析解析塔顶二级冷却器和去水洗塔稀酸冷却器冷却水进、出口阀。通知冷冻站送7冷却水。1.1.1.5 打开盐酸常规解析塔顶HCL冷却器、稀酸冷却器循环水进出口阀;打开深度解析HCL一级冷却器、蒸汽冷凝器
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