氯碱工艺及仪表选型.ppt

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1、氯碱工艺应用及仪表选型,聚光科技(杭州)有限公司2009年1月V1.0,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯碱行业概况介绍,电解工艺及仪表选型,VCM工艺及仪表选型,聚合工艺及仪表选型,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,行业概述,氯碱行业是以氯和碱作为主要原料的化工行业总称。氯碱行业主要的产品有：烧碱、液氯、PVC、盐酸。过去氯碱行业以地方国企为主，规模偏小，但新建企业开始大量引入民营资本，规模都在10万吨/年以上。由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是重要的基础化学工业之一。产品同

2、质化相对严重，属于完全竞争行业。我国的氯碱工业主要采用两种生产工艺：隔膜法和离子膜法。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,整体工艺,电解装置,氯乙烯（VCM）单体的备制,VCM 聚合成 PVC,Cl2,VCM,电解装置利用电解食盐生产：烧碱、氯气、氢气、盐酸，为下游生产提供Cl2气。VCM装置利用Cl2和乙烯/乙炔生产VCM单体。PVC装置利用VCM进行聚合。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,企业分布,目前，全国氯碱企业有近200余家，其中PVC厂家有87家，其中电石法有75家。主要分布在山东

3、、天津、四川、河北、江苏、浙江、上海、河南、新疆等省。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,发展现状,规模与技术问题 我国氯碱企业规模普遍偏小、布局分散、集中度低，区块分割现象比较严重，另外由于石油、电费涨价等原因企业效益相对其他行业较差。氯与碱平衡问题 国内市场上氯产品需求旺盛，而烧碱市场相对疲软。氯产品的开发与生产成为企业今后主要的效益增长点，也是氯碱生产中决定企业经济效益和技术水平的最关键的因素之一。安全与环保问题据国家安全局统计，由氯气及含氯化合物引起的占全部安全安事故的22%。另外，电石法PVC耗电高，含氯尾气扩散等污染已经引起了国家环

4、保局重视。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,企业需求,迫切需要提高经济效益，提高企业竞争力：扩大生产规模；提高氯利用率；调整产品结构。亟需降低事故发生率，降低舆论和环保压力：加强工艺控制；提高安全意识；配置安全设备。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯碱行业概况介绍,电解工艺及仪表选型,VCM工艺及仪表选型,聚合工艺及仪表选型,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,电解工艺,电解是借助直流电流来进行化学反应的过程。当以直流电通过食盐水溶液时，产生

5、离子的迁移和放电，可以制造烧碱、氢气和氯气。电解总反应式：2NaCl+2H2O Cl2+H2+2NaOH阳极上反应式 2CL-2e Cl2阴极上反应式 2H2O+2e H2+2OH-氯碱生产有离子膜法、隔膜法、水银法。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,隔膜法,盐水由管r连续加入阳极室。阳极液不断地从阳极室通过隔膜的孔隙流入阴极室。阴极上生成的电解液，经电解槽底部的管n连续流出。氯气及氢气分别经过管c及h连续排出。在阴极石墨棒a上，进行的主要电极反应2Cl-2eCl2食盐水溶液经电解后发生的主要反应是溶液中的Cl-在阳极上放电并逸出Cl2后，阳

6、极液中剩下的Na+向阴极迁移，这与阳极液从阳极室通过隔膜的孔隙流入阴极室，在方向上是一致的 在铁阴极K上进行的主要电极反应为：随着放电的结果，在阴极室的溶液中就剩下了OH-，它与来自阳极液中的Na+形成NaOH，所以阴极室的溶液又称为电解碱液；简称为电解液,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,电解槽,以前隔膜电解槽发展相当缓慢，以石墨制作阳极有90多年历史，从1969年开始，石墨阳极逐渐被长寿命、低能耗的金属阳极所取代。金属阳极 金属阳极是一种新型高效电极材料。所谓金属就是以金属钛为基体，在基体上涂一层其它金属氧化物的活化层所构成的阳极。当前，金

7、属阳极一般采用网形结构。阴极：隔膜电解槽能使用的阴极材料有铁、铜和镍。铁的导电性能良好，耐电解液的腐蚀；铁易于制成各种形状，经济合适。因此，在工业上一般采用铁作为阴极材料。石棉隔膜 立式吸附隔膜电解槽的隔膜，是以石棉纤维为材料制成的滤过式的隔膜。石棉隔膜能阻止气体分子穿过，但不能阻止水分子和离子穿过。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,MDC-20型 隔膜电解槽,1漏斗 2电解液流出管3氢气出口 4阳极液面视镜5阴极侧面网 6氯气出口7盐水入口管 8紧固缆带9槽盖吊耳 10塑料槽盖 11拉紧弹簧 12阴极铜排 13阴极管 14阳极铜底板 15阴

8、极板16阴极网袋 17阳极 18底板垫片 19底座框架 20油灰软填料,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,电解盐水工段测点,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,NCl3测点,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气干燥塔后测氯气中微量水,典型工况检测需求如果H2O含量过高，CL2与水结合将生成大量盐酸，会腐蚀工艺设备，所以需要检测H2O含量。测点特点CL2与水结合将生成盐酸，有较强的腐蚀性，不宜进行接触式测量。H2O含量很低，通常在5-10ppm.,

9、Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气中微量水传统解决方案,定期抽样实验室分析,P2O5在线检测该仪器的原理是电解原理；系统由测量探头和二次仪表组成；气体流过探头时，气体中微量水被涂敷在电极表面P2O5吸附,变为磷酸。在微小电流的电解下，磷酸被电解，重新变为五氧化二磷，同时产生H2和O2。电解点流和水分含量成比例关系，通过测量电解电流，可以计算出水分含量。主要产品：德国CMC的TMA-202，AMETEC的MODEL304，美国MEECO的nastyboy，成都仪表厂产品。,Copyright 2005 FPI inc,all right re

10、served,氯气中微量水传统解决方案,P2O5分析仪的缺陷：需要定期清洗探头，并重新涂敷P2O5，清洗后需要用高纯氮气吹扫20小时以上，往往需要送回厂家处理，每次每台收费1000-2000元。影响使用。系统有本底误差，测量结果易受温度、压力、流量的影响；由于电解需要时间，系统反应时间慢，从1ppm变化到10ppm需要5分钟系统测量精度受到样品气流量、系统压力、电解池温度的影响。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气中微量水LGA解决方案,根据现场情况，可以有2种解决方案取样分析。仪表选用LGA4500适用于管径小于 50cm或压力较高的场合

11、。在位旁通式分析。仪表选用LGA4100，适用于无粉尘、水分少，工况干净，但工艺管径太小的场合。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气中微量水取样式解决方案,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气中微量水取样式解决方案,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气中微量水取样式解决方案,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯气中微量水旁通式解决方案,Copyright 2005 FPI inc,all

12、right reserved,氯碱行业概况介绍,电解工艺及仪表选型,VCM工艺及仪表选型,聚合工艺及仪表选型,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,客户现状,目前，客户缺乏有效的实验室手段对微量Cl2进行测量。由于正常情况下，微量Cl2含量非常低只有几十个ppm，很难用实验室取样分析的手段进行监测。实验室监测时间周期长频度有限，很难预防爆炸事故的产生。大多数氯碱厂采用保守的工艺方案进行生产，在合成HCl工艺段通入过量的H2，通过这种方法减少HCl过程气中Cl2残余。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved

13、,VCM工艺,电石乙炔法乙烯法二氯乙烷法乙烯氧氯化法乙烷法,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,电石法工艺,电石法制乙炔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HgCl2作为催化剂进行加成反应，生成氯乙烯。CaC2+H2O C2H2+Ca(OH)+130KJ/MoLC2H2+HClC2H3Cl其优点是工艺成熟简单，设备投资低。但采用电石作为原料，需要个消耗大量的电能，另外催化剂对环境污染严重。电石法在国外已经基本淘汰。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,电石法工艺,从冷却塔来的乙炔

14、气，在保证乙炔气柜至一定高度时，经水环泵加压通过清净塔与次氯酸钠接触，除去粗乙炔气中的S、P、CO2 等杂质。反应式如下：PH3+4NaCLO=H3PO4+4NaCLH2S+4NaCLO=H2PO4+4NaCLSiH4+4NaCLO=SiO2+2H2O+4NaCLAsH3+4NaCLO=H3AS04+4NaCL再经中和塔中和处理，反应如下：H3PO4+3NaOH=NaPO4+3H2OH2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O处理后的乙炔气经冷却器除去饱和水分，制得纯度达98.5%以上，不含S、P 的合格精制乙炔气送氯乙烯合成工序。,Copyright

15、 2005 FPI inc,all right reserved,电石法测点及选型,在氯乙烯反应炉中乙炔和HCl反应生成氯乙烯，但HCl中的杂质Cl2会与乙炔发生剧烈的放热反应，如果Cl2含量过高，会在反应炉中发生爆炸，威胁到生产装置和人员的安全。因此必须对HCl中微量Cl2含量进行实时监测。,电解装置,混合器,混合预热,C2H2,HCl,VCM,测点：HCl总管测量：HCl纯度&微量Cl2含量选型：OMA3000/LGA4000,HCl反应炉,VCM反应炉,测点：反应炉前后测量：微量水选型：LGA4500/LGA4100,Copyright 2005 FPI inc,all right re

16、served,二氯乙烷（EDC）法,C2H4+Cl2C2H4Cl2C2H4Cl2C2H3Cl+HCl沧洲化工实业集团公司是我国引进EDC原料生产的最大企业。其它氧氯化生产企业也有部分引进EDC原料生产。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,其他Cl2测点,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,乙烯氧氯化法,乙烯氧氯化法包括3 个步骤：(1)直接氯化，即乙烯和氯气在氯化铁的催化作用下发生加成反应生成二氯乙烷(EDC)；(2)EDC 裂解，即EDC 在高温下热裂解生成VCM 和氯化氢；(3)氧氯化，即氯氢

17、和乙烯、氧气在氯化铜的催化作用下反应生成EDC 和水。主要反应过程C2H4+2HCl+1/2O2C2H4Cl2+H2OC2H4Cl2C2H3Cl+HCl上海氯碱化工股份公司、齐鲁石化股份公司、北京化二股份有限公司、天津大沽化工厂基本上以氧氯化法工艺生产装置为主,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,化合成VCM 工艺流程框图,平衡氧氯化方法技术成熟，产品质量高，但工艺流程长、能耗高。日本学者曾提出将放热的反应（1）和吸热的反应（2）合并在一个反应器中进行，即氯化裂解反应。但该反应要在410480，常压0.3MPa 下进行，反应温度高，不可避免会产生

18、结焦等副反应，使VCM的收率下降。,乙烯直接加成氯化和乙烯氧氯化合成VCM 工艺流程框图,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,OMA3000微量Cl2分析系统选用OMA3000分析仪。,解决方案,光谱分析单元,预处理单元,气路控制单元,正压控制单元,减压阀,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,典型工况,要求耐腐蚀,要求大范围动态量程,防止冷凝，耐腐蚀,要求防爆,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,方案图,Copyright 2005 FPI inc,a

19、ll right reserved,系统规格,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,客户关注点,测量精度OMA3000微量Cl2分析仪采用的全息光栅分光技术和DOAS算法大大提高了微量气体的测量精度。OMA3000通过这两种技术可实现同时测量HCl&Cl2，能去除粉尘、气溶胶等物质的消光影响，在无需知道原始光强的情况下，使用长光程，可测量ppm级浓度的气体。产品寿命OMA3000微量Cl2分析仪针对氯碱行业工况恶劣、工作环境差等特点，选用耐腐蚀气路元件，并在采样前端安装气水分离器和过滤器来分离水汽，降低腐蚀可能。测量室采用高耐腐材料制成的塑料气体室

20、，高温（120度）伴热，避免水气和浓盐酸冷凝。光谱仪选用氙灯作为紫外光源，较氘灯寿命长很多，理论上寿命可达5年以上。可靠性OMA3000微量Cl2分析仪采用全固化光谱仪，无运动部件，对温度、湿度等不敏感。另外，仪器采用正压测量，无需采样泵。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,客户价值,防止爆炸事故发生，保障生产安全OMA3000微量Cl2分析系统可实时分析HCl总管中残留Cl2，一旦监测到Cl2含量超过设定值，就产生一路信号送至DCS，关闭C2H2的管道，防止爆炸发生。如果一旦发生爆炸，可能导致的直接损失不包括人员伤亡在100万元以上。提高HC

21、l产率和氯碱装置PVC产能OMA3000微量Cl2分析系统可分析总管中HCl纯度。通过分析HCl的纯度和Cl2含量，可有效减少通入过量H2的量，从而提高HCl产率。根据某大型氯碱厂的生产数据统计：每提高氯化氢纯度1，可以多生产氯乙烯单体3400吨/年,从目前有23的提升空间，至少可以多产PVC树脂650010000吨/年,创产值6000多万元/年,利润至少1000万元以上。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,VCM气提塔尾气测氧,基本工况测量需求 监测氧含量，以便防止爆炸。测量点特点 压力较低，少量水份，可以原位测量。磁氧表必须取样分析。LGA

22、解决方案原位分析：适用于现场工况较好，管径满足光程要求。旁通式分析：适用于管径太小，不能满足光程要求。取样分析：标定方便。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,氯碱行业概况介绍,电解工艺及仪表选型,VCM工艺及仪表选型,聚合工艺及仪表选型,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,聚合工艺,氯乙烯聚合是将VCM单体通过聚合反应生成聚氯乙烯的过程。悬浮法是生产聚氯乙烯的主要工艺，约占世界90%以上的产能。悬浮法生产聚氯乙烯：一般在不锈钢衬里的聚合釜中加入去离子水、VCM单体、分散剂的聚合引发剂等，在脱气后升

23、温聚合，当达到所需的聚合转化率后，回收未反应单体，经脱水、干燥后生产出聚乙烯。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,PVC气提塔工艺及检测点,氯乙烯经精馏工段，精馏塔尾气经变压吸附回收，一、二级合成转换器转换，再经净化后到压缩机入口，进入压缩工序。单体氯乙烯精馏塔精馏后，进入压缩机入口，经压缩进入聚合釜聚合，聚合塔尾气冷凝后经压缩机返回聚合。,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,PVC简单工艺及检测解决方案位图,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,具体测点,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,具体测点,Copyright 2005 FPI inc,all right reserved,具体测点,Q&A！,