氯乙烯生产工艺技术的优化

2023-01-16

1 引言

氯乙烯是一种无色、易液化的气体, 容易发生聚合, 主要用途是制备聚氯乙烯、冷冻剂、有机合成等。聚氯乙烯具有广泛的应用范围, 作为热塑性树脂经过一定的加工、改性后可以制成卫生级食品包装原料、普通泡沫塑料等。在不断提高的聚氯乙烯质量要求和复杂化的生产工艺下, 人们必须提高氯乙烯的生产工艺, 以提高聚氯乙烯的质量和纯度, 从而促进氯乙烯产业化发展和生产技术的更新。

2 氯乙烯的电石法生产工艺现状

为了提高聚氯乙烯产品的质量和纯度, 我们必须优化氯乙烯的生产工艺技术, 从而提高聚氯乙烯的市场竞争力。氯乙烯主要的工业生产方式有乙烯氧氯化法、电石法、二氯乙烷/氯乙烯法三种, 最主要的生产方式还是前两种。电石法是工业化生产氯乙烯的最早应用工艺, 其生产过程是应用电石和水反应生成乙炔, 再将乙炔与氯化氢反应, 在氯化汞的催化作用下制备氯乙烯。

3 氯乙烯的电石法生产工艺技术存在的问题

电石法生产氯乙烯具有明显优势的同时, 也不可忽视其生产装置中存在的一些问题, 半自动化和手动操作严重影响着生产过程的控制系统。电石法生产工艺存在的问题主要有以下几方面:

3.1 生成乙炔时的温度和压力控制问题

生成乙炔时, 由于水解反应会释放大量的热, 造成整个发生器的温度和压力急剧上升, 当压力超过一定范围则会引起爆炸。现阶段在后续工段采取气柜方式降压, 但由于气柜占地面积大, 后期的较高维护费用和本身存在的爆炸可能性, 不是一个合理的选择。

3.2 氯气和氢气的配比问题

氯气和氢气的配比直接关系着整个氯乙烯的生产安全和产品纯度、产量, 而现阶段我国基本上通过人工经验观察火焰颜色来控制氯气和氢气的输入量, 存在较大的误差, 容易造成安全问题。

3.3 氯化氢和乙炔的配比问题

氯化氢和乙炔的配比理论上应该是1:1关系, 但实际生产中为保证反应朝正方向进行, 控制的比例应为1.05:1。控制配比出错, 很容易由于过量氯化氢造成设备腐蚀, 而过量乙炔容易造成中毒现象, 增加生产成本。

3.4 氯乙烯转化的温度和压力控制问题

生产过程中应该控制氯乙烯的反应温度在130oC-180oC之间, 温度过低造成资源浪费, 温度过高造成氯化汞催化剂中毒失效, 该阶段的温度控制直接影响着企业的经济效益和生产质量水平。为控制氯乙烯转化的温度和压力, 常采用气柜装置控制生产压力, 但气柜占地面积和存在的安全隐患, 不是很好的解决方法。

3.5 故障诊断系统问题

氯乙烯生产工艺过程中, 最常出现的问题有低高沸塔塔板脱落、管道堵塞等, 这些问题出现环节主要由人工来完成操作, 存在明显滞后性, 不利于未来发展。

4 氯乙烯生产工艺技术的优化措施

4.1 乙炔生产工序的优化措施

优化乙炔生成工序, 从而提高乙炔生产效率。常采取的优化措施是通过建立PFC-PID串缓控制系统, 采取PID控制系统内循环, 采取预测函数模型控制系统外循环, 实现自动化对乙炔反应发生器内的化学反应温度进行控制。PFC-PID串缓控制系统的主控变量为冷却塔的出口压力, 确保系统具有稳定的压力, 系统的副控变量为乙炔发生器的反应温度, 确保稳定的系统压力下适当提高反应温度, 提高乙炔生产率。

PFC-PID串缓控制系统的建立取代传统气柜装置, 避免了气柜的安全隐患和维护成本, 提高了氯乙烯的生产安全。

4.2 氯化氢合成工序的优化措施

优化氯化氢合成工序, 从而提高系统安全性能、生产率和产品质量, 降低成产成本。主要优化措施即优化氢气和氯气的配比, 控制氢气和氯气流量。采取单向封闭循环比值控制系统, 将传统的进口气流方式转变为以氯气为主流量, 氢气为副流量模式, 从而实现控制和补偿气流的温度和压力, 有效避免外界温度和压力变化造成的气流密度变化。

4.3 氯乙烯的转化和精馏工序的优化措施

4.3.1 氯乙烯的转化工序的优化

优化氯乙烯的转化工序, 以提高氯乙烯生产率和纯度。主要优化措施是通过控制转化器夹套水的流量和转化器之间的转化温度, 采取单向闭路循环比值控制系统, 将传统的进口气流方式转变为以氯化氢为主流, 乙炔为副流模式, 设计变量设置为生产工序中的监测点, 从而得出氯化氢、乙炔的最佳配比流量。同时采取温压补偿运算, 对氯化氢和乙炔气流进行计算, 从而控制反应过程的精度, 造就自动化控制生产。

4.3.2 氯乙烯的精馏工序的优化

优化氯乙烯的精馏工序, 以提高产品质量, 同时降低能耗、物耗。采取精确控制系统进行精馏塔的参数控制。由于精馏塔是多参数、复杂的整体化学反应系统, 各参数间相互影响、制约。因此必须精确控制投药量、投药温度和压力, 再控制沸塔压力和温度、塔釜液水位等参数, 实现最优参数化控制。

4.4 故障诊断系统的优化措施

传统的故障诊断是以人工控制为主, 结果是人工发现系统故障时故障已发生或即将临界发生, 导致氯乙烯的生产工艺系统的故障诊断存在明显的滞后性, 无法事先准确对故障进行预防。采取氯乙烯生产装置在线故障诊断专家系统, 根据氯乙烯的生产工艺特点、原理, 准确控制整个生产过程, 并微观控制每个生产环节。任一环节出现故障或存在问题时, 系统将自动报警, 并给出修复相关建议, 提高了系统的生产安全系数。