新型转化器在PVC生产中的研究与应用

吕彦玲，肖国营

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯碱有限责任公司采用列管式氯乙烯合成转化反应器，由混合器出来的混合气体进入转化器，使乙炔和氯化氢合成转化为氯乙烯，此反应放出大量的热且不易传递出来，使列管中心部位温度最高。在操作过程中触媒局部过热，氯化汞容易升华。依据触媒中氯化汞升华曲线，当120 ℃以下时，氯化汞升华轻微；温度达到180 ℃以上时，氯化汞升华严重，造成触媒失活，副反应速度加快，使高废物增加，给后续精馏工序增加负荷。因此，如何降低转化器列管中心部位的温度，提高转化器的传质、传热效率是目前亟待解决的课题[1]。

1 常规转化器

1.1 结构特征及工作原理

常规转化器主要由筒体、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分组成。列管内装满以活性炭为载体的氯化汞催化剂。转化器的管程工作介质为氯化氢、氯乙烯、乙炔、氯化汞、活性炭，压力为0.07 MPa，温度为（170±10）℃；壳程工作介质为水，压力为0.32 MPa，温度为（99±2）℃[2]。在列管内，氯化氢和乙炔在氯化汞触媒催化作用下合成氯乙烯，该反应会放出大量的热，列管中心温度最高可达170 ℃。壳程采用去离子水循环带走反应热。

1.2 常规转化器的使用情况

该公司40万t/a PVC 工程转化器规格及产能见表1。

一期、二期工程的转化器使用的列管为Ø57 mm，其内径较大，转化过程中的反应热不能及时移除，导致列管中心温度高，触媒容易升华，缩短触媒的使用寿命，限制了转化器能力的发挥。

为进一步提高转化器的生产能力和转化效率，降低触媒温度，该公司三期、四期工程分别采用列管尺寸为Ø45 mm 和Ø51 mm 的转化器。运行结果表明，小列管转化器的传热效果较好，反应温度较平稳，但列管尺寸过小会造成触媒的填装困难，与管程介质大比表面积的接触也不容易实现[3]。

表1 转化器的规格及产能

2 新型转化器

2.1 结构特征

常规转化器升级改造成新型转化器结构，不改变原常规转化器的任何结构尺寸，在原转化器运行现场即可完成。与常规转化器相比，新型转化器的总体结构、外形尺寸、列管尺寸、列管数量、列管长度等都没有变化，主要特征就是在现有转化器的列管内设置高效节能核心构件—杆芯。

2.2 工作原理

常规转化器列管内气体呈柱状流动，管内径向温度梯度较大，新型转化器列管内气体呈环形流动，其列管内的流场和温场都发生了巨大的变化，改善了反应热的径向分布状况。改造后新型转化器列管中心温度有所降低，提高了气液的传热、传质效率，从而提高了转化器的生产能力。

2.3 使用情况

将二期前台10#、后台10# 转化器改造成新型转化器，气相出口管道增加孔板流量计，在二期前台11#、后台11# 常规转化器气相出口管道增加流量计。控制新型转化器和常规转化器温度及混合气通量，进行两者产能（即流量）对比。按照《转化器更换触媒操作法》 将前后台转化器分别更换为相同活性（统一新旧、统一性能）的触媒。并对转化器进行干燥、置换、气密等工作，至转化器备用。按正常转化器投用法，将转化器热水调整至无动力循环，打开转化器气相出口阀门，微开转化器进气阀门，前台转化器温度达到130～160 ℃，后台转化器温度达到130～140 ℃，同时观察该转化器回水温度不能超过106 ℃。正常运行过程中，不断调节进气流量，保证2个前（后）台转化器温度一致，并记录各自的瞬时流量，判断各自的通量大小和能力。运行结果见表2。

（1）运行数据表明，在使用过程中改造后的新型转化器较常规转化器的反应状态平稳，且单台产能（气体流量）比常规转化器有很大的提高；

表2 新型转化器与常规转化器运行数据比较

（2）从触媒使用寿命来看，新型转化器的触媒使用时间较长，后台11# 发生器触媒的使用时间为3 475 h，后台10#发生器触媒使用时间为4 715 h。

此外，新型转化器在运行过程中也存在着不足，由于列管内多安装一根芯杆，倒换触媒时不顺畅，增加了触媒装卸操作人员的工作量及装卸时间。

3 应用前景

新型转化器的创新点是在转化器的列管内装有同心芯杆，在不改变原转化器的任何尺寸的情况下，提高转化器的产能。实际运行表明，该新型转化器相对于常规转化器，传热效果好，列管内径向温度分布大大改善，不易产生高温热点，反应温度平稳；生产能力大，单台生产能力理论可提高50%，乙炔转化率稳定，列管中心温度低，在同等产能情况下触媒使用寿命延长。此转化器的改造，经济效益和社会效益显著，应用前景广阔。无论是老设备的更新改造还是新、扩建项目工程，采用该新型转化器都将带来巨大的效益。

［1］陈迎刚，赵 峰，霍中德.氯乙烯合成转化器影响因素的分析与改进.中国氯碱，2011（8）：18-20.

［2］王书芳，白素荣.氯碱化工生产工艺.北京：化学工业出版社.1995：7-79.

［3］刘红松.大型转化器在PVC生产中的应用.聚氯乙烯，2009，37（9）：31-32.