关于电石法VCM合成中循环水工艺的改进探索

2015-03-24唐彬新疆天业集团有限公司新疆石河子832000

化工管理 2015年4期

关键词：汽液电石汽水

唐彬（新疆天业(集团)有限公司，新疆石河子 832000）

唐彬（新疆天业(集团)有限公司，新疆石河子 832000）

本文首先对国内电石法VCM的生产情况进行总结，对电石法VCM合成改进方案进行研究，结合实例对VCM合成中反应热计算及存在的问题进行分析，提出解决方案，并对改进后效益进行评估。

电石法；VCM合成；循环水；工艺；改进

本文结合真实案例，对有关电石法VCM合成中循环水工艺的改进方法进行分析和探讨。

1 国内电石法VCM的生产情况

由于国际社会的石油价格居高不下，石油法生产VCM的相关原料，包括EDC及乙烯的价格也随之升高。2003年EDC的价格大约是120～150美元/t，2013年初大约550美元/t。乙烯与下游产品PVC的价格都有涨幅，又由于PVC价格相对滞后，导致许多石油法VCM生产公司基本上没有利润。在国内，主要是以原盐和电石等为主要生产原料的电石法VCM生产企业却尤其突出。我国电石资源相对丰富，尽管由于环境污染及高能耗等问题，我国曾关停许多生产能力较小的小电石企业，导致电石产量骤减，然而随着电石生产企业不断扩产、大型电石炉的投用，以及采用密闭生产工艺，导致电石产量逐渐提高，电石供应趋于平稳，价格波动变小。一些生产规模大的企业生产的电石质量好而且稳定，电石法VCM生产单位因此而减小电石消耗，因此导致PVC获利空间较大，企业利润也随之增加。2010年生产能力为10万t/a的电石法PVC生产单位获利润至少3亿元以上。这个数据势必也刺激国内电石法PVC生产项目会加大投入。数据调查显示，2010年新建及扩产的电石法PVC设备生产能力将突破100万t/a的大关。

2 电石法VCM合成改进方案

在电石法VCM合成过程中，采用的是高温沸腾给热循环水的生产工艺，共两组转化器是共同使用一套循环热水系统，共由多台热水泵组成。目前而言，设备由于转化热水系统水温度比较高，导致转化反应温度不容易被控制，产生极为严重的循环热水气阻现象，对于设备转化能力的提高从而产生不利的影响，转化环节已经成为电石法VCM合成中的瓶颈。

2.1 VCM合成中反应热存在的问题

由于反应热比较多，除了一部分热量利用转化器从设备的器壁处散失，大部分热量仍然是利用循环水这一途径被带走。如果从转化率方面进行综合考虑，水温要适当，一般是处于95～98℃的范围，如此以来热水循环量大约可以估算为2000m3/ h。然而，即使是存在如此大的循环量，也无法避免一定的热量在转化器内及管道内以蒸汽的形式出现，从而导致气阻的出现，循环热水被堵住，通不进去，转化器反应温度逐渐升高，从而形成了一种恶性循环，对于生产负荷的提升产生重要的影响。

2.2 改进理论

常规工艺由于没有固碱干燥器，会造成比较严重的设备腐蚀的情况，尤其是塔内自聚现象较为严重，使得设备运行周期变短，对生产产生严重影响。实际上最为有效的办法是把粗氯乙烯利用固碱干燥，脱酸脱水。低沸塔用泡罩塔板，板效率不高，而且容易导致自聚堵塞情况的发生，而且由河北工业大学杜佩衡教授等人研发的新型垂直筛板塔技术，在电石法VCM精馏工序中得以应用，可以大大提高塔处理的能力，有效减少自聚阻塞，从而促进塔板效率的提高，单体中低、高沸物含量接近零。现阶段，国内电石法VCM工艺低沸塔回流比是0.3，然而从理论计算及实际生产方面都证明这不符合科学道理，主要在于增加热耗及冷耗。由于一般生产厂家都设计尾气吸附器，低沸塔回流比甚至可以取零值，也就是低沸塔仅仅设计提馏段而忽略精馏段，低沸塔出来的尾气用冷冻盐水进行冷却，然后直接去尾气吸附。如此以来可以大大降低低沸塔高度及塔顶冷凝器；减少再沸器及塔因自聚堵塞而清理的次数。

国内一些生产厂家对于高沸塔回流比均取值是0.6，这种技术观点相对来说是比较落后。目前采用的是自控系统，自控泵回流技术能够使得泡罩塔在回流比为不超过0.3生产的VCM质量符合技术要求，比如在新型垂直筛板塔上更是如此。再沸器热负荷控制最为理想的方案就是将入口流量、灵敏板温度以及加热蒸汽流量利用串级控制法从而形成反馏回路环，能够让塔运行的更加平稳，分离效率更高，而且节约加热蒸汽，减少塔釜再沸器自聚堵塞机会。国内的一些电石法厂家所设计的冷凝器大部分是立式，如果换成卧式，一方面设备换热面积得以缩小，装置制造成本也下降，便于清理及修理，换热效果相同，更加有利于塔的稳定性操作。

2.3 解决方案

2.3.1 增加汽水分离器

因为转化器热水系统进行改造，使其受到非常大的影响，因此需要对改进方案进行反复论证，决定在转化器热水回水管路上是不是有必要进行汽水分离器的设置，以此达到蒸汽分离和热水降温的目的。当热水进入转化器内部时，热水被吸走一部分反应热之后，少许蒸汽在转化器上部呈现出沸腾的状态，并且释放出一定的压力，能够考虑把这些蒸汽，高温热水借助于此压力在汽水分离器内进行降压并且释放，高温热水带走部分热量；同时始终让热水维持温度在一定的范围之内，热水再回到转化器，并且循环往复。

2.3.2 汽水分离器的安装要求

汽水分离器的作用不仅于此，同时也要发挥出蒸发室的作用，转化器泄压之后的沸腾的热水在分离器内释放出大量蒸汽，蒸汽带走热量。同时由于受到汽液分离所产生的不利（文章题目：关于电石法VCM合成中循环水工艺的改进探索）影响，汽液分离器里的循环速度始终不大于1m/h。汽液分离器的高度必须确保转化器里的水处于一个允许的、可控的范围之内时不会发生沸腾的现象，换言之也就是要处于传热面液面下。汽液分离器安装高度进行计算，可按照以下条件进行：循环水温差可以取3℃，由饱和蒸汽表查阅后得知，水的沸点在102℃时所对应的压力是110kPa，这一部分所涉及到的压力由汽液分离器液面高出的水柱进行施加。水在1.013×105Pa时的沸点是100℃，则汽液分离器的安装高度h=ΔP/ρg=(1.1-1.013)×105÷(1×103×9.8)=0.89(m)。换言之，汽水分离器的安装高度应不小于0.89m。

2.3.3 补偿水量核算

由于转化器发生反应，因此其释放的热量是利用热水沸腾蒸发所带走，同时水量也会因此而大大减少。为了确保热水循环往复进行，在移走热量的同时，应当要及时补加热水。水的蒸发潜热是ΔHv=40735.323kJ/kmol，总的反应热为2.51×107kJ/h，因此计算得知，蒸发的水量Q补=2.51×107×18×10-3÷40735.323=11.1(m3/h)。如此以来，原本需要7台热水泵才可以完成，改进后仅需要1台即能够满足生产需要。

2.4 效益评估

（1）改进之后，生产负荷在一定程度上有所提高，C2H2流量从4200m3/h提高到4700m3/h，转化器反应温度的控制曲线趋于平稳，有效解决反应温度偏高的问题。

（2）减少由于降温所需要补加的软水量，从而大大降低软水的消耗。

（3）改进前需要开7台热水泵，改进后仅需要1台热水泵即可完成生产工作，按照某趋于电价0.5元/(kWh)，热水泵电机功率是55kW，每年运行时间超过8000h进行计算，可以节省电费大约为(7-1)×55×8000×0.5=132万(元/a)。