VCM生产工艺及特点 VCM生产工艺 一、生产工艺分类： VCM生产按生产工艺分有：电石法(天然气乙炔法)、联合法、氧氯化法和平衡氧氯化法。几种生产工艺相比，电石法和联合法具有能耗大、成本高、汞污染和电石渣严重等缺点。平衡氧氯化法在生产过程中氯化氢是平衡的，不需由外部进入，具有规模大、能耗低、经济效益好、有利于环保等优点，是目前世界上较先进和经济的生产方法。 拥有氧氯化生产的主要专利厂商有日本三井东压、德国HOECHST、EVC、SOLVAY、美国GEON、DOW、PPG等。 我国VCM的生产始于1958年。2001年采用平衡氧氯化法生产PVC的总能力为87万t/a，其中上海天原氯碱股份有限责任公司(30万t/a)、齐鲁石化公司(23万t/a)、北京化工二厂股份公司(16万t/a)、渤海化工集团大沽化工厂(10万t/a)、锦化化工集团有限责任公司(8万t/a)等成为我国VCM和PVC生产的大型骨干企业。 二、生产工艺特点： 本项目具有乙烯和氯气两种原料，将采用平衡氧氯化法工艺。 平衡氧氯化法生产VCM主要由直接氯化、氧氯化、EDC裂解和精馏、VCM精馏等部分组成。 1、直接氯化单元 乙烯与氯气在三氯化铁催化剂的作用下反应生成二氯乙烷(EDC)，根据反应条件和EDC的不同出料方式分为高温氯化和低温氯化二种技术。 ⑴ 高温氯化 乙烯和氯气采用低压和90℃左右进行直接氯化反应。高温氯化生产的特点是：EDC气相塔顶出料不带走催化剂，所以无需补加，也无需水洗脱铁和干燥，无废水产生；产品EDC纯度高，可不经精制直接去裂解；反应热移出方便、热效率高。不足之处是所有与液体接触的设备都需使用合金钢、不锈钢材料，投资较高。 ⑵ 低温氯化 乙烯和氯气在50℃左右进行反应，EDC液相出料，反应生成热由较复杂的外循环冷却器导出，EDC需经水洗除催化剂、碱洗和干燥，流程较长。低温氯化的特点是消耗催化剂多，需经常补充，但新型的氯化反应器则不存在催化剂补充问题。反应热不能利用，能耗大。有一定的尾气损失，尾气中含氧必须用氮气稀释，造成氮气消耗的增加。该法的优点是设备结构简单，采用碳钢制造，设备投资可以减少。目前，传统的低温氯化技术已基本被淘汰。 表一：高温氯化和低温氯化对比 高温氯化 低温氯化 反应条件 FeCl3催化剂、90℃ FeCl3催化剂、50℃ 1、EDC气相塔顶出料 1、EDC液相出料 2、催化剂无需补加 2、反应热由外循环冷却器3、无需水洗脱铁和干导出 燥，无废水产生 3、EDC需水洗、碱洗、干4、产品EDC纯度高，可燥，流程长 不经精制直接去裂解 4、消耗催化剂量大，需常5、反应热移出方便、热补充 特点 效率高 5、反应热不能利用，能耗6、所有与液体接触的设大 备都需使用合金钢、不6、有一定的尾气损失，尾锈钢材料，投资较高 气中含氧必须用氮气稀释，造成氮气消耗的增加 7、设备结构简单，采用碳钢制造，设备投资减少 国外：三井东亚、GEON、HOECHST 国内外使北京化二股份有限公司和国内：上海天原集团公用情况 大沽化工厂 司和齐鲁石化公司(三井东压技术) 2、氧氯化单元 氧氯化反应是以乙烯、氯化氢和氧气为原料，在氯化铜催化剂作用下生产EDC。氧氯化单元的主要技术关键是反应器的型式和氧气的来源。 ⑴ 反应器的型式 反应器有沸腾床反应器和固定床反应器两种。 ① 沸腾床反应器 沸腾床反应器内有能除热的内冷却盘管，反应器上部有旋风分离器，收集物料中夹带的催化剂。操作时乙烯、氧气和氯化氢按一定比例同时加入到反应器中。 ②固定床反应器 固定床反应器一般单台生产能力较小，多采用几台串联，但现在已可做的很大，一台反应器可达75万t/a。氧气按不同比例分别通入反应器内，目的是为了使反应远离爆炸极限范围，同时可减少乙烯过氧化生成CO和CO2。 固定床和沸腾床氧氯化反应器各有优缺点，因而在技术市场上的份额基本持平。 表二：沸腾床反应器与固定床反应器对比 沸腾床反应器 固定床反应器 1操作方便，启动快，停车简便。操作负荷弹性大。 2 物料返混小，转化率高。 3因固定床存在反应热点，副反应相对较多。 4由于反应管内局部温度可能低于物料露点，因此反应器材质要求较高，制造费用高。阻力大，消耗动能高。但反应器使用寿命长。 5催化剂装卸劳动强度大，然而装卸的间隔期长。 大沽化工厂 优缺点 1单台反应器生产能力大、效率高、催化剂装卸方便，设备材质要求不高。 2床层温度分布均匀，因而副反应较少。传热效率高，反应热可及时移出，并可副产压力较高的蒸汽。 3 由于采用循环系统，使得原料消耗低；并增大了反应器的操作弹性。 4)反应器制造复杂，对操作要求高，开停车也不如固定床反应器方便。 5)物料返混较大，转化率较固定床稍低。 国内外使 用情况 ⑵纯氧氧化和空气氧化 按照氧气的来源不同，分为纯氧氧化和空气氧化。两者的比较如下： 表三 纯氧氧化和空气氧化的比较 空气法 氧气法 氧的来源 来源丰富、价格低廉 费用高 触媒消耗 一次投入量大 一次投入量小、反应效率高 设备投资 一次性投资少，不需空需建空分装置,一次性投资分装置，增加了尾气的略多 吸收解吸装置 环境污染 排气量大，环境污染大 排气量小，可焚烧，有利环境 安全性 不如纯氧氧气法安全 在非爆炸反应气相组成下操作，较为安全 乙烯消耗 略高 可降低乙烯消耗 专业商 三井东压、GEON、PPG 和HOECHST 3、EDC裂解单元 裂解单元的主要设备是EDC裂解炉，各公司多采用单排或双排水平盘管式裂解炉。但EDC的进料状态分二种，即气相或液相进料，气相进料能延长裂解炉的操作周期，但需增加设备投资。物料先经气化、加热后进入裂解炉，现多采用蒸发器与裂解热回收相结合。由于裂解炉操作周期的延长和热能有效利用的效益大于增加设备的投资，逐渐被各厂家接受。 VCM装置的各单元工艺技术发展至今均已成熟可靠，技术上虽有差异，但也趋同，目前拥有VCM生产专利技术的公司仍在延 长设备运行时间、降低原料消耗、热能回收和提高单体质量等方面不断的取得新进展。我国已经引进了直接氯化法中的高温氯化和低温氯化；氧氯化中的沸腾床和固定床反应器，氧气法和空气法工艺均有引进；在EDC裂解单元也引进了EDC气相和液相二种进料方式的工艺。这些生产企业的产品在国内有很好的市场和效益。根据上述分析比较，本装置推荐采用高温直接氯化；沸腾床、纯氧氧氯化；EDC气相进料裂解工艺。 拥有上述工艺的专利技术公司有美国GEON、日本的三井东压、德国赫斯特、挪威海德鲁等公司。三井东压、GEON、赫斯特和EVC的工艺技术比较如下： 表四 工艺技术比较 三井东压 GEON 赫斯特 高温氯化 高温氯化 EVC 高温氯化 直工艺 接氯化 出料方气相出料 式 撤热方由气相出式 料带出，作为EDC高沸塔的热源 反应热绝大部分 利用 产品处不需水洗、不需水洗、不需水洗、不需水洗、理 碱洗 碱洗 碱洗 碱洗 高温氯化+小型低温氯化 气相出料 闪蒸气出气相出料 料 由气相出大部分依由气相出料带出，直靠反应液料带出，作接进入EDC强制循环为EDC高沸高沸塔 水冷撤热，塔的热源 其余由闪蒸汽带出 绝大部分 少部分 绝大部分 氧反应器沸腾床单台 氯型式 304SS 化 材质 氧源 纯氧 催化剂0.02kg/t 耗量 VCM 催化剂定期补充、补充 装卸容易 氯化加氢术 裂裂解解 型式 裂解材质 进料态 氢有加氢技技术，但不推荐 炉水平多管炉 炉347SUS 沸腾床单沸腾床单台 台 碳钢 碳钢 纯氧 纯氧 0.05kg/t VCM 定期补充、定期补充、装卸容易 装卸容易 有加氢 有加氢 固定床三台串联 镍管/钢 纯氧 2-4年更换、装卸困难 无加氢 水平多管水平多管水平多管炉 炉 炉 347SUS 347SUS 347SUS 气相进料，气相进料，带热回收 热回收可选 60% 60% 三塔 三塔加一蒸发罐 直接氯化产品直接进入EDC高沸塔 三塔，VCM汽提塔产物返回HCl塔 直接氯化产品直接进入EDC高沸塔 二塔，VCM产品用固碱干燥 状液相、气相液相、气相带热回收带热回收均有任选 均有任选 裂解率 55% 55% 二精馏塔四塔（不平三塔 衡氯化法氯数 时为五塔） 乙烷直接氯间接换热，直接氯化化反应用于EDC高产品直接精热利用 沸塔 进入EDC高馏 沸塔 氯精馏塔三塔，VCM三塔，VCM汽提塔产汽提塔产乙数 品碱洗、产物经干燥烯品VCM经固器处理 精碱干燥 制 产品质VCM≥VCM≥量 99.99wt% 99.97wt% VCM≥VCM≥99.98wt% 99.98wt% 三、技术来源： 我国在引进的基础上，进行了大量的消化吸收工作，同时在多方面进行了技术攻关。本项目的VCM装置采用购买工艺包、少量关键设备及DCS控制系统，设备绝大部分国产化。VCM装置工艺生产流程主要由：直接氯化、氧氯化、EDC裂解、EDC精馏和VCM精馏等几个部分组成。其中EDC裂解工序采用两个系列，其余各工序均采用一个系列。。 VCM装置由国内自行工程设计和采购设备。国外各技术相差不大，VCM可考虑美国GEON公司或德国HOECHST公司的技术。 显示全部