VCM生产工艺及特点.doc

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1、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

2、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。 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，

3、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。 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

4、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、90FeCl3催化剂、50特点1、EDC气相塔顶出料2、催化剂无需补加3、无需水洗脱铁和干燥，无废水产生4、产品EDC纯度高，可不经精制直接去裂解5、反应热移出方便、热效率高6、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1、EDC液相出料2、反应热由外循环冷却器导出3、EDC需水洗、碱洗、干燥，流程长4、消耗催化剂量大，需常补充5、反应热不能利用，能耗大6、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7、设备结构简单，采用碳钢制造，设备投资减少国内外使用情况国外：三井东亚、GEON、HOECHST国内：

5、上海天原集团公司和齐鲁石化公司(三井东压技术)北京化二股份有限公司和大沽化工厂 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。 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。 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。 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

6、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。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

7、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。国内外使用情况大沽化工厂 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，不需空分装置，增加了尾气的吸收解吸装置需建空分装置,一次性投资略多环境污染排气量大，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

8、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

9、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EVC直接氯化工艺高温氯化高温氯化高温氯化高温氯化+小型低温氯化出料方式气相出料气相出料闪蒸气出料气相出料撤热方式由气相出料

10、带出，作为EDC高沸塔的热源由气相出料带出，直接进入EDC高沸塔大部分依靠反应液强制循环水冷撤热，其余由闪蒸汽带出由气相出料带出，作为EDC高沸塔的热源反应热利用绝大部分绝大部分少部分绝大部分产品处理不需水洗、碱洗不需水洗、碱洗不需水洗、碱洗不需水洗、碱洗氧氯化反应器型式沸腾床单台沸腾床单台沸腾床单台固定床三台串联材质304SS碳钢碳钢镍管/钢氧源纯氧纯氧纯氧纯氧催化剂耗量0.02kg/t VCM0.05kg/t VCM催化剂补充定期补充、装卸容易定期补充、装卸容易定期补充、装卸容易2-4年更换、装卸困难氯化氢加氢技术有加氢技术，但不推荐有加氢有加氢无加氢裂解裂解炉型式水平多管炉水平多管炉水平

11、多管炉水平多管炉裂解炉材质347SUS347SUS347SUS347SUS进料状态液相、气相带热回收均有任选液相、气相带热回收均有任选气相进料，带热回收气相进料，热回收可选裂解率55%55%60%60%二氯乙烷精馏精馏塔数四塔（不平衡氯化法时为五塔）三塔三塔三塔加一蒸发罐直接氯化反应热利用间接换热，用于EDC高沸塔直接氯化产品直接进入EDC高沸塔直接氯化产品直接进入EDC高沸塔直接氯化产品直接进入EDC高沸塔氯乙烯精制精馏塔数三塔，VCM汽提塔产品碱洗、产品VCM经固碱干燥三塔，VCM汽提塔产物经干燥器处理三塔，VCM汽提塔产物返回HCl塔二塔，VCM产品用固碱干燥产品质量VCM99.99wt%VCM99.97wt%VCM99.98wt%VCM99.98wt%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。