氯乙烯生产过程优化控制研究

2022-09-12

1. 氯乙烯生产技术现状

工业原料聚氯乙烯 (PVC) 的主要材料是氯乙烯, 因此市场对氯乙烯的产量要求比较高。当前工业生产中氯乙烯的生产方法主要有电石法和乙烯氧氯化法这两种制造工艺。

电石法是最早用于氯乙烯生产的方法, 该方法利用电石和水反应生成乙炔, 再将乙炔与氯化氢融合, 并以氯化汞为催化剂形成氯乙烯[1]。由于电石法的材料来源比较广泛, 因此成为大多数生产加工企业所采用的制备方法。乙烯法是利用乙烯与氧反应生成二氯乙烷, 二氯乙烷再裂解为氯化氢和氯乙烯。这两种传统的生产方法不仅反应过程复杂, 而且由于材料反应不充分, 容易造成资源浪费。

2. 氯乙烯生产过程优化控制的关键

根据氯乙烯各生产系统之间的关系与影响程度, 应当建立一体化的检测控制系统, 不能孤立任何一个工艺环节。氯乙烯生产过程优化控制的关键主要集中在乙炔站、氯化氢站、氯乙烯转化、氯乙烯精馏站四个环节中。

如果乙炔站中的反应温度过高, 就会导致粗乙炔中的水分蒸发量过大, 冷却之后乙炔塔的后部负荷过大, 阻塞塔板和管路, 因此需要严格控制乙炔站发生器的温度和压力, 维持温度在80℃-90℃之间, 且压力不大于15KPa。在对氢气和氯气压力进行控制时, 要分别检测进入缓冲气罐中的氢气、氯气流量, 保证氢气压力在0.05-0.10MPa之间, 氯气压力在0.15-0.25MPa之间, 氯气和氢气进入合成炉之前, 要分别检测两者的流量, 使氯气、氢气之间的流量关系控制在1.00-1.10:1.05之间[2]。氯乙烯转化站中的乙炔、氯化氢之间的配比关系要控制在1.05-1.15:1.05之间, 可以通过增加或减少石墨冷凝器中盐水的含量和流速来维持混合脱水温度, 使混合脱水温度保持在-15℃到-10℃之间。如果转化器的温度过高容易导致反应失效, 温度过低又会使两者之间的反应不够彻底, 没有完全反应掉的氯化氢会形成腐蚀反应设备的物质, 物质反应在转化过程中也会释放出大量的热量, 因此需要根据反应器的温度变化趋势, 随时调节热水槽的流速, 满足乙炔与氯化氢混合气体有效转化的温度要求。氯乙烯精馏站作为最后转化环节的主要设备, 需要控制好低沸塔塔顶的温度, 减少进料量、进料状态等外部因素对塔顶温度的干扰作用, 维持塔顶温度在35-39℃之间。

3. 氯乙烯生产工艺优化控制

3.1 反应器的温度、压力控制

在乙炔生成阶段应当严格控制进入反应器的水量, 使反应器内产生的热量能够借助水流带出, 从而降低反应器内的温度, 实现生成塔温度和水流压力的自动控制[3]。

3.2 振荡器的电流与压缩机控制

为了掌握乙炔振动器的电流、压力及压缩机出入口压力之间的关系, 需要通过建立数学关系模型的方法进一步了解两者之间的变化规律。对生产过程中的电流、压力数据进行实时监测, 借助数学模型计算出各变量之间的变化关系, 进而实现对振荡器电流和压缩机的控制要求。

3.3 控制氯气和氢气的配比关系

在氯化氢合成中, 需要严格控制了氯气和氢气的配比关系, 使氯气和氢气通过化学反应能够恰好融合, 保证生产出来的氯乙烯达到工业生产标准。在结合实际操作经验基础上, 可以根据反应机原理, 构建氢气、氯气之间的反应模型, 确定最佳的配比关系, 实时监测氯气、氢气流量和反应器的压力, 根据计算结果控制二者的流量, 保证二者的充分反应, 避免造成资源浪费。

3.4 乙炔和氯化氢配比的控制

通过实际操作经验可以通过建模的方式掌握氯乙烯转化阶段中乙炔和氯化氢的配比关系, 计算各监测点的乙炔和氯化氢含量数据, 最终得出最佳配比关系。在监测过程中还要考虑压力、温度等环境参数的影响作用。

3.5 精馏阶段的控制系统优化

在氯乙烯精馏阶段需要组建专业的控制团队, 对精馏塔内的原料数据与环境参数进行研究探讨, 确定各原料之间精馏前后的含量配比关系, 设计出多变量的氯乙烯精馏自动控制系统, 对精馏塔内的各参数实现优化控制。

4. 结语

导致氯乙烯生产工艺落后的因素有很多, 包括产品研发力度不够、国家缺少相关的资金扶持等, 但是氯乙烯作为主要的工业原料, 其市场需求量巨大, 当前的生产过程不仅浪费了大量的资源, 而且安全系数不高, 因此需要尽快采取相关措施优化氯乙烯的生产过程, 实现整个过程的自动化控制。为此, 氯乙烯行业应当加快企业结构调整, 将小规模的生产企业与大型生产企业融合, 积极引进发达国家的先进技术, 提高我国氯乙烯的生产水平, 使我国的氯乙烯生产在满足市场需求量的前提下, 实现产品质量和生产效率的综合发展。

摘要：氯乙烯单体是生产工业材料聚氯乙烯的主要原料。我国的氯乙烯生产设备与生产工艺与发达国家相比还存在较大的差距, 大多数的生产设备仍需手动操作, 自动化水平不高, 有些生产环节还没有相应的操作标准, 只能依靠个人经验完成, 氯乙烯生产工艺的落后严重阻碍了企业的长期发展, 因此氯乙烯生产过程的优化控制也成为当前工业生产中亟待解决的问题之一。

关键词：氯乙烯,生产过程,优化,控制