年产75万吨氯乙烯固定床反应器设计.docx

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年产75万吨氯乙烯固定床反应器设计

年产7.5万吨氯乙烯固定床反应器设计

摘要

综述了氯乙烯的性质、用途及生产方法，简介了氯乙烯的合成方法及生产原理。

介绍固定床反应器工艺计算和结构计算情况。

根据设计条件和要求，通过物料衡算、热量衡算及其他工艺计算设计出年产7.5万吨氯乙烯的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降、催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。

本次设计采用乙炔合成法工艺合成氯乙烯。

原料由乙炔气和氯化氢原料气组成，其中乙炔气中乙炔含量为99%，氯化氢原料气中氯化氢含量为99%，乙炔气与氯化氢原料气以1:

1.08配比进入混合器，混合后的气体经石墨冷却器冷却后进入除雾器进一步脱水，脱水后的混合气进入预热器，预热后进入装有以活性炭为载体的氯化汞催化剂的一组反应转化器进行第一次转化，经过初步转化的混合气体再进入二组转化器（乙炔转化率达到97.6%），副产物1,1-二氯乙烷的生成量约为0.9%左右）。

反应后的粗氯乙烯进入脱汞罐脱汞后进入除沫冷却器降温，降温后送至储罐。

通过反应的物料衡算、热量衡算、反应器选型、反应器尺寸计算，得到该反应器工艺尺寸。

设计采用直径为3200mm的列管固定床反应器，有5台反应器，列管共7482根，催化剂床层高度为2.85m，床层截面积为3.09m2,催化剂总体积为9.42m3。

通过验算，证明各指标数据均符合标准，本次设计满足设计要求。

关键词：

氯乙烯；乙炔合成法；固定床反应器

Abstract

Theproperties,applicationandandproductionmethodsofvinylchlorideweresimplysummarized.Introducedthesynthesisofvinylchlorideandreactionprinciple.Thedesignmainlycalculatedtheprocessparameterandthesizeofthereactor.Accordingtothedesignconditionsandrequirements，throughmaterialbalancecalculation,heatbalancecalculationandotherprocesscalculationdesignedannual75,000tonsofvinylchloridefixed-bedreactor,anddeterminedthereactorselectionandsize,calculatepressuredrop,catalystetc,designedtomeettherequirementsofthereactor.

Thisdesignadoptstheacetylenesynthesisprocessforthesynthesisofvinylchloride.Rawmaterialgasiscomposedofacetyleneandhydrogenchloride.Thecontentofacetyleneintheacetylenegasis99%.Thecontentofhydrogenchlorideinthehydrogenchloridegasis99%.Theproportionofacetyleneandhydrogenchlorideis1:

1.08.Theyaremixedinthemixer,themixedgasaftergettingintographitecoolernextgetsintothemisteliminatortoconductfurtherdehydration,andthemixturegetsintothepreheat-er,thenentersintoconverterwhichisfullofmercuricchloridecatalystwhosecarrierofasetofreactionisactivatedcarbonforthefirsttime,afterpreliminarytransformationof,themixedgasgetsintoconverter（acetyleneconversionrateof97.6%）forthesecondtime,theby-product1,1-thegenerationofthedichloroethaneisabout0.9%）.Crudevinylchloridegetsintothemercuryremovaltanktoremovemercuryandentersinthefoamcoolertocooldown.Finallytheproductissenttoastoragetank.

Bycalculationofmaterialbalance,calculationofheatbalanceandtheselectionofreactortype,thesizeofthereactorisobtained.Thedesignadoptsfixedbedreactorwhosecolumnpipes’diameteris3200mm,thereare5tubereactorsand7482steelpipes,theheightofcatalystbedis2.85m,thebedcrosssectionalareaofcatalystbedis3.09m2.Thetotalvolumeofcatalystis9.42m3.

Throughcalculation,itisprovedthateachindexdataissatisfiedwithastandard,thisdesignachievesthedesignrequirements.

Keywords:

vinylchloride;vinylchloride;fixedbedreactor

第1章概述

氯乙烯又名乙烯基氯（VinylChloride）是一种应用于高分子化工的重要单体，可由乙烯或乙炔制得[1]。

氯乙烯在常温、常压下是一种无色带有芳香气味的气体，微溶于水，分子式为CH2CHCl，结构式为CH2=CHC1相对分子质量为62.5，凝固点为-159.7℃，临界温度为142℃，临界压力为5.22MPa，沸点为-13.9℃。

虽然它的沸点为-13.9℃，但稍加压就可液化。

而氯乙烯液体同一般液体一样，温度越高，密度越小。

氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。

它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4％～22％（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂[2]。

氯乙烯是聚氯乙烯（PVC）的单体，也是生产聚氯乙烯的主要原料。

在世界上氯乙烯是与乙烯和氢氧化钠并列的最重要的化工产品之一，主要用途是用来合成聚氯乙烯。

聚氯乙烯是最古老的塑料品种之一，其能大量生产，价廉易得，用途十分广泛。

其制品可分为聚氯乙烯糊、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯三大类[3]。

聚氯乙烯糊约占聚氯乙烯制品的10%主要产品有搪塑制品等。

硬聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的65%以上，它可以代替金属制成电气零件、管接头等注塑件和挤出吹型的瓶类产品以及管材、异型材、片材等挤出产品。

软聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的25%，主要用于雨披、包装材料、薄膜、压延片、标签、手袋、医用制品等。

随着聚氯乙烯消费量的增长，市场上对氯乙烯的需求必然有所增长。

因而氯乙烯的发展情况对国家经济的增长至关重要。

我国五十年代开始研究和生产氯乙烯，到目前为止，我国生产氯乙烯的生产厂家有几十余家，但是我国现有装置的总生产能力仍然不能满足快速增长的市场需要[4]。

因此以氯乙烯为原料的产品在市场上前景广阔，生产氯乙烯相关产品可以获得可观的经济收益。

根据原料的不同，氯乙烯的生产方法主要分为乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烯直接氯化法、乙烯氯化裂解法、乙烯氯化平衡法、混合烯炔法、乙烷氧氯化法等，我国目前普遍采用的是乙炔法（电石法）和乙烯法[5]两种。

第2章氯乙烯的生产工艺

2.1乙炔法

乙炔法即采用乙炔和氯化氢在催化剂作用下生产氯乙烯的方法。

有液相法和气相法两种。

液相法不需要高温，但乙炔转化率低，产品分离困难，因此多采用气相法。

化学反应式为：

（2.1.1）

其过程可分为乙炔的制取和精制、氯乙烯的合成以及产物精制三部分。

在乙炔发生器中，电石与水反应产生乙炔，经精制并与氯化氢混合、干燥后进入列管式反应器。

管内装有以活性炭为载体的HgCl2（含量一般为载体质量的10%）催化剂。

反应在常压下进行，管外用加压循环热水（97～105℃）冷却，以除去反应热，并使床层温度控制在180～200℃。

乙炔转化率达99%，氯乙烯收率在95%以上。

副产物是1,1-二氯乙烷（约1%），也有少量乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。

此法工艺和设备简单，投资低，收率高，但能耗大，原料成本高，催化剂汞盐毒性大，并受到安全生产、保护环境等条件限制，不宜大规模生产。

2.2乙烯氧氯化法

乙炔氧氯化法即在触媒存在下，将氯化氢的氯化和烃的氯化一步进行的方法。

此法以乙烯为原料，经氧氯化生成二氯乙烷（EDC），然后裂解生成氯乙烯，反应方程式如下：

（2.2.1）

（2.2.2）

该反应需在触媒存在下进行，实际使用的触媒以二价铜盐（CuCl2、CuSO4）为主剂，以碱金属盐类（NaC1、KC1、MgCl2、NaHSO4、Na2SO4）等作助剂，此外还要加入稀士金属盐类做第三成份构成复合触媒，这种方法对技术和设备条件要求较高，投资大。

2.3乙烯直接氯化法

乙烯直接氯化法是石油化工发展后以石油为基础开发的生产工艺,即乙烯直接取代氯化合成氯乙烯。

乙烯取代氯化反应是在催化剂的作用下，乙烯与氯气发生氧化加成和还原消除反应直接生成氯乙烯和HC1。

即:

（2.3.1）

此法的最大缺点是伴随反应生成了大量的1,2-二氯乙烷，产率较低。

2.4乙烯氯化裂解法

乙烯氯化裂解法化学反应方程式如下：

（2.4.1）

（2.4.2）

由乙烯液相氯化和氧氯化获得的二氯乙烷，在管式炉中进行裂解得产物氯乙烯。

管式炉的对流段设置有原料二氯乙烷的预热管，反应管设置在辐射段。

二氯乙烷裂解制氯乙烯的工艺流程如图2.1所示。

1-二氯乙烷贮槽；2-裂解反应炉；3-气液分离器；4-二氯乙烷蒸发器；5-骤冷塔；6-氯化氢塔；

7-氯乙烯塔；8-过滤器

图2.11,2-二氯乙烷裂解制氯乙烯的工艺流程

这是为解决乙烯直接氯化法存在的问题而开发的生产工艺，此法产率高。

但工艺和设备较复杂，对技术和设备条件要求较高，投资大。

2.5乙烯氯化平衡法

乙烯氧氯化法是利用乙烯和氯气生产二氯乙烷（EDC），二氯乙烷热裂化生成氯乙烯（VCM）和氯化氢，氯化氢、乙烯和氧气反应生成二氯乙烷的方法，反应式如下：

（1）乙烯直