万吨三氯乙烯项目工艺装置技术方案.docx
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万吨三氯乙烯项目工艺装置技术方案
万吨三氯乙烯项目工艺装置技术方案
4.1工艺技术方案的选择
4.1.1工艺技术路线确定的原则和依据
在70年代以前，三氯乙烯生产工艺全部采用电石乙炔法，其后由于石油化工的兴起，为三氯乙烯生产提供了比电石廉价的碳二烯烃，美、日等发达国家纷纷开发石油路线新工艺，七十年代末基本完成了工艺路线的转换。
而在电力、煤炭资源丰富，石油化工相对落后的地区如东欧、前苏联及我国仍采用乙炔路线。
两种原料路线的技术经济指标孰优孰劣，主要取决于原料的来源、生产规模及乙炔、乙烯原料的价格差别。
4.1.2工艺技术路线比较
4.1.2.1乙炔法
（1）皂化法
以无水三氯化铁为催化剂，在减压状态下乙炔和氯气加成反应生成四氯乙烷，四氯乙烷与石灰乳反应，生成三氯乙烯和氯化钙。
生成的三氯乙烯与水共沸蒸出，经低沸塔和高沸塔精馏除去低沸物和高沸物，即得三氯乙烯产品。
皂化法工艺简单，但皂化残液数量较多，每生产一吨三氯乙烯产品会产生5～8吨皂化残液，对环境保护的压力较大，因此国内自95年后新上的三氯乙烯装置已不采用皂化法工艺来生产三氯乙烯产品。
（2）气相催化脱氯化氢法
国内目前新上生产三氯乙烯的工厂采用气相脱氯化氢工艺。
此法是将四氯乙烷气化，在200～290℃条件下，四氯乙烷气体进入装有催化剂的固定床反应器。
四氯乙烷脱氯化氢生成粗三氯乙烯，少量五氯乙烷也转化成为四氯乙烯。
反应物脱氯化氢后，经多塔分离得成品三氯乙烯。
4.1.2.2乙烯氯化法
乙烯在110℃和0.8MPa（G）压力下氯化生成四氯乙烷的混合物，调节乙烯和氯气的比例可控制不同的产物，四氯乙烷混合物在400～500℃条件下裂解生产不同比例的四氯乙烯和三氯乙烯，分离出氯化氢后未反应的四氯乙烷循环回反应器反应。
粗三氯乙烯经精馏、碱洗、脱水等步骤制的成品三氯乙烯。
人们所以选择乙烯作为主要原料生产三氯乙烯的原因是乙烯氯化路线的生产成本低，加之30年工艺技术的不断改进和采用经济规模的设备，取得了比乙炔法高的多的经济效益。
4.1.2.3二氯乙烷氧氯化法
使用金属氯化物催化剂，在反应温度365℃条件下，以二氯乙烷、氯气、氧气或氯化氢为原料，在流化床反应器内反应。
改变氯气-二氯乙烷进料比可调节三氯乙烯/四氯乙烯的联产比。
上海氯碱股份有限公司90年从意大利引进的15000吨/年四氯乙烯/四氯化碳装置技术，即采用二氯乙烷氧氯化法工艺路线。
以上三种工艺路线生产三氯乙烯方法中，单从工艺技术角度看，二氯乙烷氧氯化法是相对较先进的工艺，由于采用了氧氯化反应，避免了通常要产生的大量氯化氢。
但是，就目前全球石油价格高涨和我国的现状来看，二氯乙烷资源非常短缺，且存在成本较高的劣势，因此现阶段该工艺并不适合在我国建设。
4.1.3工艺技术方案选择
宁夏科鼎智能电子设备有限责任公司拥有电石法乙炔氯化—气相催化脱氯化氢工艺生产三氯乙烯的技术，并采用该技术已建成投产多套生产装置。
该公司的三氯乙烯技术是在原电石法乙炔氯化—气相催化脱氯化氢工艺技术的基础上进行了大量改进，生产工艺安全可靠，“三废”排放量大幅度减少。
比传统的电石法乙炔氯化—皂化工艺的三氯乙烯生产技术，在产品质量、环保方面具有较强的优势。
选用电石法乙炔路线是符合我国具有丰富煤矿资源的具体国情，是把我国传统工艺路线进行改造和深化，在石油价格高涨的今天，该工艺路线与石油乙烯工艺路线相比具有较高的经济效益和很强的生命力。
根据各工艺技术比较、原料资源和技术资源情况，拟采用宁夏科鼎智能电子设备有限责任公司提供的乙炔法及采用先进的气相催化脱氯化氢工艺技术，由宁夏科鼎智能电子设备有限责任公司提供全套工艺包。
4.2工艺说明
4.2.1工艺流程说明
4.2.1.1乙炔站单元
本工序生产原理如下：
加料：
将破碎好的电石装到吊斗后，经过电子秤称量后用电动葫芦吊至发生器装料口处，经过一号储斗，二号储斗，电磁振荡器到发生器内。
发生：
发生器内，电石遇水发生水解反应生成乙炔气，从发生器顶部逸出，经过乙炔清洗器，正水封，冷却塔一部分到水环泵，一部分到气柜。
反应中所放出的热量借助于NaClO废水和冷却塔废水及自来水连续加入发生器，以控制发生器温度在86±2℃,稀渣浆不断从溢流管流出，以保持发生器液面。
浓渣浆及其杂质由发生器耙齿耙至底部，由排渣岗位定时排出。
排渣：
打开发生器下部排渣阀门，渣浆由排渣沟冲入渣浆池，用水冲洗后，与溢流管流出经渣浆高位槽从底部流出的稀渣浆，用渣浆泵送至环氧丙烷装置做为原料使用，代替石灰。
由排渣返回的渣浆精液，一部分用于冲洗浓渣浆，一部分用于发生器，多余排入酸性排水沟中，以便中和酸水。
清净：
经过冷却后的乙炔气体，通过水环泵加压，在汽水分离器除去大部分水后，进入1#2#清净塔与含有效氯0.08---0.12%的次氯酸纳溶液接触，使粗乙炔气中的硫化氢、磷化氢等杂质氧化成磷酸、硫酸等，再进入中和塔，用10～15%的液碱中和硫酸和磷酸形成可溶性盐（硫酸钠、磷酸钠）而除去。
精制乙炔经乙炔预冷器－20℃盐水冷却除去部分水分送下一工段使用。
次氯酸钠配置流程：
碱配制成3～5%的稀碱，打到碱高位槽，氯气由氯化车间供给，经缓冲罐，水等三种原料，分别经流量计计量，进入文丘里反应器，配制成PH值在7～8有效氯在0.08～0.12%的次氯酸钠，配制好的次氯酸钠进入贮槽贮存，由补给泵打到次氯酸钠高位槽应用、连续、稳定地补加到清净塔除硫、磷杂质。
出2#清净塔的次氯酸钠供一部分循环使用，另一部分补充1#清净塔使用，废次氯酸钠由1#清净塔底部排出至废水槽，作为发生器补水用。
4.2.1.2氯化单元
本工序生产原理如下：
来自乙炔制备工序的乙炔经冷却除水，再用分子筛干燥工艺进一步脱水，控制乙炔水量≤5ppm。
来自氯碱装置的氯气进入缓冲罐，分别由底部导入氯化塔，生成的四氯乙烷从塔顶连续采出，经氯化全凝器冷却后进入粗四氯乙烷罐，尾气经水力喷射泵抽入尾水箱。
粗四氯乙烷计量后加入四氯乙烷塔，塔顶采出物（1.1.2-三氯乙烷）去四氯乙烷塔顶液罐，塔釜液（1.1.2.2-四氯乙烷）从塔釜采出，与循环物料混合后，送往脱HCl反应工序。
氯化单元设氯化残液罐，回收氯化塔母液、汽化器重组分、四氯乙烯塔釜液。
4.2.1.3脱HCl单元
本工序生产原理如下：
汇集于精四氯乙烷罐的物料，计量送入换热器与反应气体热交换，预热至100～140℃进入精四氯乙烷汽化器，精四氯乙烷汽化器用中压蒸汽加热。
加热后的精四氯乙烷气体去精四氯乙烷预热器，用导热油加热后进入脱HCl反应器反应，保持四氯乙烷转化率≥85%，反应所需热量由热载体导热油（导热油采用电加热）供给。
反应气体经热交换器降温后送往分离工序。
4.2.1.4产品分离及HCl精制单元
来自反应器的气体混合物进入解析塔后，从解析塔顶析出的HCl尚有少量氯代烃，用冷冻盐水将HCl冷却，经捕集器、吸附塔除去TCE等氯代烃，再用罗茨鼓风机加压（≥60kPa）后送氯乙烯（VCM）装置。
解析塔塔釜液连续流入釜液罐，经计量后送低沸塔，低沸物从塔顶馏出。
低沸塔釜液用三氯乙烯加料泵连续送入三氯乙烯塔，控制回流比使塔顶三氯乙烯含量大于99.9%，采出的三氯乙烯送成品储运包装工序。
三氯乙烯塔釜液含有三、四氯乙烯和四氯乙烷。
当釜液罐液面达2/3以上时，启动中间馏分塔和四氯乙烯塔，含有少量四氯乙烯的三氯乙烯从中间馏分塔顶采出，返回解析釜液罐；四氯乙烯从四氯乙烯塔顶采出送包装工序，未反应的四氯乙烷从四氯乙烯塔釜采出，循环返回至四氯乙烷罐。
4.2.1.5残液回收工序
氯化残液罐中收集的液体送往残液回收塔，回收提取四氯乙烷，送往粗四氯乙烷罐，釜液送入高沸物储罐出售。
4.2.2工艺流程简图及物料平衡图
本项目三氯乙烯装置的工艺流程简图及物料平衡图见图4.2
图4.2三氯乙烯生产过程工艺流程简图及物料平衡图
环氧丙烷装置
水2.01t/h电石5t/h
乙炔发生器电石渣5.92t/h
废水循环0.26t/h0.508t/h
乙炔清净NaClO0.27t/h
杂质0.0108t/h
乙炔干燥
CL27.2t/h氯化塔
四氯乙烷塔（HCl1.5t/h）
脱HCL反应器精制HCl
四解析塔
氯
乙低沸塔三氯乙烯等
烷
等三氯乙烯塔三氯乙烯5.6t/h
中间馏份塔
四氯乙烯塔四氯乙烯0.16t/h
4.3主要原材料消耗定额及消耗量
4.3.1主要原材料消耗定额及消耗量
本项目主要原材料消耗定额及消耗量见表4.1。
表4.1三氯乙烯装置原辅材料消耗定额及消耗量
序号
名称
单位
吨产品耗量
年用量
备注
1
电石（发气量285Nm3/吨）
吨
0.9
36000
2
氯气（≥99%，水份≤50PPM）
吨
1.3
52000
3
催化剂（寿命≥3000h）
吨
0.002
80
4
烧碱
吨
0.0016
64
5
分子筛
吨
0.00017
6.8
6
FeCl3
吨
0.00017
6.8
7
导热油
吨
0.0017
68
8
煤炭
吨
0.1
4000
注：
上表中吨产品耗量以三氯乙烯计。
4.3.2公用工程消耗定额及消耗量
本项目公用工程消耗定额及消耗量见下表4.2。
表4.2三氯乙烯装置公用工程消耗定额及消耗量
序号
名称
单耗量（每吨TCE）
年用量
备注
1
循环水
230吨
920万吨/年
2
自来水
14吨
56万吨/年
3
蒸汽
4吨
16万吨/年
4
电
270Kw·h
1080万Kw·h/年
5
氮气
96Nm3
384万Nm3/年
6
净化风
51.2Nm3
204.80万Nm3/年
注：
上表中吨产品耗量以三氯乙烯计
4.4自动控制
4.4.1自控水平和主要控制方案
本项目依据工艺装置的规模、工艺流程特点及操作要求，结合本行业应用的成功经验，并考虑国内外新型仪表的发展和实际应用，设置了较完善的检测、自动控制系统及必要的信号连锁保护系统，确定采用DCS系统及智能仪表对生产过程进行监控，完成整个生产过程的控制、监视、操作和自动打印报表。
根据TCE装置的工艺要求，生产流程特点，设一个中央控制室，室内仪表采用DCS控制，现场仪表采用国产智能仪表。
所有重要参数集中到控制室的DCS系统显示和记录，进行必要的调节和控制。
对于一般的参数，采用就地显示或控制。
对于生产操作要求上必须要在现场操作和监视的机组或设备，则在机组或设备附近设置操作仪表盘。
正常情况下，操作人员在控制室就可以操纵装置连续安全生产。
控制室内用电设备由电气专业单独设置UPS进行供电。
4.4.2仪表选型
采用集散系统（DCS）进行集中控制。
现场仪表根据工艺生产要求和不同的介质工况，在选型上均做了相应的考虑。
主装置界区属甲级防爆区域，根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—92的规定，上述区域现场仪表须选用相应等级的本质安全型防爆仪表和隔爆型仪表，还设有可燃气体检测报警仪器及氯气浓度检测报警仪。
（1）控制室仪表
本项目DCS系统所设置的操作站等设备应满足装置工艺操作的要求，操作站之间应为互备型。
DCS控制器、控制器电源、通讯卡、网络总线等均为冗余设置。
（2）流量仪表
装置区内简单流量计可选用差压和涡街流量计，节流装置计算和加工按ISO5167标准执行，为保证加工精度及安装准确，减少检测误差可选用厂家定型产品。
（3）液位仪表
一般选用差压式液位变送器。
（4）温度仪表
集中温度检测选用防爆热电阻（偶），就地温度检测选用双金属温度计。
（5）压力仪表
集中压力检测选用压力变送器，就地压力检测选用弹簧管压力表和隔膜压力表。
（6）执行器
调节阀可选用单座或双座气动薄膜调节阀加电/气阀门定位器。
4.4.3主要控制设备的确定及要求
本装置主要控制设备为DCS系统。
该系统由操作站、控制站、打印机、辅助操作台等设备组成。
本项目的DCS系统与其它装置的DCS系统之间留有通讯接口并能够互相通讯。
4.4.4仪表动力供应
4.4.4.1仪表电源
装置监测控制系统（DCS）、主要现场仪表采用不间断电源（UPS）供电，在电源事故期间，UPS电池至少可供系统正常工作30分钟。
估计UPS容量为20kVA。
电源等级为220VAC，单相50Hz±1%。
4.4.4.2仪表气源
仪表气源要求为无油、无尘、干燥、洁净的压缩空气。
含粉尘粒径：
＜3µm。
含油量：
＜10mg/m3。
压力：
≥0.6MPa（G）。
露点温度：
－40℃（常压）。
最大用量：
320Nm3/h。
仪表用压缩空气设置空气贮罐，其容量应能保持在气源中断时，维持仪表正常工作5～10分钟。
4.5主要设备的选择
4.5.1主要设备概况
本项目共有设备249台，其中静设备183台，动设备66台，见表4.3设备汇总表。
4.3设备汇总表
序号
设备类型
设备台数
备注
1
反应器
4
2
塔器
31
3
换热器
74
4
泵、压缩机
66
5
容器等
74
4.5.2设备材料选用说明
本装置非定型设备材质以搪玻璃和Q235-A为主，并有少部分材质为0Cr18Ni9Ti的不锈钢设备。
作为TCE项目的核心部分，脱氯化氢反应器（4台）采用0Cr18Ni9Ti的不锈钢材质，以保证生产工艺的可靠性。
主要设备介绍：
（1）乙炔氯化塔：
设备规格DN1450×12000，材质为搪玻璃，设备主要特点为设备在加外部夹套的同时采用外部自然循环管散热结构。
（2）脱氯化氢反应器：
设备规格DN2800×8200，材质为0Cr18Ni9Ti，本设备属于列管式固定床反应器，其主要特点为设备内部装有导热油分布结构，可保证反应时导热油可在整个截面上基本均匀给热。
（3）各单元精馏塔：
对低沸塔、三氯乙烯塔、四氯乙烯塔、中间馏分塔主要设备选用碳钢材料，填料采用陶瓷波纹板Y350型。
4.5.3主要设备一览表
本项目主要设备一览表见表4.4。
序号
设备名称
材质
台（套）数
备注
1
氯化塔（搪瓷）
搪瓷
6
2
氯化塔（碳钢）
碳钢
1
3
四氯乙烷塔
碳钢/搪瓷
1
4
解吸塔
碳钢/搪瓷
1
5
低沸塔
碳钢
1
6
三氯乙烯塔
碳钢
1
7
中间馏分塔
碳钢
1
8
四氯乙烯塔
碳钢
1
9
氯化氢精制塔
碳钢
1
10
乙炔干燥Ⅰ塔
碳钢滚涂F4
1
11
乙炔干燥Ⅱ塔
碳钢滚涂F4
1
12
乙炔干燥Ⅲ塔
碳钢滚涂F4
1
13
乙炔吸附塔
碳钢
2
14
低沸塔顶液中和干燥塔
碳钢
2
15
三氯乙烯塔中和干燥塔
不锈钢
2
16
TCE吸附塔
碳钢
2
17
解吸塔釜液吸附塔
碳钢
2
18
解吸釜液罐
碳钢
2
19
氯化氢纤维捕集器
碳钢
1
20
四氯乙烷釜液罐
碳钢
1
21
三氯乙烯塔回流罐
碳钢
1
22
三氯乙烯塔釜液罐
碳钢
1
23
三氯乙烯计量罐
碳钢
4
24
中间馏分塔回流罐
碳钢
1
25
四氯乙烯塔回流罐
碳钢
1
26
四氯乙烯塔计量罐
碳钢
1
27
三氯乙烯塔成品罐
不锈钢
4
28
三氯乙烯塔成品包装罐
不锈钢
2
29
低沸物储罐
碳钢
1
30
四氯乙烯成品储罐
碳钢
1
31
乙炔捕雾器
碳钢
1
32
乙炔除酸器
碳钢
1
33
浓硫酸冷却器
哈氏合金
1
34
稀硫酸循环冷却器A
哈氏合金
1
35
稀硫酸循环冷却器B
哈氏合金
1
36
稀硫酸循环冷却器C
哈氏合金
1
37
浓硫酸储罐
碳钢
1
38
稀硫酸储罐
玻璃钢
1
39
盐酸储罐
玻璃钢
1
40
稀盐吸收水槽
玻璃钢
1
41
氯化塔回流罐
搪瓷
7
42
四氯乙烷塔回流罐
搪瓷
1
43
低沸塔回流罐
搪瓷
1
44
低沸塔顶液罐
搪瓷
1
45
解吸塔回流罐
搪瓷
1
46
解吸塔收集罐
搪瓷
1
47
氯化母液罐
碳钢
1
48
氯化尾水箱
碳钢
7
49
氯化残液罐
碳钢
1
50
粗四氯乙烷罐
碳钢
2
51
氯气缓冲罐
碳钢
1
52
氮气缓冲罐
碳钢
1
53
仪表风缓冲罐
碳钢
1
54
乙炔液封桶
碳钢
1
55
氯化塔气液分离器
碳钢
7
56
氯化塔缓冲罐
碳钢
7
57
四氯乙烷液封桶
碳钢
7
58
导热油膨胀槽
碳钢
3
59
导热油储槽
碳钢
1
60
盐水循环罐
碳钢
1
61
化盐池
碳钢
1
62
乙炔冷却器A
碳钢
1
63
乙炔冷却器B
碳钢
1
64
三氯乙烯塔全凝器
不锈钢
1
65
三氯乙烯塔尾冷器
不锈钢
1
66
四氯乙烷塔全凝器
搪瓷碟片
4
67
四氯乙烷塔尾冷器
搪瓷碟片
1
68
低沸塔全凝器
搪瓷碟片
4
69
低沸塔尾冷器
搪瓷碟片
1
70
中间馏分塔全凝器
搪瓷碟片
1
71
中间馏分塔尾冷器
搪瓷碟片
1
72
四氯乙烯塔全凝器
搪瓷碟片
1
73
四氯乙烯塔尾冷器
搪瓷碟片
1
74
氯化氢精制塔全凝器
碳钢
1
75
氯化氢精制塔尾冷器
碳钢
1
76
解吸塔一级全凝器
石墨
2
77
解吸塔二级全凝器
石墨
1
78
解吸塔三级全凝器
石墨
1
79
氯化塔全凝器
石墨
6
80
氯化塔尾冷器
石墨
6
81
四氯乙烷塔再沸器
碳钢
1
82
解吸塔再沸器
碳钢
1
83
氯化氢精制塔再沸器
碳钢
1
84
低沸塔再沸器
碳钢
1
85
三氯乙烯塔再沸器
碳钢
1
86
中间馏分塔再沸器
碳钢
1
87
四氯乙烯塔再沸器
碳钢
1
88
四氯乙烷汽化器
碳钢
3
89
脱氯化氢反应器A
碳钢
1
90
脱氯化氢反应器B
不锈钢
1
91
螺旋板换热器
不锈钢
3
92
螺旋板换热器
不锈钢
3
93
螺旋板换热器
不锈钢
1
94
一级石墨降膜吸收器
石墨
1
95
二级石墨降膜吸收器
石墨
1
96
三级石墨降膜吸收器
石墨
1
97
乙炔水环压缩机组
碳钢
2
98
HCL压缩机组
不锈钢
2
99
制冷压缩机组
碳钢
1
100
导热油炉
碳钢
1
101
电加热器
碳钢
2
102
循环水冷却塔
玻璃钢
1
103
尾水脱气塔
玻璃钢
1
104
稀硫酸装车泵
钢衬四氟
2
105
硫酸计量泵
碳钢＋PVDF
2
106
Ⅰ塔稀硫酸循环泵
钢衬四氟
2
107
Ⅱ塔稀硫酸循环泵
钢衬四氟
2
108
Ⅲ塔稀硫酸循环泵
钢衬四氟
2
109
盐酸输送泵
钢衬四氟
2
110
喷射加压水泵
碳钢
2
111
氯化残液泵
钢衬四氟
2
112
四氯乙烷塔进料泵
钢衬四氟
2
113
氯化塔底泵
钢衬四氟
2
114
脱气塔上水泵
碳钢
2
115
尾水外送泵
钢衬四氟
1
116
四氯乙烷塔回流泵
钢衬四氟
2
117
四氯乙烷釜液泵
不锈钢
2
118
汽化器进料泵
不锈钢
2
119
汽化器残液输送泵
不锈钢
1
120
解吸塔回流泵
钢衬四氟
2
121
解吸塔釜液泵
钢衬四氟
2
122
低沸塔进料泵
钢衬四氟
2
123
导热油循环泵
碳钢
6
124
冷冻盐水输送泵
碳钢
2
125
化盐泵
碳钢
1
126
HCL精制塔回流泵
不锈钢
2
127
低沸塔回流泵
钢衬四氟
2
128
三氯乙烯塔加料泵
钢衬四氟
2
129
三氯乙烯塔回流泵
不锈钢
2
130
三氯乙烯塔釜液泵
钢衬四氟
2
131
中间塔进料泵
钢衬四氟
2
132
TCE成品输送泵
不锈钢
2
133
中间塔回流泵
钢衬四氟
2
134
四氯乙烯塔进料泵
钢衬四氟
2
135
四氯乙烯塔回流泵
钢衬四氟
2
136
四氯乙烯塔输送泵
钢衬四氟
1
137
四氯乙烯釜液泵
钢衬四氟
2
138
三氯乙烯罐装泵
不锈钢
2
139
三氯乙烯桶装泵
不锈钢
2
140
低沸物包装泵
钢衬四氟
1
141
盐酸装车泵
钢衬四氟
1
142
循环水泵
碳钢
3
143
污水泵
碳钢
1
144
压力变送器
40
145
压力变送器
24
146
双法兰差压变送器
29
147
双法兰差压变送器
14
148
乙炔质量流量计
1
149
氯气质量流量计
1
150
涡街流量计
15
151
涡街流量计
10
152
金属管浮子流量计
20
153
磁性浮子液位计
68
154
乙炔含量在线分析
1
155
氯气含量在线分析
1
156
有毒有害气体探测器
20
157
可燃气体探测器
10
158
调节阀
68
159
DCS控制系统
1
160
干式变压器
2
161
高压配电柜
1
162
0.4KV低压开关柜
24
163
直流屏
7
164
变频柜
7
165
软起动柜
3
166
气相色谱仪
4
167
电子天平
2
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