VCM装置工艺管道安装技术总结.docx
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VCM装置工艺管道安装技术总结
VCM 装置工艺管道安装技术总结
一.绪论.............................................................................................................................................1
1.1 氯乙烯简介................................................................................................................................1
1.2 氯乙烯发展历史 ......................................................................................................................1
1.3 氯乙烯生产方法介绍...............................................................................................................1
1.3.1 乙烯氧氯化法..........................................................................................................1
1.3.2 乙炔法......................................................................................................................2
1.3.3 乙烯直接氯化法......................................................................................................3
1.3.4 乙烯氯化裂解法......................................................................................................3
1.3.5 乙烯氯化平衡法......................................................................................................3
1.3.6 混合烯炔法..............................................................................................................3
二．我单位承建状况.......................................................................................................................4
2.1 乙炔法制氯乙烯总叙...............................................................................................................4
2.2 主要工艺流程...........................................................................................................................4
2.2.1 混合脱水和合成系统工艺流程...........................................................................4
2.2.2 净化与压缩系统工艺流程......................................................................................5
2.2.3 精制系统的工艺流程...........................................................................................6
三．主要设备...................................................................................................................................7
3.1 列管式石墨换热器.................................................................................................................7
3.2 氯乙烯合成转化器.................................................................................................................7
3.3 水洗塔.....................................................................................................................................8
3.4 压缩机.....................................................................................................................................9
3.5 低沸塔.....................................................................................................................................9
3.6 高沸塔...................................................................................................................................10
四．管道安装技术要点.................................................................................................................10
4.1 管道除锈防腐..........................................................................................................................10
4.1.1 管道涂漆要求........................................................................................................10
4.1.2 防锈漆要求............................................................................................................11
4.2 管道预制.................................................................................................................................11
4.3 管道切割.................................................................................................................................11
4.4. 管道焊接...............................................................................................................................11
4.5.管道安装.................................................................................................................................13
五．聚氯乙烯（VCM）的发展方向...............................................................................................13
VCM 装置工艺管道安装技术总结
VCM 装置工艺管道安装技术总结
一.绪论
1.1 氯乙烯简介
氯乙烯是一种应用于高分子化工的重要的单体。
化学式为 CH2CHCl，是卤代烃的一种，
工业上大量用作生产聚氯乙烯（PVC）的单体。
它在室温下是无色有毒的气体，微溶于水，
有醚香的气味。
沸点-13.9℃，临界温度 142℃，临界压力 5.22MPa。
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。
1.2 氯乙烯发展历史
1835 年法国人 V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。
20 世纪 30 年代，德国格里斯海姆电子公司基於氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的
工业生产。
初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。
以后，随
著石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。
1940 年，美国联合
碳化物公司开发了二氯乙烷法。
为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将
乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。
1960 年，美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法
配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。
乙炔法、混合
烯炔法等其他方法由於能耗高而处於逐步被淘汰的地位。
1.3 氯乙烯生产方法介绍
1.3.1 乙烯氧氯化法
现代工业生产氯乙烯的主要方法。
分三步进行：
第一步乙烯氯化生成二氯乙烷；第二步
二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢；第三步乙烯、氯化氢和氧发生氧氯化反应生成二氯乙
烷。
①乙烯氯化 乙烯和氯加成反应在液相中进行：
CH2=CH2 +Cl2→CH2ClCH2Cl
采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂，产品二氯乙烷为反应介质。
反应热可通过冷却水
或产品二氯乙烷汽化来移出。
反应温度 40～110℃，压力 0.15～0.30MPa，乙烯的转化率
和选择性均在 99%以上。
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②二氯乙烷热裂解 生成氯乙烯的反应式为：
ClCH2CH2Cl→CH2=CHCl +HCl
反应是强烈的吸热反应，在管式裂解炉中进行，反应温度 500～550℃，压力
0.6～1.5MPa；控制二氯乙烷单程转化率为 50%～70%，以抑制副反应的进行。
主要副反
应为：
CH2=CHCl→HC≡CH+ HCl
CH2=CHCl+ HCl→ClCH2CH2Cl
ClCH2CH2Cl→2CH2 +2HCl
裂解产物进入淬冷塔，用循环的二氯乙烷冷却，以避免继续发生副反应。
产物温度冷
却到 50～150℃后，进入脱氯化氢塔。
塔底为氯乙烯和二氯乙烷的混合物，通过氯乙烯精
馏塔精馏，由塔顶获得高纯度氯乙烯，塔底重组分主要为未反应的粗二氯乙烷，经精馏除
去不纯物后，仍作热裂解原料。
③氧氯化反应 以载在 γ－氧化铝上的氯化铜为催化剂，以碱金属或碱土金属盐为助
催化剂。
主反应式为：
H2C=CH2 +2HCL ½O2→CLCH2CH2Cl+ H2O
主要副反应为乙烯的深度氧化（生成一氧化碳、二氧化碳和水）和氯乙烯的氧氯化
（生成乙烷的多种氯化物）。
反应温度 200～230℃，压力 0.2～1MPa，原料乙烯、氯化氢、
氧的摩尔比为 1.05:
2:
0.75～0.85。
反应器有固定床和流化床两种形式，固定床常用列管式
反应器，管内填充颗粒状催化剂，原料乙烯、氯化氢与空气自上而下通过催化剂床层，管
间用加压热水作热载体，以移走反应热，并副产压力 1MPa 的蒸汽。
固定床反应器温度较
难控制，为使有较合理的温度分布，常采用大量惰性气体作稀释剂，或在催化剂中掺入固
体物质。
二氯乙烷的选择性可达 98%以上。
在流化床反应器中进行乙烯氧氯化反应时，
采用细颗粒催化剂，原料乙烯、氯化氢和空气分别由底部进入反应器，充分混合均匀后，
通入催化剂层，并使催化剂处于流化状态，床内装有换热器，可有效地引出反应热。
这种
反应器反应温度均匀而易于控制，适宜于大规模生产，但反应器结构较复杂，催化剂磨损
大。
由反应器出来的反应产物经水淬冷，再冷凝成液态粗二氯乙烷。
冷凝器中未被冷凝的
部分二氯乙烷及未转化的乙烯、惰性气体等经溶剂吸收等步骤回收其中二氯乙烷。
所得粗
二氯乙烷经精制后进入热解炉裂解。
乙烯氧氯化法的主要优点是利用二氯乙烷热裂解所产生的氯化氢作为氯化剂，从而使
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氯得到了完全利用。
1.3.2 乙炔法
在氯化汞催化剂存在下，乙炔与氯化氢加成直接合成氯乙烯：
CH≡CH+Cl→CH2=CHCl
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氯化汞（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。
1.3.3 乙烯直接氯化法
这是石油化工发展后以石油为基础开发的生产工艺。
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。
CH2=CH2+Cl2→CH2=CHCl+HCl
1.3.4 乙烯氯化裂解法
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。
CH2=CH2+Cl2→CH2ClCH2Cl
CH2ClCH2Cl→CH2=CHCl+HCl
1.3.5 乙烯氯化平衡法
比较乙烯氯化裂解法和乙烯氧氯化法，可以发现，乙烯氯化裂解法产生氯化氢，乙烯
氧氯化法消耗氯化氢。
如果将两种方法结合起来，让乙烯氯化裂解法和乙烯氧氯化法的第
一步按照一定的比例生产，可以使氯化氢变为中间产物，这是目前世界上生产氯乙烯的主
要方法。
不久的将来，我国的氯乙烯生产将主要采用这种方法。
1.3.6 混合烯炔法
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该法是以石油烃高温裂解所得的乙炔和乙烯混合气（接近等摩尔比）为原料，与氯化
氢一起通过氯化汞催化剂床层，使氯化氢选择性地与乙炔加成，产生氯乙烯。
分离氯乙烯
后，把含有乙烯的残余气体与氯气混合，进行反应，生成二氯乙烷。
经分离精制后的二氯
乙烷，热裂解成氯乙烯及氯化氢。
氯化氢再循环用于混合气中乙炔的加成。
二．我单位承建状况
2.1 乙炔法制氯乙烯总叙
我单位承建青海盐湖海纳化工有限公司聚氯乙烯一体化项目年产 24 万吨 VCM 装置，
VCM 装置主要是由以下几大单元组成即：
原料处理单元、VCM 合成转化单元、净化与压缩
单元、VCM 精馏单元、解析气碱洗与尾气变压吸附单元、VCM 罐区单元、含汞废水处理单
元等几个生产单元和公用工程设施组成。
其中原料处理单元、VCM 合成转化单元、净化与
压缩单元、VCM 精馏单元、是生产产品的主要生产单元。
装置利用经分别干燥处理的乙炔
和氯化氢原料气，按设定比例混合后，通过一段、二段反应器反应生成氯乙烯，再经净化、
压缩、精馏得到氯乙烯成品。
精馏尾气采用变压吸附技术，回收氯乙烯，尾气经解吸气碱
洗及排放气排放单体达标排放，含汞废水经含汞废水处理单体达标后排入全场废水处理系
统。
VCM 装置管线繁多，介质类别也比较多。
管道材料分为
20#，304,304L，L245，FRP/PVC，20#/PTFE,16MnDG。
VCM 各装置管道累计 40000 米，压力管道 28Km,累计寸径 22 万达因。
2.2 主要工艺流程
2.2.1 混合脱水和合成系统工艺流程
图 2-1 示出混合脱水和合成系统的工艺流程.
由乙炔装置送来的精制乙炔气，经砂封和乙炔预冷器预冷后,与氯化氢装置送来的干燥
氯化氢,经缓冲器通过流量计调节分子配比（乙炔／氯化氯=1／1.05～1.1），在混台器 2 中
充分混合后，进入串联的石墨冷却器 3a，3b，用－35℃盐水（尾气冷凝器下水）间接冷却，
混合气中水分一部分则以 40%盐酸排出，部分则夹带于气流中，进入串联的酸雾过滤器
4a，4b,由硅油玻璃棉捕集分离。
然后该气体经预热器 5 预热，由流量计控制进入串联的第
1 组转化器 6a，借列管中填装的暖附于活性炭上升汞催化剂，使乙炔和氯化氢合成转化为
氯乙烯．第一组出口气体中尚有 20 一 30%未转化乙炔，再进入第Ⅱ组转化器 6b 继续反应，
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使出口处未转化的乙炔控制在 3%以下。
第二组转化器（可由数台并联操作）填装活性较
高的新催化剂，第Ⅱ组转化器（也可由数台并联操作）则填装活性较低的，即由第Ⅱ组更换
下来的旧催化剂．合成反应的热量．系通过离心泵送来的 95～100℃左右的循环热水移去。
在混合脱水系统石墨冷却器之后，也有采用先经旋风分离器分离酸液，再用一台酸雾
过滤器脱酸的流程．在合成转化器系统，小型装置由于转化器台数少，如 3～4 台，也有
采用可串联可并联的流程，遇个别转化器损漏时候可以灵活切换。
图 2-1 混合脱水和合成系统工艺流程
1-乙炔预冷器；2-混合器；3ａ，３ｂ-石墨冷凝器；
4ａ，4ｂ-酸雾过滤器；5-预热器；6ａ-第Ⅰ组转化器；6ｂ-第Ⅱ转化器
2.2.2 净化与压缩系统工艺流程
图 2-2 粗氯乙烯净化压缩系统工艺流程图
1-汞吸附器；2-水洗泡沫塔；3-碱洗泡沫塔；4-气柜；5-冷碱塔；6-机前预冷器；7-氯乙
烯压缩机；8-机后冷却器
粗氯乙烯在高温下带逸的氯化高汞升华物，在填装活性炭的汞吸附器 1 中除去，然后
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由石墨冷却器将合成气冷却到 15℃以下，通入水洗泡沫塔 2 回收过量的氯化氢。
泡沫塔顶
是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触制得 20％的盐酸，由塔底借位差注入酸盐大贮
槽供灌装外销。
气体再经碱洗泡沫塔 3 除去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气柜 4，气
柜中氯乙烯经冷碱塔 5 进一步除去微量酸性气体。
至机前冷却器 6 和水分离器 7，分离出
部分冷凝水，借往复式压缩机 8 加压至 0.49—0.59MPa（表压），并经机后油分离器、冷却
器 9 及分离器等设备，进一步除去油及水后送精馏系统水洗泡沫塔后，可串联第二台水洗
泡沫塔或水洗填料塔（图中未标出），以备开停车通氯化氢时，或氯化氢纯度波动较大时，
通入吸收水操作，其含少量氯化氢的酸性水可排至中和处理。
2.2.3 精制系统的工艺流程
自压缩机送来的 0.49～0.59MPa（表压）的粗氯乙烯；，先进入冷凝器 la,1b。
借工业水
或 0℃冻盐水进行间接冷却，使大部分氯乙烯气体液化。
液体氯乙烯借位差进入水分离器
2，借密度差连续分层，除水后进入低沸塔 3。
全凝器中未冷凝气体（主要为惰性气体）进入
尾气冷凝器 5，其冷凝液主要含有氯乙烯及乙炔组分，作为回流液返入低沸塔顶部，低沸
塔底部的加热釜借转化器循环热水采进行间接加热，以将沿塔板下流的液相中的低沸物蒸
出。
气相沿塔板向上流动并与塔板上液相进行热量及质量的交换，最后经塔顶冷凝器以
0℃冷冻盐水将其冷凝作为塔顶回流盘，不冷凝气体亦由塔顶经全凝器通人尾气冷凝器处理。
低沸塔底脱除低沸物的氯乙烯借位差进入中间槽 4。
尾
图 2-3 所示了氯乙烯精馏工艺流程
1a，1b—全凝器；2—水分离器；3—低沸塔；4—中间槽；5a，5b—尾气冷凝器；6
—水分离器；7—高沸塔；8—成品冷凝器；9—单体贮槽
尾气冷凝器（用－35℃冷冻盐水冷却）排出的不冷凝气体，经尾气吸附装置（图中未示出），
回收其中氯乙烯组分后，惰性气体经压力自控的减压阀排空。
中间槽的粗氯乙烯借阀门减压后连续进人高沸塔 7，向下流的液相经塔底的加热釜将
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氯乙烯组分蒸出，上升的蒸气与塔板上液相进行同样的热量及质量交换，至塔顶排出精氯
乙烯气相，经塔顶冷凝器以 0℃冷冻盐水将其冷凝作为塔顶回流，大部分气相剐则进入成
品冷凝器 8，借工业水或 0℃冷冻盐永间接冷却将氯乙烯全部冷凝下来，借位差流入成品
贮槽 9 中．根据聚合装置需要，借氯乙烯气化槽中单体气化压力，将成品单体间歇压送至
该装置使用。
自高沸塔底分离收集到的以 1，1-二氯乙烷为主的高沸点物质，间歇排放人高沸物受
槽,并由填料式蒸馏塔（又称Ⅲ塔）回收其中氯乙烯或 40~70℃的馏分。
三．主要设备
3.1列管式石墨换热器
石墨换热器是用于冷却或加热氯化氢或其他腐蚀性气体的
设备，主要有列管式和块孔式，图 4 浮头列管式石墨换热器。
由图 3-1 可见，与气体接触部分均用石墨材料制造，这种
石墨是浸渍过酚醛或酚醛树脂的“不透性石墨”。
如上下管板
2 与 7 是由小尺寸石墨块交叉胶接后，经过车圆、浸渍、钻孔、
浸渍、再精加工
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