万吨三氯乙烯项目工艺装置技术方案.docx

1、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

2、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58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200290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

3、.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400500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

4、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

5、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

6、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862,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

7、，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1015%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35%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

8、量，进入文丘里反应器，配制成PH值在78有效氯在0.080.12%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

9、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100140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

10、.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

11、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/h 0.508t/h 乙 炔 清 净 NaClO0.27t/h 杂质0.0108t/h 乙 炔 干 燥 CL2 7.2t/h 氯 化 塔 四 氯 乙 烷 塔 (HCl

12、 1.5 t/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0.9360002氯气（99%，水份50PPM）吨1.3520003催化剂（寿命3000h）吨0.002804烧碱吨0.0016645分子筛吨0.00017

13、6.86FeCl3吨0.000176.87导热油吨0.0017688煤炭吨0.14000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270Kwh1080万Kwh/年5氮气96 Nm3384万 Nm3/年6净化风51.2 Nm3204.80万 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

14、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

15、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GB5005892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

16、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

17、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50Hz1%。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：3m。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510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

18、序号设备类型设备台数备注1反应器42塔器313换热器744泵、压缩机665容器等744.5.2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0Cr18Ni9 Ti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DN145012000，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DN28008200，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

19、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62氯化塔（碳钢）碳钢13四氯乙烷塔碳钢/搪瓷14解吸塔碳钢/搪瓷15低沸塔碳钢16三氯乙烯塔碳钢17中间馏分塔碳钢18四氯乙烯塔碳钢19氯化氢精制塔碳钢110乙炔干燥塔碳钢滚涂F4111乙炔干燥塔碳钢滚涂F4112乙炔干燥塔碳钢滚涂F4113乙炔吸附塔碳钢214低沸塔顶液中和干燥塔碳钢215三氯乙烯塔中和干燥塔不锈钢

20、216TCE吸附塔碳钢217解吸塔釜液吸附塔碳钢218解吸釜液罐碳钢219氯化氢纤维捕集器碳钢120四氯乙烷釜液罐碳钢121三氯乙烯塔回流罐碳钢122三氯乙烯塔釜液罐碳钢123三氯乙烯计量罐碳钢424中间馏分塔回流罐碳钢125四氯乙烯塔回流罐碳钢126四氯乙烯塔计量罐碳钢127三氯乙烯塔成品罐不锈钢428三氯乙烯塔成品包装罐不锈钢229 低沸物储罐碳钢130 四氯乙烯成品储罐碳钢131乙炔捕雾器碳钢132乙炔除酸器碳钢133浓硫酸冷却器哈氏合金134稀硫酸循环冷却器A哈氏合金135稀硫酸循环冷却器B哈氏合金136稀硫酸循环冷却器C哈氏合金137浓硫酸储罐碳钢138稀硫酸储罐玻璃钢139 盐酸储

21、罐玻璃钢140 稀盐吸收水槽玻璃钢141氯化塔回流罐搪瓷742四氯乙烷塔回流罐搪瓷143低沸塔回流罐搪瓷144低沸塔顶液罐搪瓷145解吸塔回流罐搪瓷146解吸塔收集罐搪瓷147氯化母液罐碳钢148氯化尾水箱碳钢749氯化残液罐碳钢150粗四氯乙烷罐碳钢251氯气缓冲罐碳钢152氮气缓冲罐碳钢153仪表风缓冲罐碳钢154乙炔液封桶碳钢155氯化塔气液分离器碳钢756氯化塔缓冲罐碳钢757四氯乙烷液封桶碳钢758导热油膨胀槽碳钢359导热油储槽碳钢160盐水循环罐碳钢161化盐池碳钢162乙炔冷却器A碳钢163乙炔冷却器B碳钢164三氯乙烯塔全凝器不锈钢165三氯乙烯塔尾冷器不锈钢166四氯乙烷塔

22、全凝器搪瓷碟片467四氯乙烷塔尾冷器搪瓷碟片168低沸塔全凝器搪瓷碟片469低沸塔尾冷器搪瓷碟片170中间馏分塔全凝器搪瓷碟片171中间馏分塔尾冷器搪瓷碟片172四氯乙烯塔全凝器搪瓷碟片173四氯乙烯塔尾冷器搪瓷碟片174氯化氢精制塔全凝器碳钢175氯化氢精制塔尾冷器碳钢176解吸塔一级全凝器石墨277解吸塔二级全凝器石墨178解吸塔三级全凝器石墨179氯化塔全凝器石墨680氯化塔尾冷器石墨681四氯乙烷塔再沸器碳钢182解吸塔再沸器碳钢183氯化氢精制塔再沸器碳钢184低沸塔再沸器碳钢185三氯乙烯塔再沸器碳钢186中间馏分塔再沸器碳钢187四氯乙烯塔再沸器碳钢188四氯乙烷汽化器碳钢389

23、脱氯化氢反应器A碳钢190脱氯化氢反应器B 不锈钢191螺旋板换热器不锈钢392螺旋板换热器不锈钢393螺旋板换热器不锈钢194一级石墨降膜吸收器石墨195二级石墨降膜吸收器石墨196三级石墨降膜吸收器石墨197乙炔水环压缩机组碳钢298HCL压缩机组不锈钢299制冷压缩机组碳钢1100导热油炉碳钢1101电加热器碳钢2102循环水冷却塔玻璃钢1103尾水脱气塔玻璃钢1104稀硫酸装车泵钢衬四氟2105硫酸计量泵碳钢PVDF2106塔稀硫酸循环泵钢衬四氟2107塔稀硫酸循环泵钢衬四氟2108塔稀硫酸循环泵钢衬四氟2109盐酸输送泵钢衬四氟2110喷射加压水泵碳钢2111氯化残液泵钢衬四氟211

24、2四氯乙烷塔进料泵钢衬四氟2113氯化塔底泵钢衬四氟2114脱气塔上水泵碳钢2115尾水外送泵钢衬四氟1116四氯乙烷塔回流泵钢衬四氟2117四氯乙烷釜液泵不锈钢2118汽化器进料泵不锈钢2119汽化器残液输送泵不锈钢1120解吸塔回流泵钢衬四氟2121解吸塔釜液泵钢衬四氟2122低沸塔进料泵钢衬四氟2123导热油循环泵碳钢6124冷冻盐水输送泵碳钢2125化盐泵碳钢1126HCL精制塔回流泵不锈钢2127低沸塔回流泵钢衬四氟2128三氯乙烯塔加料泵钢衬四氟2129三氯乙烯塔回流泵不锈钢2130三氯乙烯塔釜液泵钢衬四氟2131中间塔进料泵钢衬四氟2132TCE成品输送泵不锈钢2133中间塔回流

25、泵钢衬四氟2134四氯乙烯塔进料泵钢衬四氟2135四氯乙烯塔回流泵钢衬四氟2136四氯乙烯塔输送泵钢衬四氟1137四氯乙烯釜液泵钢衬四氟2138三氯乙烯罐装泵不锈钢2139三氯乙烯桶装泵不锈钢2140低沸物包装泵钢衬四氟1141盐酸装车泵钢衬四氟1142循环水泵碳钢3143污水泵碳钢1144压力变送器40145压力变送器24146双法兰差压变送器29147双法兰差压变送器14148乙炔质量流量计1149氯气质量流量计1150涡街流量计15151涡街流量计10152金属管浮子流量计20153磁性浮子液位计68154乙炔含量在线分析1155氯气含量在线分析1156有毒有害气体探测器20157可燃气体探测器10158调节阀68159DCS控制系统1160干式变压器2161高压配电柜11620.4KV低压开关柜24163直流屏7164变频柜7165软起动柜3166气相色谱仪4167电子天平2