氯碱工艺及仪表选型课件

氯碱工艺应用及仪表选型2009年1月V1.0氯碱行业概况介绍电解工艺及仪表选型VCM工艺及仪表选型聚合工艺及仪表选型Copyright@2005FPIinc,allrightreserved行业概述 氯碱行业是以氯和碱作为主要原料的化工行业总称。氯碱行业主要的产品有：烧碱、液氯、PVC、盐酸。 过去氯碱行业以地方国企为主，规模偏小，但新建企业开始大量引入民营资本，规模都在10万吨/年以上。 由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是重要的基础化学工业之一。产品同质化相对严重，属于完全竞争行业。我国的氯碱工业主要采用两种生产工艺：隔膜法和离子膜法。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved企业分布 目前，全国氯碱企业有近200余家，其中PVC厂家有87家，其中电石法有75家。主要分布在山东、天津、四川、河北、江苏、浙江、上海、河南、新疆等省。

Copyright@2005FPIinc,allrightreserved发展现状规模与技术问题

我国氯碱企业规模普遍偏小、布局分散、集中度低，区块分割现象比较严重，另外由于石油、电费涨价等原因企业效益相对其他行业较差。氯与碱平衡问题

国内市场上氯产品需求旺盛，而烧碱市场相对疲软。氯产品的开发与生产成为企业今后主要的效益增长点，也是氯碱生产中决定企业经济效益和技术水平的最关键的因素之一。安全与环保问题

据国家安全局统计，由氯气及含氯化合物引起的占全部安全安事故的22%。另外，电石法PVC耗电高，含氯尾气扩散等污染已经引起了国家环保局重视。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved企业需求迫切需要提高经济效益，提高企业竞争力：扩大生产规模；提高氯利用率；调整产品结构。亟需降低事故发生率，降低舆论和环保压力：加强工艺控制；提高安全意识；配置安全设备。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved电解工艺

电解是借助直流电流来进行化学反应的过程。当以直流电通过食盐水溶液时，产生离子的迁移和放电，可以制造烧碱、氢气和氯气。电解总反应式：2NaCl+2H2O→Cl2↑+H2↑+2NaOH阳极上反应式2CL--2e→Cl2↑阴极上反应式2H2O+2e→H2↑+2OH-

氯碱生产有离子膜法、隔膜法、水银法。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved隔膜法盐水由管r连续加入阳极室。阳极液不断地从阳极室通过隔膜的孔隙流入阴极室。阴极上生成的电解液，经电解槽底部的管n连续流出。氯气及氢气分别经过管c及h连续排出。在阴极石墨棒a上，进行的主要电极反应2Cl--2e——→Cl2↑食盐水溶液经电解后发生的主要反应是溶液中的Cl-在阳极上放电并逸出Cl2后，阳极液中剩下的Na+向阴极迁移，这与阳极液从阳极室通过隔膜的孔隙流入阴极室，在方向上是一致的在铁阴极K上进行的主要电极反应为：随着放电的结果，在阴极室的溶液中就剩下了OH-，它与来自阳极液中的Na+形成NaOH，所以阴极室的溶液又称为电解碱液；简称为电解液

Copyright@2005FPIinc,allrightreserved电解槽以前隔膜电解槽发展相当缓慢，以石墨制作阳极有90多年历史，从1969年开始，石墨阳极逐渐被长寿命、低能耗的金属阳极所取代。金属阳极金属阳极是一种新型高效电极材料。所谓金属就是以金属钛为基体，在基体上涂一层其它金属氧化物的活化层所构成的阳极。当前，金属阳极一般采用网形结构。阴极：隔膜电解槽能使用的阴极材料有铁、铜和镍。铁的导电性能良好，耐电解液的腐蚀；铁易于制成各种形状，经济合适。因此，在工业上一般采用铁作为阴极材料。石棉隔膜立式吸附隔膜电解槽的隔膜，是以石棉纤维为材料制成的滤过式的隔膜。石棉隔膜能阻止气体分子穿过，但不能阻止水分子和离子穿过。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved电解盐水工段测点Copyright@2005FPIinc,allrightreservedNCl3测点化盐单元电解单元氯气处理单元氯气液化单元液氯存储单元氯气气化单元排污槽原盐氢气去氢气处理精盐水湿氯气烧碱溶液直流电液氯充装销售冷媒去氨压缩机液氯液氯氯气至汽化氯用户三氯化氮排污至次氯酸钠综合利用单元冷媒(氯化钙盐水)NaOH溶液化盐用水干燥氯气12345Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯气干燥塔后测氯气中微量水典型工况检测需求如果H2O含量过高，CL2与水结合将生成大量盐酸，会腐蚀工艺设备，所以需要检测H2O含量。测点特点CL2与水结合将生成盐酸，有较强的腐蚀性，不宜进行接触式测量。H2O含量很低，通常在5-10ppm.Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯气中微量水传统解决方案P2O5分析仪的缺陷：需要定期清洗探头，并重新涂敷P2O5，清洗后需要用高纯氮气吹扫20小时以上，往往需要送回厂家处理，每次每台收费1000-2000元。影响使用。系统有本底误差，测量结果易受温度、压力、流量的影响；由于电解需要时间，系统反应时间慢，从1ppm变化到10ppm需要5分钟系统测量精度受到样品气流量、系统压力、电解池温度的影响。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯气中微量水LGA解决方案根据现场情况，可以有2种解决方案取样分析。仪表选用LGA4500适用于管径小于50cm或压力较高的场合。在位旁通式分析。仪表选用LGA4100，适用于无粉尘、水分少，工况干净，但工艺管径太小的场合。

Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯气中微量水取样式解决方案Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯气中微量水取样式解决方案Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯气中微量水旁通式解决方案Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯碱行业概况介绍电解工艺及仪表选型VCM工艺及仪表选型聚合工艺及仪表选型Copyright@2005FPIinc,allrightreservedVCM工艺电石乙炔法乙烯法二氯乙烷法乙烯氧氯化法乙烷法Copyright@2005FPIinc,allrightreserved电石法工艺

电石法制乙炔是最早的氯乙烯生产方法。它主要利用乙炔和氯化氢为原料，用HgCl2作为催化剂进行加成反应，生成氯乙烯。CaC2+H2OC2H2+Ca(OH)+130KJ/MoLC2H2+HCl→C2H3Cl 其优点是工艺成熟简单，设备投资低。但采用电石作为原料，需要个消耗大量的电能，另外催化剂对环境污染严重。电石法在国外已经基本淘汰。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved二氯乙烷（EDC）法 C2H4+Cl2→C2H4Cl2 C2H4Cl2→C2H3Cl+HCl 沧洲化工实业集团公司是我国引进EDC原料生产的最大企业。其它氧氯化生产企业也有部分引进EDC原料生产。

Copyright@2005FPIinc,allrightreserved其他Cl2测点二氯乙烷合成塔C2H2Cl2二氯乙烷储槽尾气测点：EDC尾气测量：气态EDC中Cl2含量选型：OMA3000氯化过程尾气利用乙炔/氯气比控制乙烯的浪费OMA30000-2000PPmCopyright@2005FPIinc,allrightreserved乙烯氧氯化法乙烯氧氯化法包括3个步骤：(1)直接氯化，即乙烯和氯气在氯化铁的催化作用下发生加成反应生成二氯乙烷(EDC)；(2)EDC裂解，即EDC在高温下热裂解生成VCM和氯化氢；(3)氧氯化，即氯氢和乙烯、氧气在氯化铜的催化作用下反应生成EDC和水。主要反应过程C2H4+2HCl+1/2O2→C2H4Cl2+H2O C2H4Cl2→C2H3Cl+HCl

上海氯碱化工股份公司、齐鲁石化股份公司、北京化二股份有限公司、天津大沽化工厂基本上以氧氯化法工艺生产装置为主Copyright@2005FPIinc,allrightreserved化合成VCM工艺流程框图平衡氧氯化方法技术成熟，产品质量高，但工艺流程长、能耗高。日本学者曾提出将放热的反应（1）和吸热的反应（2）合并在一个反应器中进行，即氯化裂解反应。但该反应要在410~480℃，常压0.3MPa下进行，反应温度高，不可避免会产生结焦等副反应，使VCM的收率下降。乙烯直接加成氯化和乙烯氧氯化合成VCM工艺流程框图

Copyright@2005FPIinc,allrightreservedOMA3000微量Cl2分析系统选用OMA3000分析仪。解决方案光谱分析单元预处理单元气路控制单元正压控制单元减压阀Copyright@2005FPIinc,allrightreserved典型工况采样温度45℃气体成分HCl≥93%Cl20.001%~1%H2O饱和N22%H23%表压压力0.02~0.06MPa要求耐腐蚀要求大范围动态量程防止冷凝，耐腐蚀要求防爆Copyright@2005FPIinc,allrightreserved方案图Copyright@2005FPIinc,allrightreserved系统规格组份微量Cl2HCl纯度采样方法完全抽取完全抽取量程范围0-150-5000PPm90%-100%线性度大量程：＜1%F.S.小量程：＜2%F.S.＜5%F.S.重复性≤最小量程1%≤2%F.S.零点飘移≤1%F.S.24h≤1%F.S.24h量程漂移≤1%F.S.7d≤1%F.S.7d响应时间10秒10秒输出信号4-20mA浓度信号输出（开关量表示量程）4-20mA浓度信号输出开关输出一路，干接点采样温度45℃采样压力0.02-0.06MPa采样流量1.2-3L/min电源AC220V,50Hz,0.5KW安装地点现场防护等级ExpxdIIBT4,IP65Copyright@2005FPIinc,allrightreserved客户关注点测量精度 OMA3000微量Cl2分析仪采用的全息光栅分光技术和DOAS算法大大提高了微量气体的测量精度。OMA3000通过这两种技术可实现同时测量HCl&Cl2，能去除粉尘、气溶胶等物质的消光影响，在无需知道原始光强的情况下，使用长光程，可测量ppm级浓度的气体。 产品寿命 OMA3000微量Cl2分析仪针对氯碱行业工况恶劣、工作环境差等特点，选用耐腐蚀气路元件，并在采样前端安装气水分离器和过滤器来分离水汽，降低腐蚀可能。测量室采用高耐腐材料制成的塑料气体室，高温（120度）伴热，避免水气和浓盐酸冷凝。光谱仪选用氙灯作为紫外光源，较氘灯寿命长很多，理论上寿命可达5年以上。可靠性 OMA3000微量Cl2分析仪采用全固化光谱仪，无运动部件，对温度、湿度等不敏感。另外，仪器采用正压测量，无需采样泵。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved客户价值防止爆炸事故发生，保障生产安全 OMA3000微量Cl2分析系统可实时分析HCl总管中残留Cl2，一旦监测到Cl2含量超过设定值，就产生一路信号送至DCS，关闭C2H2的管道，防止爆炸发生。如果一旦发生爆炸，可能导致的直接损失不包括人员伤亡在100万元以上。提高HCl产率和氯碱装置PVC产能 OMA3000微量Cl2分析系统可分析总管中HCl纯度。通过分析HCl的纯度和Cl2含量，可有效减少通入过量H2的量，从而提高HCl产率。根据某大型氯碱厂的生产数据统计：每提高氯化氢纯度1％，可以多生产氯乙烯单体3400吨/年,从目前有2～3％的提升空间，至少可以多产PVC树脂6500～10000吨/年,创产值6000多万元/年,利润至少1000万元以上。Copyright@2005FPIinc,allrightreservedVCM气提塔尾气测氧基本工况测量需求

监测氧含量，以便防止爆炸。测量点特点

压力较低，少量水份，可以原位测量。磁氧表必须取样分析。LGA解决方案原位分析：适用于现场工况较好，管径满足光程要求。旁通式分析：适用于管径太小，不能满足光程要求。取样分析：标定方便。Copyright@2005FPIinc,allrightreserved氯碱行业概况介绍电解工艺及仪表选型VCM工艺及仪表选型聚合工艺及仪表选型Copyright@2005FPIinc,allrightreserved聚合工艺 氯乙烯聚合是将VCM单体通过聚合反应生成聚氯乙烯的过程。 悬浮法是生产聚氯乙烯的主要工艺，约占世界90%以上的产能。 悬浮法生产聚氯乙烯：一般在不锈钢衬里的聚合釜中加入去离子水、VCM单体、分散剂的聚合引发剂等，在脱气后升温聚合，当达到所需的聚合转化率后，回收未反应单体，经脱水、干燥后生产出聚乙烯。Copyright@2005FPIinc,allrightreservedPVC气提塔工艺及检测点氯乙烯经精馏工段，精馏塔尾气经变压吸附回收，一、二级合成转换器转换，再经净化后到压缩机入口，进入压缩工序。单体氯乙烯精馏塔精馏后，进入压缩机入口，经压缩进入聚合釜聚合，聚合塔尾气冷凝后经压缩机返回聚合。Copyright@2005FPIinc,allrightreservedPVC简单工艺及检测解决方案位图Copyright@2005FPIinc,allrightreserved具体测点测点气体检测点1气体检测点2气体检测点3测量组分湿氯气中微量NCl3、H2分析干氯气中微量水、O2、H2、NCl3分析

氢浓度分析/氯气浓度分析浓度/量程NCl3(0~20ppm),H2O(0~150ppm),O2(0~2%）,H2(0~100%),H2(1%VOL;2.5%VOL停车)H2(1%VOL;2.5%VOL停车)，NCl3(0~20ppm)Cl2(0~100%)测量目的1.监测干氯气中NCl3是否超标，防止NCl3富集1.防止水含量过高，与Cl2结合腐蚀管道纯度测量，

2.测H2是为了安全控制2.监测干氯气中NCl3是否超标，防止NCl3富集氯氢配比优化3.测H2是为了安全控制4.膜的氧渗透测量仪表选型OMA-3010(NCL3)LGA-4500(H20/O2)OMA-3010(CL2)KK650(H2)OMA-3010(NCL3)KK650(H2)KK650(H2)Copyright@2005FPIinc,allrightreserved具体测点测点气体检测点4气体检测点5气体检测点6测量组分尾气（O2、NOX、SO2）炉气CO、CO2、H2乙炔中的微量H2S、