【氯乙烯生产过程中的节能减排新方案（论文）5500字】

氯乙烯生产过程中的节能减排新方案目录15262摘要 I18033一、引言 18519二、生产方法 12948（一）乙炔法 13643（二）乙烯氧氯化法 227838三、氯乙烯生产工艺方案论证及选择 523668（一）方案论证及选择 528168（二）节能减排新方案叙述 8204401.工艺反应公式 8319232.生产流程 832116四、结论 1010920参考文献 10摘要氯乙烯是化学工业上重要的化工原料，是无色、易液化气体。氯乙烯是有毒物质，但它以十分低廉的价格和突出的性能成为十分理想的材料。随着我国国民经济的增长，对氯乙烯的需求量日益增加，因此氯乙烯的发展前景十分良好。本文对氯乙烯氧氯化工段进行节能减排新方案设计，对乙烯氧氯化法的设计生产方法的选择，节能减排新方案叙述，制定合理的生产方案和工艺流程。关键词：氯乙烯；乙烯氧氯化；节能减排一、引言本项目利用乙烯、氧气和氯气为主要工业原料，通过直接氯化、氧氯化和裂解工艺，生产氯乙烯。项目运用清洁新工艺，实现了绿色化生产和盐酸的资源化利用。二、生产方法氯乙烯（VCM）单体是聚氯乙烯（PVC）生产中最重要的主要原料之一，同时至关重要是，其也是二氯乙烷（EDC）制备后的下游产业。VCM单体的质量好与坏会直接影响PVC树脂的质量，即PVC树脂的经济效益直接受到VCM单体的生产成本的影响。因此国内外众多PVC制造企业都期望，对VCM单体的质量进行进一步提高，从而使得其单体的杂质含量进一步降低，与此同时尽可能的降低单体生产成本，故需要采用相对最先进的工艺。电石乙炔法以及乙烯氧氯化法，这两种方法是VCM的主要生产方法。近年来，乙烯直接氯化/氯化氢氧化和乙烷直接氧氯化等一些新的工艺技术通过不断地研究实践，逐渐发展起来，在VCM生产领域崭露头角。而事实上，上述的新工艺只是乙烯法工艺的延伸。因此目前工业上生产的氯乙烯仍是以乙炔法和乙烯氧氯化法为主流的两种主要生产工艺。（一）乙炔法氯乙烯最早的一种生产方法即是电石乙炔法。该工艺方法以乙炔和氯化氢为主要原料，进行加成反应，同时加入HgCl2作为催化剂，从而生成氯乙烯，反应方程式为：C2乙炔法是按照1:1.05−1.1比例将选取具有纯度的HCl气体和C2H2气体混合，使用HgCl初始投资低、生产方法简单且工艺技术成熟等是电石乙炔法的优势所在。在上世纪50年代末期即1960年前后，逐渐开始采用电石乙炔法来生产我国的氯乙烯。由于该工艺以电石为主要原料，且同时需要耗费大量的电能，故生产成本较高，环境污染较为严重，因此目前电石乙炔法制备氯乙烯的工艺方法已经基本被大部分发达国家和地区所淘汰。但目前我国生产氯乙烯仍是仍然是依靠电石乙炔法作为主要的生产方法，其主要原因是由于受到了能源结构的限制。我国第一套使用电石乙炔法制备氯乙烯的生产装置于1958年建成，自从其建成以来，电石乙炔法生产工艺的后处理工艺技术在国内不断的发展创新，同时也在生产设备上取得了了许多技术革新，因此，能源消耗较高和环境污染较大等之前电石乙炔法突出的缺点和问题逐步得以解决。通过了解电石乙炔法的生产技术以及目前和未来的发展趋势，不难看出，电石乙炔法在将来仍会显示出强大的生命力和竞争力，在日益激烈的市场竞争中其在国内仍将占据主导地位。（二）乙烯氧氯化法氧氯化法是对利用氯化氢合成有机物的这一类反应的总称。在乙烯氧氯化法中，液态的二氯乙烷的循环液流是乙烯的氯化加成反应的必备条件之一，以及与稍微过量的氯为条件下进行的。此乙烯氧氯化法理想的反应温度是在50—60℃之间，若温度高于70℃，则会导致副产物增多。上述反应生成的二氯乙烷在裂解炉中经高温裂解后生成主要产品氯乙烯和氯化氢，再由氯化氢、乙烯和氯气反应生成二氯乙烷，进行重复循环反应，即以乙烯为基础的工艺路线。在我国目前，仍有大多厂家采用电石乙炔法，只有上海氯碱、北京化工二厂、齐鲁石化和天津大沽化工等较大的氯乙烯生产企业采用上述以乙烯为原料的平衡氧氯化法。在乙烯氧氯化法刚开始反应时，因为放热反应所产生的热能在短时间内可以使液体温度迅速升高，故可以在环境温度下开始反应。在反应液中较为理想的三氯化铁浓度为25mg/kg。在反应液中，对于氯气浓度的控制是至关重要的，其目的是为了尽可能的提高反应的收率。氯气浓度必须高到使反应器排气中未反应的乙烯损失最小，同时又必须低到未反应的的氯气和生成取代反应副产物减至最小。经验证明，当原料乙烯是聚合级和反应产物被水洗时，游离氯的浓度在300～400mg/kg之间为最佳。在反应液中氧气的适量存在也可以提高反应后EDC的收率，其原因是氧气可以比较有效的防止一部分副产物的生成。为了运用此方法达到提高收率的目的，在实际生产中通常使用的方法是在进料的氯气中同时有足够的氧，如若在必要时，且可以将适量的干燥空气加入到反应器中。但是，必须时刻注意的是，为了保持排出气体中的氧浓度必须低于爆炸极限，因此进行上述操作的同时，必须不断地向反应器中注入氮气。其工艺过程示意如图2-1。（1）乙烯直接氯化（2）二氯乙烷裂解（3）乙烯氧氯化图2-1乙烯氧氯化平衡法制氯乙烯此图可见，用这种生产方法制造氯化乙烯的原料是C2H4，Cl2和空气，Cl2都可以参与反应，重点是计算C可以在气相中进行此反应，也可以在溶剂中进行此反应。气相反应因为放热大，并且散热困难而且不容易控制，所以工业上采用的液相反应是存在于极性溶液下的，二氯乙烷是反应溶剂。图2-2直接氯化工序简易流程二氯乙烷热裂解反应式:ClCH2CH反应是可逆的吸热反应，由管式分解炉进行，反应温度500～550℃，压力0.6～1.5mpa。将二氯乙烷的单向转换率控制在50%−70%，抑制二次反应的进行。分解产物进入急冷塔，为了防止副反应持续，用循环二氯乙烷冷却。将产品温度冷却到50～150℃，进入脱氯塔。脱氯塔底部是氯乙烯和二氯乙烷的混合物，在氯乙烯蒸馏塔中蒸馏，可以从塔顶得到高纯度氯化乙烯。底部主要是未参与反应的粗二氯乙烷，蒸馏后也是热分解原料。乙烯氧氯化部分CH2=CH2这是强烈的发热反应。也会发生生成其他氯衍生物的副反应。这些副产品的总量低于二氧乙烷生成量的1%。作为乙烯液相氯化反应的催化剂，FeCl是一般的催化剂。而FeCl3的主要作用是抑制取代反应，使乙烯和氯气的加成反应得到促进，减少乙烯氧氯化图2-3氧氯化单元简易流程综上所述，乙炔法由于其主要原料为电石，且同时需要耗费掉大量的电能，就造成了该方法生产成本较高，环境污染较为严重，因此目前乙炔法制备氯乙烯的生产工艺已经基本被大部分发达国家和地区所淘汰。近年来的新工艺技术仍在摸索研发阶段，无法被采用进行工业方面的大量连续生产。而工艺方法成本价格较低，主要原料来源广泛，工艺技术成熟等，这几个方面是乙烯氧氯化法相比于其他方法的优势与长处，因此乙烯氧氯化法工艺是目前被采用最多的VCM生产工艺，目前世界上采用平衡氧氯化法工艺生产出的VCM产量高达总产量的90%以上。故本工艺设计采用的是乙烯氧氯化法。三、氯乙烯生产工艺方案论证及选择（一）方案论证及选择乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应：1乙烯直接氯化2二氯乙烷裂解3乙烯氧氯化总反应式其工艺过程示意如图3-1图3-1乙烯氧氯化平衡法制氯乙烯此图可见，用这种生产方法制造氯化乙烯的原料是乙烯，氯气和空气，氯气都可以参与反应，重点是计算乙烯和氯的加成反应和乙烯氯化反应的反应量，氯化乙烯所需的氯化氢是二氯乙烷分解所产生的。使得氯化氢是在整体过程中一直处于平衡。环保分析:近些年来，我国大力推行清洁绿色、可持续发展的理念，行动成果初见成效，这些理念正逐渐成为所有企业的价值观点。生产氯乙烯的过程中，在保证安全且不影响正常生产的前提下，如何合理的节约使用生产原料以及水、电、蒸汽等能源，是坚决贯彻落实节能环保可持续发展理念的必要之路，需要大胆猜想，不断探究，小心验证。氯乙烯生产过程中包括大量有毒有害，易燃易爆的危险化学品，如：主要原料乙烯、氯气、二氯乙烷，以及产品氯乙烯、氯化氢等，所以在日常使用生产过程中要时刻警惕，保持关注，尽可能避免泄露等生产故障，对重大危险源做到定时做巡检，按时检测，以防患于未然。三废及其处理:氯乙烯生产装置采用乙烯氧氯化法，相比于其他生产方法是一套比较清洁环保的生产工艺，即其能有效地处理掉绝大部分生产过程中产生的废水、废气、废渣及废液。尽可能的做预处理，减少废物的向外排放，并且做到尽可能的多回收，进行循环生产利用以降低成本或统一出售获取盈利，这些问题和解决方法在设计之初就考虑到。因生产系统开停或生产故障而进行的临时排放都通过其装置区的密闭管道进入回收罐，然后通过泵打至蒸汽洗涤塔进料罐，经过汽提塔回收其中的二氯乙烷。废水因氯乙烯生产装置采用乙烯氧氯化法，故其生产过程中的废水的主要来源是工艺污水、生活污水、实验用水，除上述几个废水主要来源外，汛期雨水、地面冲洗水及锅炉排水等也是废水来源。生活污水和雨水分别收集，做到清污分开。地面冲洗水经过隔离池后，把二氯乙烷进行初步分离，然后通过下水道和生活污水一起排放。工艺污水因其连续排放，是最主要需要关注的后处理废水。其中包括，酸碱洗用水产生自二氯乙烷制造单元、轻组分塔的回流罐用水、由氧氯化单元中产生的水以及排放气吸收塔用水,这几方面都是工艺污水的主要来源为，这些工艺污水最后统一排放至废水储罐，然后通过泵打至蒸汽洗涤塔进料罐，再经过一步汽提回收二氯乙烷的工艺后，排向污水处理站通过后续生化方法处理，达到标准后排放。废气因氯乙烯生产装置采用乙烯氧氯化法，故其生产过程中的废气主要来源于低温氯化反应器、压缩机密封气、储罐排放气及系统开停中置换吹扫气。废气大都经过深冷单元，目的是把废气中含有的二氯乙烷冷凝下来，再排放到洗涤塔洗涤后排放。其中来自低温氯化反应器的废气是最主要需要关注的后处理废气，原因是其连续排放且数量较大，主要含有的污染成分有：大量的氮气、微量未反应完全的乙烯和氯气。同样值得注意的是，因生产系统开停或生产故障而进行的临时排放的废气，其中主要含有的污染成分有：氮气、氯乙烯、二氯乙烷、氯化氢等工艺气体，因其间断排放且包含有毒有害的气体，需要时刻警惕，保持关注。目前氯乙烯生产装置对于上述所有废气的治理措施均为通过碱水洗涤系统进行洗涤，洗涤达到标准后排放。且在废气处理排放的过程中，为了保证系统含氧合格，需补充大量氮气。固体废物产生情况及防治措施因氯乙烯生产装置采用乙烯氧氯化法，故其生产过程中的固体废弃物主要包括：乙烯氧氯化的废催化剂、由二氯乙烷精制单元过程中产生的低沸组分和高沸组分、由二氯乙烷高温裂解生产氯乙烯的过程中裂解炉中产生的裂解焦油等。其中，废催化剂及裂解焦油委托有资格的外单位，严格遵守执行国家危险废物处置管理制度进行转移处置。在低沸物及高沸物中因其含有许多有用的成份，可卖给其他企业进行综合利用以获得盈利或通过后续焚烧系统进行焚烧处理。（二）节能减排新方案叙述1.工艺反应公式乙烯直接氯化主反应：副反应：乙烯氧氯化主反应：副反应：二氯乙烷裂解主反应：副反应：2.生产流程原料乙烯与氯气在90℃直接氯化反应器中合成二氯乙烷和其他杂质，通过塔顶输送二氯乙烷，其他杂质由塔底排出。之后由泵加压送到蒸发器进行加热，二氯乙烷从气相变为液相。再进热解炉前进行预热到500℃，然后进行热裂解。热裂解后产生氯乙烯，CO，等产物。然后，产物进入到急冷塔进行降温，蒸汽随后进入下一个冷凝器，由气相转化为液相，液体进入盐酸分离塔进行分离，塔顶流出盐酸进入到乙烯氧氯化工段，其余的进入氯乙烯分离塔，塔顶分离出氯乙烯产品，塔顶分离出二氯乙烷。二氯乙烷进入循环。图3-3原料乙烯和氧气以及从裂解工段输送来的盐酸在乙烯氧氯化反应器中反应生成二氯乙烷及其他副产品。经塔顶分离气相与液相产品，液相产品二氯乙烷，三氯乙烷和水通过泵输送到三氯乙烷分离塔。在此设备中将三氯乙烷从塔顶分离出去，其余的进入到二氯乙烷分离塔。在此设备中将水从塔中分离出，二氯乙烷从塔底分离输送到裂解工段。氯乙烯作为产物同样是有毒物质，为无色、有醚样气味的气体。氯乙烯有麻醉作用，与其接触中毒后患者很快会出现头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷等为轻症的表现，严重则可发生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。若发生氯乙烯泄露接触情况，应立即将患者迅速脱离现场，移至新鲜空气处，以保持呼吸通畅，如有呼吸停止等其他复杂严重情况，立即就医。若发生氯乙烯泄露着火接触情况，在规模小且可控制的情况下，使用雾状水、泡沫、二氧化碳灭火剂，泄漏点附近下水道等应使用工业覆盖层或吸收剂盖住，防止气体进入。同时喷大量雾状水加速对泄漏物的稀释、溶解。处理人员必须佩戴自给正压式空气呼吸器，戴化学安全防护眼镜和化学品手套，穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。若泄露规模数量较大，需构筑围堤或挖坑以收容用以稀释泄漏物后产生的大量废水。如有可能，将泄露出的气体用排风机送至收集器中，用焚烧法对其进行后续处置。四、结论传统的乙炔法生产工艺和生产设备简单，生产能源消耗大，需要的原料成本高，催化水银盐毒性大，并且受到一系列限制，此法不适合